一种位于海床泥面下的水下生产的防护系统及方法与流程

1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种位于海床泥面下的水下生产的防护系统及方法。


背景技术：

2.水下生产系统逐渐成为高效开发深水油气田、通航区及受限区内油气田的重要技术手段。水下生产系统通常位于泥面以上，采用足够牢固的基础和渔网可滑过的保护结构保护水下生产设施。对于通航区内的水下生产系统，其设施还存在受到水面落物的风险。水下沉箱由钢圆筒及水下生产系统的关键设备组成，采油树、管汇等设备布置在钢圆筒内，钢圆筒及其顶盖可以起到一定的保护作用，可有效减轻或规避位于通航区的水下生产系统所遭受的撞击载荷。
3.目前，水下生产系统的防护设计均针对海床泥面上的设施，未开展通航区海床泥面下水下生产系统方案的研究与设计。与常规泥面上水下生产系统相比，泥面下的钢圆筒的沉箱因空间受限，要求内部设施布置更加紧凑、高效，现有的水下生产系统的防护设施设计无法满足海床泥面下的水下生产系统的防护设施布置的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种位于海床泥面下的水下生产的防护系统及方法，用以解决现有的水下生产系统的防护设施设计无法满足海床泥面下的油气生产湿式防护系统的总体布置需求的问题。
5.本发明提供一种位于海床泥面下的水下生产的防护系统，包括一沉箱，所述沉箱内设置有一丛生产管汇、若干采油树、一个防污装置和两台水下摄像装置，所述水下生产管汇设置于沉箱中央，配置有用于注水的注水管线和用于输送油气的混输管线；每颗采油树分别通过跨接管与水下生产管汇相连；所述防污装置内设有探头舱，防污装置及探头舱布置在水下生产管汇中部；两台所述水下摄像装置分别靠近水下生产管汇两侧附近设置，水下摄像装置能实现水下360度的摄像，用于水下的全方位可视化监测。
6.优选地，所述沉箱内布置6颗采油树，包括3颗用于注水的采油树和3颗用于生产采油树，3颗生产采油树和3颗注水采油树分别位于水下生产管汇的两侧且分别关于水下生产管汇的纵向中心线对称布置。
7.优选地，还包括一个脐带缆水下终端和一个水下电力分配单元，所述脐带缆水下终端与所述水下电力分配单元均布置在所述水下生产管汇附近，所述水下生产管汇的两端分别集成有3个水下控制模块和2个水下路由模块；所述水下电力分配单元的电力输出端与采油树通过动力飞线相连，所述水下电力分配单元的电力输入端与外部的电缆相连；所述脐带缆水下终端的输出端与2个水下路由模块通过光电飞线相连且与3个水下控制模块通过液飞线相连，所述脐带缆水下终端的输入端与外部的脐带缆相连；2个水下路由模块与3个水下控制模块通过电飞线相连；每颗采油树通过电液飞线分别与3个水下控制模块相连。
8.优选地，所述动力飞线和所述电液飞线沿所述沉箱的壁面布置。
9.优选地，所述采油树与所述沉箱的壁面的距离、所述采油树与所述水下生产管汇的壁面的距离以及相邻所述采油树之间的间距控制在2m以上。
10.优选地，所述沉箱的顶端配置有顶盖，每颗采油树上方对应的顶盖上设置有采油树检修孔，用于采油树的检修与回收；3个水下控制模块上方对应的顶盖上分别设置有水下控制模块回收孔，用于回收水下控制模块；2个水下路由模块上方对应的顶盖上分别设置有水下路由模块回收孔，用于回收水下路由模块；所述水下生产管汇两侧上方对应的顶盖上设置有人工孔，用于潜水工人进出沉箱。
11.本发明涉及一种位于海床泥面下的水下生产的防护方法，采用上述的位于海床泥面下的水下生产的防护系统，包括以下步骤：
12.步骤a：下沉钢圆筒形成沉箱；
13.步骤b：钻若干采油井和若干注水井；
14.步骤c：沉箱内部设施安装；
15.步骤d：沉箱内部管线连接；
16.步骤e：沉箱外部管线连接；
17.步骤f：顶盖开孔及安装与回填。
18.优选地，所述沉箱内部设施安装具体包括以下步骤：
19.将生产管汇安装于沉箱中央形成水下生产管汇，并配置注水管线和混输管线，且水下生产管汇的两端分别集成有3个水下控制模块和2个水下路由模块；
20.将采油树分别安装在若干采油井和若干注水井上分别形成用于注水的采油树和用于生产的采油树；
21.在水下生产管汇中部布置防污装置，且防污装置内置有探头舱；
22.靠近水下生产管汇两侧附近分别设置两台水下摄像装置，用于水下的全方位可视化监测；
23.脐带缆水下终端与水下电力分配单元设置于水下生产管汇附近。
24.优选地，所述沉箱内部管线连接具体包括以下步骤：
25.每颗采油树分别与所述水下生产管汇通过跨接管相连；
26.所述水下电力分配单元的电力输出端与采油树通过动力飞线相连；
27.所述脐带缆水下终端的输出端与2个水下路由模块通过光电飞线相连且与3个水下控制模块通过液飞线相连；
28.2个水下路由模块与3个水下控制模块通过电飞线相连；
29.每颗采油树通过电液飞线分别与3个水下控制模块分别相连。
30.优选地，所述沉箱外部管线连接具体包括以下步骤：
31.所述水下生产管汇的注水管线和混输管线分别与外部的注水管和混输管对接；
32.所述水下电力分配单元的电力输入端与外部的电缆相连；
33.所述脐带缆水下终端的输入端与外部的脐带缆相连。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35.本发明公开了一种位于海床泥面下的水下生产的防护系统及方法，应用该方法精简了油气开发过程中的水下生产系统的防护设施的内部管缆连接，布置紧凑、合理、安全，
满足海床泥面下的油气生产湿式防护系统的总体布置方法需求以及水下生产系统内的设施安装、维检修作业需求。
附图说明
36.图1为本发明实施例1提供的沉箱的俯视图；
37.图2为本发明实施例1提供的沉箱的一个侧面的视图；
38.图3为本发明实施例1提供的沉箱的另一个侧面的视图。
具体实施方式
39.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
40.本发明提供一种位于海床泥面下的水下生产的防护系统及方法，其中，水下生产系统包括水下生产管汇1、若干采油树2、水下电力分配单元(英文缩写为spdu)、脐带缆水下终端(英文缩写为uta)、防污装置3等，设备之间通过管缆或飞线连接。
41.该防护方法采用钢圆筒湿式防护的方式，将水下生产系统的各项设备安装于由钢圆筒形成的沉箱100内，使之总体满足紧凑式布置，应当遵循以下原则：
42.(1)总体布置合理，满足工艺流程的最佳需要，同时在保证安全和可靠的前提下，尽量优化水下设施的布局，控制沉箱主体尺度；
43.(2)水下生产设施间应保留合适的空间，避免水下设施安装或维修时的相互干扰；
44.(3)水下生产系统的布置应满足水下设施安装的顺序，施工机具能力及安装精度，满足采油树、管汇、海管、脐带缆、跨接管、飞线等设施的现场安装及连接需求；
45.(4)满足管汇、采油树等水下设施的后期操作维修要求，合理预留潜水员作业通道和作业空间，作业通道利于阀门、采油树操作，考虑潜水员操作半径2m；
46.(5)满足人员进出舱及应急逃生的需求，充分利用沉箱内部净高度；
47.(6)满足钻完井/修井作业程序、后期操作维修要求，采油树至相邻设施及沉箱壁的距离控制在2m以上；
48.(7)电缆、脐带缆、混输管线、注水管线在沉箱壁距离泥面2.5m的位置设置开槽。
49.其中，钢圆筒埋入海床泥面下形成沉箱100，既起到地基支护的作用，也起到水下生产系统防护的作用。
50.实施例1
51.实施例1提供一种位于海床泥面下的水下生产的防护系统，下面对其结构进行详细描述。
52.参考图1至图3，该位于海床泥面下的水下生产的防护系统包括一沉箱100，所述沉箱100由钢圆筒埋设于海床泥面下形成，具体地，沉箱100内壁直径为29m，高度为7.5m。
53.所述沉箱100内设置有一丛生产管汇1、若干采油树2、一个防污装置3、两台水下摄像装置4、一个脐带缆水下终端(英文缩写为uta)、一个水下电力分配单元(英文缩写为spdu)，
54.其中，水下生产管汇1设置于沉箱100中央，配置有用于注水的注水管线和用于输送油气的混输管线；
55.每颗采油树2分别通过跨接管与水下生产管汇1相连；
56.防污装置3内设有探头舱，防污装置3及探头舱布置在水下生产管汇1中部；
57.两台水下摄像装置4分别靠近水下生产管汇1两侧附近设置，水下摄像装置4能实现水下360度的摄像，用于水下的全方位可视化监测。
58.优选地，沉箱100内可布置6颗采油树2，包括3颗用于注水的采油树和3颗用于生产的采油树。一种具体的实施方式，3颗生产采油树和3颗注水采油树分别位于水下生产管汇1的两侧且分别关于水下生产管汇1的纵向中心线对称布置。另一种具体的实施方式，还可以根据实际项目情况确定生产采油树及注水采油树的位置和数量。
59.水下生产管汇1的两端分别集成有3个水下控制模块(英文缩写为scm)和2个水下路由模块(英文缩写为srm)；
60.脐带缆水下终端uta与水下电力分配单元spdu均布置在水下生产管汇1附近，水下电力分配单元spdu的电力输出端与采油树2通过动力飞线相连，水下电力分配单元spdu的电力输入端与外部的电缆相连；
61.脐带缆水下终端uta的输出端与2个水下路由模块srm通过光电飞线相连，与3个水下控制模块通过液飞线相连，脐带缆水下终端uta的输入端与外部的脐带缆相连；
62.2个水下路由模块srm与3个水下控制模块scm通过电飞线相连；
63.每颗采油树2通过电液飞线分别与3个水下控制模块scm分别相连。
64.其中，脐带缆是电缆(信号缆)、光缆(单模或多模光缆)、液压或化学药剂管(钢管或软管)的组合；光电飞线是光飞线和电飞线的统称，电液飞线是电飞线和液飞线的统称，动力飞线是输送电力的强电线，光飞线指的是光缆线，电飞线是装有信号缆的弱电线，液飞线是内部装有液压或化学药剂的输液管。
65.为了减小潜水员维修操作缠绕风险，动力飞线和电液飞线均沿沉箱100的壁面布置。
66.为保证潜水员足够的操作空间，采油树2与沉箱100的壁面的距离、采油树2与水下生产管汇1的壁面的距离以及相邻采油树2之间的间距控制在2m以上。
67.为了封住沉箱100，所述沉箱100的顶端配置有顶盖。
68.每颗采油树2上方对应的顶盖上设置有采油树检修孔，该采油树检修孔为4.5m
×
4.5m的矩形孔，用于采油树的检修与回收；
69.3个水下控制模块上方对应的顶盖上分别设置有水下控制模块回收孔，该水下控制模块回收孔为4.5m
×
4.5m的矩形孔，用于回收水下控制模块；
70.2个水下路由模块上方对应的顶盖上分别设置有水下路由模块回收孔，该水下路由模块回收孔为4m
×
3m的矩形孔，用于回收水下路由模块；
71.水下生产管汇1两侧上方对应的顶盖上分别设置有人工孔，该人工孔为3m
×
3m的矩形孔，用于潜水工人进出沉箱。
72.实施例2
73.实施例2提供一种位于海床泥面下的水下生产的防护方法，以形成实施例1提供的位于海床泥面下的水下生产的防护系统，该方法包括以下步骤：
74.步骤a：下沉钢圆筒形成沉箱100；
75.开挖基槽，待开挖至设计深度后，采用振沉方式下沉钢圆筒并安装，直至钢圆筒下沉安装到位，将钢圆筒内部的泥挖到设计深度形成基坑，以钢圆筒作为基坑的支护，由此形
成沉箱100，其中，沉箱100顶端与泥面齐平，整个沉箱100在海床泥面以下；
76.步骤b：钻若干采油井和若干注水井；
77.钻井船对沉箱100内进行钻井作业，钻出若干采油井和若干注水井；
78.步骤c：沉箱100内部设施安装，具体包括以下步骤：
79.将生产管汇安装于沉箱100中央形成水下生产管汇1，并配置注水管线和混输管线，且水下生产管汇1的两端分别集成有3个水下控制模块和2个水下路由模块；
80.将采油树2分别安装在若干采油井和若干注水井上分别形成用于注水的采油树和用于生产的采油树；
81.在水下生产管汇1中部布置防污装置3，且防污装置3内置有探头舱；
82.靠近水下生产管汇1两侧附近分别设置两台水下摄像装置4，用于水下的全方位可视化监测；
83.脐带缆水下终端与水下电力分配单元设置于水下生产管汇1附近；
84.步骤d：沉箱100内部管线连接，具体包括以下步骤：
85.每颗采油树2分别与水下生产管汇1通过跨接管相连；
86.水下电力分配单元的电力输出端与采油树2通过动力飞线相连；
87.脐带缆水下终端的输出端与2个水下路由模块通过光电飞线相连且与3个水下控制模块通过液飞线相连；
88.2个水下路由模块与3个水下控制模块通过电飞线相连；
89.每颗采油树通过电液飞线分别与3个水下控制模块相连；
90.步骤e：沉箱100外部管线连接；
91.水下生产管汇1的注水管线和混输管线分别与外部的注水管和混输管对接；
92.水下电力分配单元的电力输入端与外部的电缆相连；
93.脐带缆水下终端的输入端与外部的脐带缆相连；
94.步骤f：顶盖开孔及安装与回填；
95.顶盖上预先开设有采油树检修孔、水下控制模块回收孔、水下路由模块回收孔和人工孔；
96.且采油树检修孔分别位于每颗采油树2上方对应的顶盖上，水下控制模块回收孔分别位于3个水下控制模块上方对应的顶盖上，水下路由模块回收孔分别位于2个水下路由模块上方对应的顶盖上，人工孔分别位于水下生产管汇1两侧上方对应的顶盖上；
97.将顶盖安装在沉箱顶端；
98.回填泥土至沉箱顶部附近。
99.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。