[发明专利]一种水下集成式生产输送立管系统及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋油气开发技术领域的干式采油平台，具体涉及一种应用于超深水海域环境下干式采油平台的生产立管系统及其安装方法。

背景技术

目前，适用于深海油气开发的干式采油平台有两种：TLP平台和Spar平台。干式采油平台的适配型生产立管系统为顶张紧式立管(Top Tensioned Riser，简称TTR)。现行TTR的结构型式采用双层套管式立管(外层保护管、内层保护管及生产输送管)或单层套管式立管(外层保护管及生产输送管)。套管的主要作用是预防生产输送管的泄露导致的海洋环境污染与压力完整性的失衡。由于套管自重远大于生产输送管，因此双层套管式立管与单层套管式立管均需要巨大的顶张紧力进行支撑。对于TLP平台，TTR的顶张紧力由TLP平台的主体浮力直接承担，因此加大了TLP平台的主体尺寸及自重，限制了TLP平台在更深海域的发展应用。对于Spar平台，TTR的顶张紧力由顶部浮力罐承担，因此加大了浮力罐的主体尺寸，进一步地加大了Spar平台的主体尺寸及自重。

为了降低TTR在超深海油气开发应用中的自重，文献OTC15100(George Z.Gu,Rod Myers,Robert Sokoll,Joe Jin,Kevin Huang.Technical Feasibility of Tubing Risers.Offshore Technology Conference,Houston,2003.)首次提出了一种解决方案。在该方案中，TTR的结构型式仅具有生产输送管，而无外层保护管和内层保护管；控制管缆平行或缠绕布置在生产输送管外缘。然而，该技术方案具有以下技术局限性：

1、生产输送立管受灾害性海洋环境要素(强风、巨浪和海面强流)作用，生产输送立管易发生干涉、波致疲劳损伤和VIV疲劳损伤等，进而导致生产输送立管发生破裂及原油泄漏；

2、外层保护管及内层保护管的缺失导致生产输送管的轴向刚度大大降低，为满足相邻生产输送立管的干涉要求，需加大生产输送立管的顶部设计间距，为此需增加干式采油平台的甲板面积，加大干式采油平台的主体尺寸；

3、缺少外层保护管及内层保护管，热膨胀导致生产输送管伸长1.2m左右，为此需增加干式采油平台的甲板高度，加大干式采油平台的主体尺寸；

4、外层保护管及内层保护管的缺失导致控制管缆无保护通道，控制管缆需平行或缠绕布置在生产输送管的外缘，进而导致生产输送管横截面的非对称，从而引发复杂的驰振破坏问题。

发明内容

为了解决现行生产输送立管技术在超深海油气开发应用中存在的上述问题，本发明要提供一种实现以下目的的水下集成式生产输送立管系统及其安装方法：

1、防止生产输送管破裂及原油泄漏；

2、防止生产输送管发生驰振破坏；

3、减小干式采油平台的主体尺寸。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水下集成式生产输送立管系统，包括生产立管组件、控制立管组件、组合浮筒和系泊装置；

所述的生产立管组件包括柔性生产立管与刚性生产立管，所述的控制立管组件包括刚性保护管和柔性控制管缆，所述的组合浮筒包括外层浮筒和内层浮筒；所述的内层浮筒嵌套于外层浮筒内；

所述的外层浮筒主体为环柱体结构，外层浮筒外壁底部边缘连接四个悬臂浮筒，四个悬臂浮筒沿周向均布，呈辐射状，悬臂浮筒末端采用桁架结构，桁架结构的外端连接系泊缆绳，外层浮筒由四根系泊缆绳系泊在海床上；外层浮筒内壁沿圆周均布四条竖直滑道，滑道贯穿整个外层浮筒内壁；在相邻两竖直滑道之间的内壁中央，离浮筒底端1/3柱高处设置限位体A；

所述的内层浮筒主体为圆柱体结构，内层浮筒外壁沿圆周均布四个竖直凸出体，凸出体宽度B1小于滑道的宽度B，凸出体与内层浮筒等高；所述的凸出体位于外层浮筒的滑道中；在相邻两凸出体之间的外壁中央，离浮筒底端1/2柱高处设置限位体B，限位体B与位于外层浮筒上的限位体A相配合，限制内层浮筒与外层浮筒的相对竖直运动；

所述的刚性生产立管的顶端穿过内层浮筒的立管通道，并与内层浮筒顶部连接；所述的刚性生产立管的底端连接应力接头，应力接头的底端连接海底井口球形阀；所述的井口球形阀与海底井口头连接，并集成控制模块A；所述的井口球形阀在工作状态下，与刚性生产立管联通；在紧急情况下旋转90度，关闭刚性生产立管与海底井口头的连接通道；所述的柔性生产立管的底端与刚性生产立管顶端连接，所述的柔性生产立管的顶端与干式采油树连接；所述的干式采油树位于干式采油平台的甲板上；