Глубоководная разъемная турельная система с пологоволновой конфигурацией жесткого райзера - RU2657598C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение предлагает систему перемещения углеводородов на больших водных глубинах из месторождений, расположенных под морским дном, к турели, которая находится в поворотном соединении с добывающим углеводороды судном, плывущим по морской поверхности, причем углеводороды перемещаются через, по меньшей мере, один по существу жесткий цепной райзер, проходящий с морского дна, система перемещения углеводородов включает три или более групп причальных линий, разделенных равными промежутками, причем каждая группа причальных линий содержит, по меньшей мере, две отдельные причальные линии, в которых присутствуют части из сложнополиэфирных тросов, и у которых нижние концы прикрепляются к морскому дну якорным приспособлением; эти группы причальных линий с промежуточными открытыми секторами, в которых располагается, по меньшей мере, один по существу жесткий цепной райзер, по существу жесткий цепной райзер и сгруппированные причальные линии у верхних концов соединяет и поддерживает один буй, который может присоединяться и отсоединяться от нижней части турели; верхняя часть буя оборудована гидравлическим разъемом, который находится в гидравлическом соединении с верхним концом разъема по существу жесткого цепного райзера, для прикрепления к системе перемещения текучих сред к турели и для обеспечения перемещения углеводородов с морского дна на добывающее судно, причем буй оборудован плавучими приспособлениями, обеспечивающими, что при отсоединении от турели буя, включая прикрепленный по существу жесткий райзер и сгруппированные причальные линии, он плавает под волновой активной зоной в верхней половине глубины воды, предпочтительно в верхней четверти. Настоящее изобретение также предлагает причальную линию для системы перемещения углеводородов и райзер для системы перемещения углеводородов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Все больше и больше морских углеводородных месторождений обнаруживаются в глубоководных областях, где имеется недостаточная инфраструктура, и может оказаться экономически конкурентоспособной концепция плавучей системы добычи, хранения и отгрузки (FPSO).

В рамках концепции FPSO для новых глубоководных месторождений разъемные варианты FPSO построены на основе решений, включающих судовую турель, разъемную систему и, возможно, райзер. Типичная разработка месторождения включают 12 подводных скважин глубиной 6200 футов (1900 м), которые присоединяются к четырем подводным коллекторам. Предполагается, например, что подводящие трубопроводы состоят из двух контуров, присоединяясь к системе FPSO через четыре райзера. Небольшое количество добываемого газа выводится через трубопровод, а вывоз добываемой нефти осуществляют челночные танкеры. Потенциальное требование ввода большого объема воды при высоком давлении также составляет часть предложений. Подводящие трубопроводы могут иметь номинальный диаметр 8 дюймов (20,32 см) и предназначаться для давления 7,5 килофунтов на квадратный дюйм (51,71 МПа).

Хотя месторождение обычно имеет давление на закрытой промывочной трубе, превышающее 10 килофунтов на квадратный дюйм (68,95 МПа), предполагается, что расчетное давление в подающих трубопроводах и райзерах может снижаться посредством размещения системы интегрированной защиты от высокого давления (HIPPS).

С другой стороны, потенциальное требование ввода большого объема воды при высоком давлении также является необходимым, т.е. подающий воду райзер должен быть предназначен для давления, превышающего 10 килофунтов на квадратный дюйм (68,95 МПа). Подводные конструкции могут составлять два контура (каждый из которых включает по два коллектора), которые присоединяются к системе FPSO через четыре райзера. Небольшое количество добываемого газа можно выводить через трубопровод, имеющий номинальный диаметр 6 дюймов (15,24 см), а вывоз добываемой нефти могут осуществлять челночные танкеры.

До недавних разработок глубоководной причальной технологии концепция гибридного райзера представляла собой единственное доступное решение с разъемными FPSO. Однако по сравнению с концепцией SCR или пологоволновых SCR концепция гибридного райзера имеет более сложную конструкцию, для нее требуется больше оборудования, более высокая грузоподъемность судна для установки, а также большие капитальные расходы.

В патенте США № 5957074 представлена система причала и райзера для использования с имеющим причальную турель добывающим углеводороды судном, которую составляют: три группы причальных линий, расположенных под углами, составляющими приблизительно 120°, причем каждая группа включает три отдельные причальные линии, три группы причальных линий имеют промежуточные открытые сектора, и каждая из них прикрепляется к морскому дну у первого конца и прикрепляется к турели для добычи углеводородов у второго конца; и система поддержки практически жесткого цепного райзера, расположенная в открытых секторах, чтобы поддерживать жесткий цепной райзер.

В докладе "Решения глубоководного причала и райзера для разъемных FPSO", опубликованном заявителем на конференции DOT в 2011 г., описываются также разъемные системы, такие как плавучий турельный причал (BTM), с которыми сочетаются стальные райзеры или внешняя турельная система, включающая цилиндрический буй, с которым соединяется FPSO через систему сочлененных траверс, и, таким образом, прерываются перемещения/шаговые движения FPSO от собственного цилиндрического буя SCR. Внешняя турель такого типа допускает, что стальные райзеры и шлангокабели находятся в простой цепной конфигурации. Система, включающая BTM, имеет внутреннюю турельную систему FPSO, поддерживающую разъемный буй (см. фиг. 1). Функция буя заключается в том, чтобы поддерживать причальные линии и райзеры/шлангокабели при разъеме, т.е. буй медленно опускается в толщу воды до равновесного состояния (по меньшей мере, на 50 м ниже уровня моря), где движение волн является минимальным.

Преимущество данной концепции заключается в том, что все основное оборудование (например, шарнирная колонна) остается на турели, в то время как буй остается простым, и его основная функция состоит в том, чтобы обеспечивать плавучесть в разъемной конструкции.

Известны системы пологоволновых SCR, которые непосредственно присоединяются к внутренней турели в глубоководной среде (FPSO типа BC-10).

Требуется экономичная альтернатива для гибридных райзеров, т.е. система турели и причала, в которой можно использовать стальной цепной райзер (SCR), в частности, система BTM, к которой присоединяются пологоволновые SCR.

В соединенных конструкциях, когда точки подвеса райзера совершают перемещения (вертикальные, шаговые и вращательные) вместе с судном, прерывание движений судна от точки касания (TDP) райзера достигается посредством использования распределенной плавучести в каждом райзере и шлангокабеле, и получается имеющая форму пологой волны система. Использование пологоволнового SCR является более предпочтительным, чем использование стальных райзеров и шлангокабелей в простой цепной конфигурации, потому что уменьшается полезная нагрузка райзера на буй BTM буй во время разъема.

Однако в имеющихся документах предшествующего уровня техники не описан способ обеспечения целостности компонентов таких систем, в частности, после разъема. Система согласно настоящему изобретению предусматривает определенное расположение компонентов в таком порядке, который обеспечивает целостность райзеров, шлангокабелей и причальных линий, таким образом, что становиться простым и безопасным повторное соединение, и все элементы сохраняются в надлежащем состоянии и не повреждаются.

Предлагаемая система обеспечивает, что во время разъема происходит относительное вертикальное движение между буем и судном, а также обеспечивается отсутствие соударений между двумя плавучими объектами после того, как буй отделяется от турели.

Кроме того, поскольку обеспечивается быстрое соединение и разъединение (QCDC), в результате которого можно отсоединять буй от судна в течение нескольких минут, следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы даже в случае аварийного разъема отсутствовали соударения и повреждения райзеров, шлангокабелей и причальных линий.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему перемещения углеводородов на больших водных глубинах из месторождений, расположенных под морским дном, к турели, которая находится в поворотном соединении с добывающим углеводороды судном, плывущим по морской поверхности, причем углеводороды перемещаются через, по меньшей мере, один практически жесткий цепной райзер, проходящий с морского дна, система перемещения углеводородов включает три или более групп причальных линий, разделенных равными промежутками, причем каждая группа причальных линий содержит, по меньшей мере, две отдельные причальные линии, в которых присутствуют части из сложнополиэфирных тросов, и у которых нижние концы прикрепляются к морскому дну якорным приспособлением; три группы причальных линий с промежуточными открытыми секторами, в которых располагается, по меньшей мере, один практически жесткий цепной райзер, этот практически жесткий цепной райзер и сгруппированные причальные линии у верхних концов соединяет и поддерживает один буй, который может присоединяться и отсоединяться от нижней части турели; верхняя часть буя, оборудованная гидравлическим разъемом, которая находится в гидравлическом соединении с верхним концом разъема практически жесткого цепного райзера, для прикрепления к системе перемещения текучих сред турели и для обеспечения перемещения углеводородов с морского дна на добывающее судно, причем буй оборудован плавучими приспособлениями, обеспечивающими, что при отсоединении от турели буя, включая прикрепленный практически жесткий райзер и сгруппированные причальные линии, он плавает под волновой активной зоной в верхней половине глубины воды, предпочтительно в верхней четверти, причем верхняя секция всего практически жесткого райзера непосредственно прикреплена к бую и оборудована обтекателями, средняя секция практически жесткого райзера оборудована плавучими модулями, таким образом, что она приобретает форму пологой волны, и нижняя секция всего практически жесткого райзера находится в контакте с морским дном на радиальном расстоянии X от вертикальной оси буя, которое составляет менее чем радиальное расстояние Y между вертикальной осью буя и якорным приспособлением причальных линий. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что высота пологоволнового райзера составляет от 80% до 100% радиального расстояния X, и в сочетании пологоволновые райзеры и причальная система обеспечивают для судна максимальное смещение судна, составляющее 8% глубины воды, когда буй присоединяется к судну. Кроме того, высота пологоволнового райзера может составлять от 100% до 300%, например 150% радиального расстояния X.

Кроме того, в сочетании пологоволновые райзеры и причальная система могут обеспечивать для судна максимальное смещение судна, составляющее от 6 до 10% глубины воды, когда буй присоединяется к судну.

Следующее преимущество настоящего изобретения заключается в том, что верхняя часть пологоволнового райзера оборудована обтекателями, которые уменьшают силы лобового сопротивления вследствие нагрузок от течений и скорости снижения буя во время разъема, и пологоволновой райзер оборудован в своей нижней части устройствами, подавляющими вызванные вихреобразованием вибрации. Как правило, обтекатели используются по следующим трем основным причинам:

1. Подавление вызванной вихреобразованием вибрации в течениях для режимов соединения и разъема, которые являются типичными для систем стальных райзеров во всех плавучих устройствах. Можно использовать пояс обшивки или обтекатели, хотя пояс обшивки является наиболее распространенным решением, поскольку считается более устойчивым.

2. Уменьшение лобового сопротивления вследствие глубинных течений в режиме разъема, что имеет большое значение, в частности, когда течение имеет глубокий профиль и высокую интенсивность. Нагрузки лобового сопротивления на райзеры, главным образом, в горизонтальном направлении, как правило, вызывают смещение буя и заставляют буй оседать, когда причальная система является очень мягкой в режиме разъема. Одна из основных причин использования буя из пеноматериала заключается в том, что сильные течения затягивают буй на глубину до 200 м, что делает стальной буй неэкономичным.

3. Устранение или уменьшение сжатия или перенапряжения райзера во время осуществления режимов соединения и разъема. Обтекатели выполняют важную задачу уменьшения нагрузок лобового сопротивления на райзеры, главным образом, в направлении вверх, когда FPSO перемещается вертикально вниз (режим соединения), или когда буй опускается (разъем). Нагрузки лобового сопротивления вызывают сжатие или перенапряжение райзера в верхней части цепи и в области вертикального колена, когда скорость движения вниз от шагового и вертикального перемещения FPSO (режим соединения) или опускания буя (разъем) превышает пороговое значение, и с этим связана "конечная скорость райзера". Одна важная конструкционная проблема конфигурации разъемного буя и системы стальных пологоволновых райзеров (SLWR) заключается в том, чтобы сбалансировать скорость снижения буя, которая должна быть достаточно высокой для освобождения FPSO и достаточно медленной для предотвращения сжатия или перенапряжения райзера. Согласно предпочтительному варианту осуществления, пологоволновой райзер на своем верхнем конце оборудован стальным силовым соединением и/или шарнирным соединением. Согласно предпочтительному варианту осуществления, пологоволновой райзер покрыт теплоизоляционным слоем для обеспечения потока перемещаемых углеводородов.

Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что нижняя часть пологоволнового райзера помещается горизонтально на морское дно и может на одном конце подниматься с морского дна, в то время как другой конец сохраняет свое положение на морском дне.

Следующее преимущество настоящего изобретения заключается в том, что пологоволновой райзер изготовлен из стали, композитного материала, термопластического материала или их сочетаний.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, пологоволновой райзер включает трубчатые части, имеющие одинаковый внутренний диаметр, но различные характеристики и система для перемещения текучих сред включает, по меньшей мере, один пологоволновой эксплуатационный райзер для перемещения углеводородов из месторождения на судно, по меньшей мере, один пологоволновой райзер для вывода добытого газа с судна через подводный трубопровод и, по меньшей мере, один пологоволновой райзер для введения воды в углеводородное месторождение под морским дном. Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что суммарная полезная нагрузка от пологоволновых райзеров составляет менее чем 1000 метрических тонн. Следующее преимущество настоящего изобретения заключается в том, что причальная линия включает две цепные части на конце, сложнополиэфирную часть между цепными частями и пружинный буй. Средняя секция практически жесткого райзера предпочтительно оборудована плавучими модулями с промежуточным поясом обшивки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее настоящее изобретение будет подробно описано в отношении примерных варианты осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, в числе которых:

фиг. 1 представляет внешнюю турель, присоединенную к BTM с пологоволновыми SCR согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет буй BTM, который используется для соединения с внутренней турелью, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения; и

фиг. 3 представляет систему райзеров и шлангокабелей с причальной системой FPSO и BTM с внутренней турелью.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет внешнюю турель, присоединенную к BTM с пологоволновыми SCR согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 представлена система 1 перемещения углеводородов на больших водных глубинах. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 1, добывающее судно 7 причаливается к морскому дну через внешнюю турель 3, в нижней части которой может присоединяться и отсоединяться буй 6. Группы причальных линий 5 и райзеры 4 в пологоволновой конфигурации присоединяются к нижней части буя 6. Кроме того, на фиг. 1 и фиг. 3 четко видно радиальное расстояние X между вертикальной осью буя 6 и точкой, где райзер 4 находится в контакте с морским дном 2. Также четко видно, что радиальное расстояние Y между вертикальной осью буй 6 и якорными приспособлениями причальных линий 5 составляет более чем радиальное расстояние X.

Фиг. 2 представляет буй BTM, который используется для соединения с внутренней турелью, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 представлена турель BTM, которую составляют следующие компоненты:

- Буй BTM, взаимодействующий с внутренней турелью 12 через клетку и ряд конструкционных разъемов.

- Один или несколько конструкционных разъемов 14 между буем 6 и судном. Они могут представлять собой центральный разъем или несколько разъемов, которые распределяются вдоль окружности на верхней части буя BTM 6.

- Разъемы и отводящие устройства для добываемой текучей среды, вывода газа и каналов для шлангокабелей. Эти разъемы располагаются на верхней части буя.

- Конструкционная опорная система 13, которая перемещает полезную нагрузку турели на судно.

- Система маневрирования, состоящая из множества тележек.

- Шарнирная колонна 11, которую поддерживает балочная конструкция 10.

Основное ограничение концепции BTM в глубоководном применении обуславливает полезная нагрузка райзера и причала, которая определяет размер буя BTM, в частности, при увеличении глубины воды. Решение, которое позволяет ограничивать полезную нагрузку райзеров, заключается в том, чтобы сохранять место, имеющее форму пологой волны, на небольшой глубине ниже уровня моря. При увеличении глубины воды этот подход приводит к требованию повышенной плавучести и, следовательно, повышенной стоимости, а также к значительному увеличению нагрузки системы райзера на морское дно. Что касается уменьшения полезной нагрузки причальных линий, предложенное решение заключается в том, чтобы использовать сложнополиэфирные тросы и пружинные буи (в этом случае обеспечивается приблизительно 40 тонн чистой плавучести в расчете на одну причальную линию). I-образные трубы стальных райзеров наклонены под номинальным углом наклона райзера, позволяя отводить райзер от турели, когда FPSO устанавливается на место и присоединяется к бую. I-образные трубы шлангокабелей являются вертикальными, поскольку гибкие шлангокабели можно протягивать через соответствующие элементы жесткости на изгиб.

Каждый канал, в том числе для райзеров или шлангокабелей, имеет заданную систему разъемов и отводящих устройств на верхней части буя. Разъем/отвод предназначается для заданного давления канала и максимальной глубины буя BTM во время разъема (приблизительно 120 м). Система может отсоединяться в море при характерной высоте волны (Hs) вплоть до 8,8 м, и разъем можно осуществлять в море в состоянии, при котором Hs составляет, по меньшей мере, 2 м. Разъем можно осуществлять без помощи других судов. Более подробное описание турели и буя включает разъемы/отводы трубопроводов.

Фиг. 3 представляет систему райзеров и шлангокабелей с причальной системой FPSO и BTM с внутренней турелью. Согласно данному варианту осуществления, BTM включает внутреннюю турель FPSO 7, которая поддерживает разъемный буй 6. Буй предназначается, чтобы поддерживать причальные линии 5 и райзеры/шлангокабели 4 после разъема. Райзеры 4 имеют конфигурацию пологой волны посредством использования распределенной плавучести 8 в каждом райзере и шлангокабеле, и, следовательно, прекращаются движения судна от точки касания райзера.

Кроме того, данный чертеж четко показывает, что радиальное расстояние X между точкой касания райзера и вертикальной осью буя составляет менее чем радиальное расстояние Y между вертикальной осью буя и якорным приспособлением причальных линий.

Хотя в данном документе были описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что специалисты в данной области техники могут легко производить соответствующие модификации и видоизменения, и, следовательно, формула изобретения предназначается для интерпретации таким образом, чтобы распространяться на такие модификации и эквиваленты.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1. Система перемещения

2. Морское дно

3. Внешняя турель

4. Райзер

5. Якорное приспособление

6. Буй

7. Добывающее судно

8. Распределенные плавучие модули

9. -

10. Верхняя балочная конструкция

11. Шарнирная колонна

12. Турельная конструкция

13. Опорная система

14. Конструкционный разъем

X = радиальное расстояние между точкой касания райзера и вертикальной осью буя

Y = радиальное расстояние между вертикальной осью буя и якорным приспособлением причальных линий.

Реферат

Настоящее изобретение относится к глубоководной разъемной турельной системе с пологоволновой конфигурацией жесткого райзера. Система перемещения углеводородов из месторождений, которые расположены под морским дном. Турель присоединена к добывающему углеводородному судну, плывущему по морской поверхности. Углеводороды перемещаются через, по меньшей мере, один жесткий цепной райзер, проходящий от морского дна к бую, и вышеупомянутую систему перемещения углеводородов составляют верхняя секция, по меньшей мере, одного практически жесткого райзера, непосредственно прикрепленная к бую и оборудованного обтекателями. Средняя секция жесткого райзера оборудована плавучими модулями таким образом, что она приобретает форму пологой волны. Нижняя секция практически жесткого райзера находится в контакте с морским дном на расстоянии X от вертикальной оси буя, которое составляет менее чем расстояние Y между вертикальной осью буя и якорным приспособлением причальных линий. Достигается простота и безопасность повторного соединения элементов конструкции, и сохранность их в надлежащем состоянии. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула