[发明专利]海底自由站立式立管系统和方法

说明书

背景

技术领域

本发明总体涉及用于海洋油气勘探、开采、钻井、完井、修井以及封闭和处理领域的系统和方法。

背景技术

已经在开采和完井操作过程中使用了自由站立式立管（FSR）系统。为回顾，请看Hatton等人在巴西里约热内卢的2002年12月3-4的3rd Workshop on Subsea Pipelines上出版的“自由站立式立管技术近期的发展”（“Recent Developments in Free Standing Riser Technology”）。还看美国专利第7,434,624号。对于FSR系统的其它示例，看美国已公开的专利申请第20070044972和2008022358号，其公开了FSR系统和安装FSR系统的方法。提到立管系统的其它特征的其它专利是美国专利第4,234,047、4,646,840、4,762,180、6,082,391以及6,321,844号。

“立管基气举采油”是改善FSR系统中产品流动，尤其是重油流动的技术。Szucs等人的“使用COR的重油气举采油”（“Heavy Oil Gas Lift Using the COR”），SPE97749(2005)公开了使用同心偏移立管（COR）的立管基气举采油应用。

美国石油协会（API）推荐规程2RD，（API-RP-2RD,第一版，1998年6月）“用于浮式采油系统（FPS）的立管的设计”（“Design of Risers for Floating Production Systems(FPSs)and Tension-Leg Platforms(TLPs)”）是海底石油和气体开采工业的标准。在Bai等人的海底工程手册（Subsea Engineering Handbook）第437页（2010年12月出版）中，氮气被提到为管中管立管的可能的隔离介质，但仅在外立管的外表面与材料隔离件之间的间隙或环空中。

Webb等人的“在没有第二石油井架下的双重活动”（“Dual Activities Without the Second Derrick–A Success Story”）SPE112869(2008)提到使用氮气的立管环空排水，并公开了具有水面氮气供应装置的筒式平台和用于使用氮气的立管环空排水的永久氮气管线。2008年4月14日的受让人（Ballard等人）的美国非临时专利申请序列号12/082,742描述了使用氮气修复在油气开采系统中的水合物插头。

在封闭和处理方面，海底立管（自由站立式或非自由站立式）不被认为适于这种应用。具体地，直到最近，关于在任何显著深度处、诸如到5000英尺/1500米或更深处的海底泄漏，工业上还没有进行干预。具体地，现有的封闭工作不解决在促进天然气水合物的形成的深海压力和温度下由烃类与海水的组合而产生的流体特性。

在自由站立式立管系统的使用和安装方法增加的同时，仍存在对更可靠设计的需求，尤其是在封闭和处理过程中关心流动保障时，以及存在着在正常开采运行过程中和在封闭过程中对可操作大量的潜在水合物形成气体的设计的需求。本公开的系统和方法致力于这些需求。

发明内容

根据本公开，描述了船用海底同心自由站立式立管系统及其使用方法，其可减少或克服先前已知系统和方法的许多缺点。

本公开的第一方面是一种自由站立式立管系统，所述自由站立式立管系统将海底源连接到水面结构，该系统包括：

同心自由站立式立管，包括在其间限定环空的内立管和外立管，立管的下端通过下立管组件（LRA）和一个或多个海底柔性导管流体联接到海底源，且立管的上端通过上立管组件（URA）和一个或多个上部柔性导管机械连接到水下浮力组件并流体连接到水面结构；

LRA，包括第一大致筒形构件，第一大致筒形构件具有纵向孔、下端、上端以及大致筒形外表面，第一大致筒形构件包括从外表面延伸到孔的足够入流端口以适应来自烃类流体源的烃类流动以及功能流体（流动保障流体或其它流体，例如阻蚀剂或防垢剂等）的流入，入流端口中的至少一个流体连接到LRA生产翼阀组件，第一大致筒形构件的上端包括适于流体连接到自由站立式立管的轮廓，第一大致筒形构件的下端包括适于连接到海床系泊处的连接器；以及