[发明专利]一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超深水海洋油气工程开发系统，特别涉及一种水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法。

背景技术

随着陆地、近海与中深海域油气资源的逐渐枯竭，海洋石油的开采逐渐向深海与超深海迈进。而现有的浮式生产平台，水下生产系统均难以在深水与超深水环境中进行应用。

中国专利(CN 102434129 A)公开了一种超深水海洋油气工程开发系统，用于3000m以上水深的超深海环境油气开发。该系统包括水面浮式生产装置、立管支撑浮筒、水中采油设备、上部柔性跨接管、下部刚性立管以及海底井口装置；所述的采油设备安装在立管支撑浮筒上。海底的油气资源通过海底井口装置、下部刚性立管、水中立管支撑浮筒、采油设备和上部柔性跨接管到达水面浮式生产装置，从而进行海上油气田的开发与工程运营。该系统实现了浅海完井工艺和采油设备在超深水的拓展应用，降低了采油设备的性能要求以及安装和修井的工艺要求，可以安全、经济和有效地应对3000m以上水深的超深水环境中的各项挑战。

该系统的立管支撑浮筒采用中央柱结构，中央柱边缘连接三根矩形截面悬臂浮筒，它们在平面上的夹角为120°，形成辐射状，矩形截面悬臂浮筒末端采用中性浮力的桁架结构，浮筒由三根系泊缆绳固定在海床上。浮筒主要提供刚性立管顶张紧力、系泊缆绳张力，支撑水中采油设备自重以及部分柔性跨接管重量。

此种超深水海洋油气开发系统中的立管支撑浮筒在实际工程应用中存在如下几个问题：

1、系泊缆绳与刚性立管所需的顶张紧力相差很大，例如：当该系统应用在3000m水深中时，若取系泊缆绳安全因子为2.22，单根缆绳所需的张紧力为9689kN；取刚性立管顶张紧力系数为1.7，单根立管所需的张紧力为5757kN。而系泊缆绳与刚性立管均采用立管支撑浮筒被动张紧，难以方便地调整二者的顶张紧力。因此，上述的立管支撑浮筒难以同时提供系泊缆绳和刚性立管所需的顶张紧力。

2、立管支撑浮筒的埋深必须足够大(200m水深以下)，若埋深不足的话,立管支撑浮筒易受浅水波浪的影响而发生横向偏移，这将引起系泊缆绳和刚性立管顶张紧力的二次分配，造成刚性立管的主体应力变化，不利于刚性立管的强度和抗疲劳性能。

3、立管支撑浮筒用三根系泊缆绳系泊在海床上，当其中任意一根缆绳因故断裂失效时，立管支撑浮筒由三点支撑变为两点支撑，导致其稳定性丧失，系泊缆绳和刚性立管的顶张紧力重新分配，刚性立管顶张紧力急剧增大，而过大的顶张紧力会拉断刚性立管导致系统崩溃。

由于上述问题，上述系统中的立管支撑浮筒难以在工程实际中应用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以为超深水海洋油气工程开发系统分别提供刚性立管和系泊缆绳所需顶张紧力的立管自张紧式水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法，该浮筒能将刚性立管和系泊缆绳的垂向受力解耦，并在一根系泊缆绳失效的情况下保持超深水海洋油气工程开发系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，包括外层浮筒和内层浮筒，所述的外层浮筒内嵌套多个内层浮筒；

所述的外层浮筒主体为圆柱体结构，外层浮筒外壁下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的桩基上；外层浮筒内竖直设置多个圆柱形通道，用于安装多个内层浮筒；圆柱形通道内壁沿圆周均布四条竖直滑道，滑道贯穿整个圆柱形通道内壁；在相邻两滑道之间的内壁中央，离外层浮筒底端1/3高度处设置限位体A；

所述的内层浮筒主体为圆柱体结构，其外径小于圆柱形通道的直径，内层浮筒外壁沿圆周均布四个竖直凸出体，凸出体宽度B1小于圆柱形通道内的滑道的宽度B，凸出体与内层浮筒等高；所述的凸出体位于圆柱形通道内的滑道中；在相邻两凸出体之间的外壁中央，离内层浮筒底端1/2高度处设置有限位体B，限位体B与位于圆柱形通道内的限位体A相配合，限制内层浮筒与外层浮筒的相对竖直运动；

所述的内层浮筒上部设置有一个井口头，井口头的下端有立管通道，刚性立管的上端通过立管通道连接到内层浮筒上部的井口头；井口头上安装有采油设备，内层浮筒用于提供相应的单根刚性立管顶张紧力和支撑采油设备。

进一步地，所述的凸出体正面设置有两个滚筒装置，分别位于凸出体正面长边的两个三等分高度处，所述的滚筒装置由滚筒、转轴和支座组成，转轴轴线垂直于凸出体侧面，支座长度与凸出体正面的宽度B1相等，滚筒通过转轴安装在支座上；滚筒与滑道底面滚动接触。