專利名稱：保護柔性立管的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種保護一個或多個柔性立管的方法及其設(shè)備，該柔性立管能將立管流體，舉例來說諸如天然氣的烴生產(chǎn)流體，輸送到浮動結(jié)構(gòu)或從該浮動結(jié)構(gòu)輸出。尤其是， 在此公開的方法設(shè)法保護柔性立管免受由浮動結(jié)構(gòu)隨著惡劣天氣條件下的波浪運動而發(fā)生的升沉和/或俯仰(pitch)所引起的彎曲。
背景技術(shù)：
浮動式天然氣液化(FLNG)構(gòu)思將天然氣處理、液化過程、儲罐、裝載系統(tǒng)及其他基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合到單個浮動結(jié)構(gòu)中。這種結(jié)構(gòu)是有利的，因為它提供一種海上液化站替換岸上液化站。FLNG船舶可在足以允許將LNG產(chǎn)品卸載(off-loading)到運輸船上的水深處系泊在氣田附近或氣田處。它還代表可移動資產(chǎn)，當(dāng)氣田接近其生產(chǎn)壽命結(jié)束時或在經(jīng)濟、環(huán)境或政治情況需要時可重新安置到新的地點。浮動結(jié)構(gòu)可與儲層的生產(chǎn)井口流體連通。浮動結(jié)構(gòu)可連接到一個或多個柔性立管上。柔性立管可通過立管底部管匯固定到海床。海底流動管路可直接地或可選地經(jīng)由井孔管匯將立管底部管匯連接到井口。在這種構(gòu)造中，來自諸如氣田的烴儲層的諸如天然氣的生產(chǎn)烴可沿水下管道從一個或多個可處于同一或不同烴儲層的井口傳遞到立管底部管匯。在立管底部管匯位置處，生產(chǎn)和任何注入管道連接到將生產(chǎn)烴傳送到浮動結(jié)構(gòu)的柔性立管。柔性立管在坐定點 (hangoff point)連接到浮動結(jié)構(gòu)。坐定點可以位于浮動結(jié)構(gòu)的側(cè)面或位于浮動結(jié)構(gòu)中的月池內(nèi)，例如在轉(zhuǎn)臺的底部處。浮動結(jié)構(gòu)可通過多個錨固到海床的系泊纜系泊到海床。柔性立管是懸浮在浮動結(jié)構(gòu)和立管底部管匯之間的柔性管并且可被配置為自由懸鏈或使用浮力模塊的替代構(gòu)型，例如低彎度波形(lazy wave)和低彎度S形。柔性立管的詳細論述記載在美國石油組織(American Petroleum Institute)的以下出版物中名稱為“非粘接管道規(guī)范”，API規(guī)范17J，第二版，生效日期為2002年12月。柔性立管操作的論述記載在美國石油組織的以下出版物中標題為“柔性管的推薦作法”，API推薦作法17B,第三版，2000年3月。當(dāng)浮動結(jié)構(gòu)的坐定點的豎直運動劇烈時，例如在巨浪海區(qū)中時，柔性立管中可能出現(xiàn)可引起整體彎曲的壓縮力。壓縮力在坐定點與浮動結(jié)構(gòu)的運動中心拉開距離的情形下會更劇烈，這是因為結(jié)構(gòu)的升沉和俯仰中的一者或兩者都被相應(yīng)放大。2003年5月5日-8日舉行的OTC 15168海上技術(shù)會議上McCann等人的標題為 “深海應(yīng)用柔性立管的壓縮成型指南”的論文指出了與由于可能系泊在惡劣環(huán)境中的浮式生產(chǎn)儲存和卸載船舶(FPSO)的劇烈升沉所致的壓縮載荷相關(guān)的立管彎曲問題。該文認為， 在向下升沉和/或俯仰期間，立管試圖跟隨對結(jié)構(gòu)所施加的運動。當(dāng)立管移過水柱時，與運動方向相反的阻力起作用，妨礙立管的運動。因此浮船的運動被轉(zhuǎn)換為有效張力的減小。當(dāng)立管開始壓縮時，依賴于橫截面彎曲剛度來限制曲率。然而，立管的橫截面彎曲剛度與涉及的距離和力相比很小。
4
W0-2006/031335-A1涉及一種在相對小型的海上開采的冷水生產(chǎn)環(huán)境下水下設(shè)備中防止水合物。所公開的系統(tǒng)具有至少一個水下生產(chǎn)井、用來將產(chǎn)出流體從水下井輸送到管匯的跨接裝置、用來將產(chǎn)出流體輸送到生產(chǎn)收集設(shè)施的生產(chǎn)管線和用來將化學(xué)材料輸送到管匯的臍帶管(umbilical)。臍帶管終止于洋底。臍帶管可將化學(xué)抑制劑傳遞到洋底然后傳遞到海底處理系統(tǒng)的設(shè)備。抑制劑是為了保證來自井的流動不受流動流(flow stream) 中諸如水合物、蠟和水垢的固體形成的影響而設(shè)計和設(shè)置的。W0-2006/031335-A1的系統(tǒng)使用了使系統(tǒng)相對昂貴的臍帶管。US-2003/008577-A1公開了一種系統(tǒng)，其特征在于諸如立管流動管路的管道具有一個或多個用于浮力控制的附加通道。流動管路的浮力可以通過用浮力控制材料填充附加通道來進行動態(tài)控制，從而提供正浮力或負浮力。附加通道可由外部附接于立管的管道或立管內(nèi)的附加環(huán)狀物形成，然而這將增加立管的成本。W0-95/22678-A1公開了一種包括呈平面循環(huán)起伏構(gòu)型的管道的立管組件。張力構(gòu)件在立管組件的縱向方向上延伸并以隔開間距固定到管道上，因此可以吸收張力。US-5875848公開了一種用于控制水下立管組件重量的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括阻塞機構(gòu)，用來選擇性地阻塞立管組件的底端以使重鉆井泥漿保留在立管組件內(nèi)部。上、下溢流閥在阻塞機構(gòu)上方位于立管組件內(nèi)并間隔開。這些閥可以打開以使得立管組件中的環(huán)狀物與周圍的水處于流體連通。在布署或斷開狀態(tài)期間，可使用上、下溢流閥將鉆井液引入環(huán)狀物或由環(huán)狀物排出。下溢流閥安裝在阻塞機構(gòu)正上方。上溢流閥優(yōu)選設(shè)置在洋底和水面之間距離的大約三分之一處。因此US-5875848中的系統(tǒng)旨在填充立管環(huán)狀物的下端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求解決由極端天氣條件引起的浮動結(jié)構(gòu)的嚴重升沉和/或俯仰期間的立管彎曲問題。一方面，本發(fā)明提供一種在水下環(huán)境中保護一個或多個柔性立管的方法，至少包括如下步驟(a)提供浮動結(jié)構(gòu)，一個或多個柔性立管，所述柔性立管中的每一個都載有立管流體并具有連接到浮動結(jié)構(gòu)的第一端和位于海床上且與一個或多個立管流體儲層處于流體連通的第二端；(b)關(guān)閉所述一個或多個柔性立管和所述一個或多個立管流體儲層之間的流體連通；(c)利用保護流體替換所述柔性立管中的一個或多個內(nèi)的立管流體的至少一部分，其中所述保護流體的密度大于所述立管流體的密度。柔性立管在水中經(jīng)受的力可通過考慮自由柔性立管的運動而最容易理解。在重力加速度的作用下，會出現(xiàn)柔性立管在水中的向下運動。隨著速度增加，恢復(fù)阻力增加，直至與重力加速度相匹配并且柔性立管達到終極速度(terminal velocity)。在終極速度，柔性立管的加速度通過恢復(fù)阻力平衡，以使得
權(quán)利要求
1.一種在水下環(huán)境中保護一個或多個柔性立管(10)的方法，至少包括如下步驟(a)提供浮動結(jié)構(gòu)(100)，一個或多個柔性立管(10)，所述柔性立管中的每一個都載有立管流體并具有連接到該浮動結(jié)構(gòu)(100)的第一端00)和位于海床(500)上且與一個或多個立管流體儲層(250)流體連通的第二端(30)；(b)關(guān)閉所述一個或多個柔性立管(10)和所述一個或多個立管流體儲層(250)之間的流體連通；(c)利用保護流體替換所述柔性立管(10)中的一個或多個內(nèi)的立管流體的至少一部分，其中所述保護流體的密度大于所述立管流體的密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟(c)中，保護流體置換所述柔性立管(10)中的一個或多個內(nèi)的立管流體的至少一部分以使得被置換的立管流體在第一端連接器0 排出，該第一端連接器是與柔性立管(10)的第一端00)直接流體連通的出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于該浮動結(jié)構(gòu)(100)包括保護流體儲罐 (110)，所述保護流體儲罐包括用于保護流體流(120)的出口(112)；并且所述柔性立管中的每一個都具有連接到所述浮動結(jié)構(gòu)(100)的第一端(20)，所述第一端(20)與用于立管流體流00)的第一端連接器02)和用于保護流體流(120)的進口 04) 直接流體連通，所述用于保護流體流的進口與保護流體儲罐(110)的出口(11 流體連通， 所述進口 04)與所述第一端連接器0 分開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(b)包括關(guān)閉第二端(30)；以及其中步驟(c)包括通過該進口 04)將保護流體流(120)引入到所述一個或多個立管中從而替換立管流體的至少一部分；和通過用于立管流體流GO)的第一端連接器0 排出被替換的立管流體部分。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述立管流體包括二氧化碳并且所述一個或多個立管流體儲層(250)是密封的地下地質(zhì)構(gòu)造；所述方法在步驟(a)和 (b)之間進一步包括如下步驟-通過至少所述一個或多個柔性立管(10)將包括二氧化碳的立管流體從浮動結(jié)構(gòu) (100)輸送到一個或多個密封的地下地質(zhì)構(gòu)造(250)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述立管流體是烴生產(chǎn)流體并且所述一個或多個立管流體儲層(250)是烴儲層；所述方法在步驟(a)和(b)之間進一步包括如下步驟-通過至少所述一個或多個柔性立管(10)將烴生產(chǎn)流體從一個或多個烴儲層(250)輸送到浮動結(jié)構(gòu)(100)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于保護流體具有大于0.9g/cm3的密度，優(yōu)選大于1. Og/cm3，更優(yōu)選大于1. lg/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于保護流體選自包括乙二醇和烴冷凝物的組中的一項或多項。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于在步驟(c)中，所述一個或多個柔性立管(10)從連接到浮動結(jié)構(gòu)(100)的第一端00)填充保護流體。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于該立管流體是烴生產(chǎn)流體并且一個或多個立管流體儲層(250)是烴水下儲層，并且進一步包括在浮動結(jié)構(gòu)(100)上處理該烴生產(chǎn)流體從而提供液化烴流的步驟。
11.一種在水下環(huán)境中保護一個或多個柔性立管(10)的設(shè)備(1)，所述設(shè)備至少包括-浮動結(jié)構(gòu)(100)，所述浮動結(jié)構(gòu)包括保護流體儲罐(110)，所述保護流體儲罐包括用于保護流體流(120)的出口 (112)；-一個或多個柔性立管(10)，所述柔性立管中的每一個都具有連接到所述浮動結(jié)構(gòu) (100)的第一端(20)，所述第一端00)與用于立管流體流00)的第一端連接器0 和用于保護流體流(120)的進口 04)直接流體連通，所述用于保護流體流的進口與保護流體儲罐(110)的出口(112)流體連通，所述進口 04)與所述第一端連接器02)分開，并且所述柔性立管(10)中的每一個都具有位于海床(500)上的第二端(30)，所述第二端具有用于與一個或多個立管流體儲層(250)流體連通的立管流體輸送流010)的第二端連接器(32)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于該柔性立管(10)的第二端(30)連接到剛性固定到海床的立管底部管匯(300)，所述立管底部管匯具有用于立管流體輸送流 (210)的第一管匯連接器(30 和連接到該柔性立管(10)的第二端連接器(3 的第二管匯連接器(304)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于柔性立管(10)的第一端00)在轉(zhuǎn)臺(150)處連接到浮動結(jié)構(gòu)(100)，該轉(zhuǎn)臺包括一個或多個彎曲加強件(160)，所述彎曲加強件使一個或多個柔性立管(10)經(jīng)過一個或多個I型管(170)通向立管坐定甲板(180)， 在甲板上每一個所述柔性立管(10)的第一端00)被固定，其中用于立管流體流的第一端連接器0 連接到立管應(yīng)急關(guān)閉閥(190)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項所述的設(shè)備，其中立管流體輸送流(210)是天然氣輸送流，一個或多個立管流體儲層(250)是天然氣儲層，立管流體流是天然氣流并且浮動機構(gòu)(100)進一步包括天然氣處理單元和液化單元G00)中的一個或兩個。
全文摘要
本發(fā)明提供一種保護一個或多個柔性立管的方法及設(shè)備，該柔性立管可將立管流體，舉例來說諸如天然氣的烴生產(chǎn)流體，輸送到浮動結(jié)構(gòu)或從該浮動結(jié)構(gòu)輸出，所述方法至少包括如下步驟(a)提供浮動結(jié)構(gòu)(100)，一個或多個柔性立管(10)，所述柔性立管中的每一個都載有立管流體并具有連接到該浮動結(jié)構(gòu)(100)的第一端(20)和位于海床(500)上且與一個或多個立管流體儲層(250)流體連通的第二端(30)；(b)關(guān)閉一個或多個柔性立管(10)和一個或多個立管流體儲層(250)之間的流體連通；(c)利用保護流體替換柔性立管(10)中的一個或多個內(nèi)的立管流體的至少一部分，其中所述保護流體的密度大于所述立管流體的密度。
文檔編號E21B17/01GK102428244SQ201080021719
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者H·T·范德梅伊登, J·J·B·佩克, M·埃夫蒂米烏 申請人:國際殼牌研究有限公司