全干式水中油气生产系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种全干式水中油气生产系统及其工作方法，所述系统包括功能单元、水中平台、水中井口头、海底井口头、刚性立管和张力缆绳；功能单元安装固定于水中平台之上，包括一个a型单元和6个b型单元，a型单元为干式采油及回注单元，所述b型单元水平面形状为扇形，6个b型单元环绕在a型单元周边，分别为干式汇集单元、干式分离单元、干式加压单元、干式湿气压缩单元、干式储存单元和干式控制单元。本发明专利技术与位于水中的干式采油树相比，各干式单元的水密舱形状设计更加简单，易于建造，容易组装，可有效实现模块化建造、安装以及维修，同时有利于在水中平台上的合理布局，充分利用平台空间提高了油气田开发的稳定性和高效性。

【技术实现步骤摘要】
全干式水中油气生产系统及其工作方法
本专利技术属于海洋工程装备
的油气开发系统，特别涉及全干式水中油气生产系统及其工作方法。
技术介绍
随着海上油气开采技术的不断发展，油气开采领域逐步扩展到深水甚至超深水区域。在《StepstotheSubseaFactory》(O.Φkland,S.Davies,R.M.Ramberg,H.Rognφ,Statoil.OffshoreTechnologyConference,RiodeJaneiro,29-31October2013[C].)一文中，针对超深水油气开发，挪威国家石油公司提出了一种水下工厂的概念，水下工厂的设计理念是以海底为支撑平台，将油气开发设备均置于海底，实现整个油气开发过程可以在海底进行，从而提高油气开采的稳定性和经济性。然而，由于水深的影响，海底温度低，压强大。在超深水下，水下生产系统仍然面临着对接定位难、油气运输风险大和水下生产设备制造要求高等问题。中国专利(专利号：CN201310354619.8)提出了一种基于干式采油树的超深水油气开发系统，采用干式采油树，通过水下井口舱隔绝了采油树与海水的接触，与湿式采油树相比避免了海水腐蚀和压力，避免了海底淤泥及海洋生物的影响。但是该系统仍存在以下问题:第一，该系统仅仅实现了水中采油的干式化，油气资源的生产和储存仍依赖于海面的辅助油气开发装备，无法有效提高油气开发作业整体的高效性以及经济性。第二，由于依赖于海面的浮式生产储油卸油装置、半潜平台等辅助油气开发装备，海面的辅助油气开发设备受海面风、浪、流等破坏性环境影响较大，导致该系统的整体油气开发作业仍然受海面环境的影响较大，油气开发的稳定性、持续性较差。第三，位于水中的干式采油树进行维修时需要借助潜水员，维修工艺复杂，维修成本较高。第四，该系统井口舱形状复杂，建造难度较大，布置于水中平台上时空间利用率低。
技术实现思路
为了解决现有技术的上述问题，本专利技术要提出一种实现以下目的的全干式水中油气生产系统及其工作方法：1、有效提高油气开发作业整体的高效性以及经济性；2、提高油气开发的稳定性和持续性；3、简化维修工艺，降低维修成本；4、提高水中平台的空间利用率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：全干式水中油气生产系统，包括功能单元、水中平台、水中井口头、海底井口头、刚性立管和张力缆绳；所述功能单元安装固定于水中平台之上，包括一个a型单元和6个b型单元，所述a型单元水平面形状为等边六边形，包括干式采油及回注单元，所述b型单元水平面形状为扇形，6个b型单元外部轮廓尺寸和形状相同，环绕在a型单元周边，其在水平面的投影构成一个外圈为圆形、内圈为等边六边形的环形；6个b型单元分别为干式汇集单元、干式分离单元、干式加压单元、干式湿气压缩单元、干式储存单元和干式控制单元；所述水中平台通过张力缆绳系泊在水面以下50～400米处，水中平台上设置有水中井口头，所述水中井口头与刚性立管的上端连接，所述张力缆绳固定于海床上；所述海底井口头与刚性立管的下端连接；所述水中井口头包括水中井口头a和水中井口头b，所述水中井口头a用于开采油气资源；所述水中井口头b用于回注加压后的产出水，所述干式采油及回注单元用于开采油气资源，并将产出水经过加压后回注至地层。所述干式汇集单元用于实现油气资源的汇集。所述干式分离单元将汇集后的油、气、水混合物进行分离。所述干式加压单元用于对分离得到的产出水和分离得到的原油加压。所述干式湿气压缩单元用于对分离得到的天然气湿气进行压缩。所述干式储存单元用于储存分离得到的原油。所述干式控制单元用于控制油气开发作业，为油气开发设备提供动力；所述a型单元和b型单元之间通过刚性跨接管连接。进一步地，所述干式采油及回注单元上部是水平面投影为等边六边形的a型单元水密舱，a型单元水密舱内部集成有采油树、2个水中井口头a和2个水中井口头b，a型单元水密舱上设置2个油气水输出接口和2个产出水注入接口；所述干式汇集单元外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱，内部集成有干式管汇，b型单元水密舱上设置4个流体输入接口A、1个流体输出接口A、1个测试接口和3个药剂输入接口；所述干式分离单元外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱，内部集成有干式油气水分离设备，b型单元水密舱上设置流体输入接口B、原油输出接口A、产出水输出接口A和湿气输出接口A；所述干式储存单元外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱，内部集成有储油罐，b型单元水密舱上设置原油输入接口A和原油输出接口B；所述干式加压单元外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱，内部集成有干式加压泵组，b型单元水密舱上设置原油输入接口B、产出水输入接口A、原油输出接口C和2个产出水输出接口B；所述干式湿气压缩单元外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱，内部集成有干式天然气湿气压缩设备，b型单元水密舱上设置湿气输入接口A和湿气输出接口B；所述干式控制单元外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱，内部集成有干式控制系统；所述干式采油及回注单元的油气水输出接口与干式汇集单元的流体输入接口A通过刚性跨接管连接，干式汇集单元的流体输出接口A与干式分离单元的流体输入接口B通过刚性跨接管连接，干式分离单元的原油输出接口A与干式储存单元的原油输入接口A通过刚性跨接管连接，干式分离单元的产出水输出接口A与干式加压单元的产出水输入接口A通过刚性跨接管连接，干式分离单元的湿气输出接口A与干式湿气压缩单元的湿气输入接口A通过刚性跨接管连接，干式储存单元的原油输出接口B与干式加压单元的原油输入接口B通过刚性跨接管连接，干式加压单元的产出水输出接口B与干式采油及回注单元的产出水注入接口通过刚性跨接管连接。进一步地，所述干式采油及回注单元内部设置4个升降柱套，贯通上下表面，与水中平台上对应位置的4个导向柱相配合；所述b型单元水密舱内部设置3个升降柱套，贯通上下表面，与水中平台上对应位置的3个导向柱相配合；所述a型单元水密舱和b型单元水密舱的内部均集成有插销式液压升降系统；所述升降柱套沿轴向均布径向插销孔，所述导向柱沿轴向均布径向插销孔。进一步地，所述导向柱设置有导向索。进一步地，所述b型单元水密舱共6个，6个b型单元水密舱环成的内圈等边六边形的边长大于a型单元水密舱外圈的等边六边形的边长。进一步地，所述干式采油及回注单元下部是隔水板，隔水板上表面的4个插销柱与a型单元水密舱内底部设置的4个自动插销器A连接，从而使隔水板与a型单元水密舱连接；所述隔水板内设置4个自动插销器B，与水中平台上对应位置的4个导向柱相配合，用于维修时固定隔水板的位置；所述a型单元水密舱上面六边形边缘处间隔设置3个吊耳，所述b型单元水密舱上面径向边处设置2个吊耳。如图1-12所示，全干式水中油气生产系统的工作方法，包括以下步骤：A、利用钻井船进行预钻井，完成海底井口头的完井固井工作，于岸上将干式采油树及回注设备置于干式采油及回注单元中，将干式管汇置于干式汇集单元中，将干式油气水分离设备置于干式分离单元中，将储油罐置于干式储存单元中，将干式加压泵组置于干式加压单元中，将干式天然气湿气压缩设备置于干式湿气压缩单元中，将干式控制系统置于干式控制单元中；在陆上完成导向柱与水中平台的组装。B、利用安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
全干式水中油气生产系统，其特征在于：包括功能单元、水中平台(4)、水中井口头(24)、海底井口头(1)、刚性立管(2)和张力缆绳(3)；所述功能单元安装固定于水中平台(4)之上，包括一个a型单元和6个b型单元(34)，所述a型单元水平面形状为等边六边形，包括干式采油及回注单元(5)，所述b型单元(34)水平面形状为扇形，6个b型单元(34)外部轮廓尺寸和形状相同，环绕在a型单元周边，其在水平面的投影构成一个外圈为圆形、内圈为等边六边形的环形；6个b型单元(34)分别为干式汇集单元(6)、干式分离单元(7)、干式加压单元(9)、干式湿气压缩单元(10)、干式储存单元(8)和干式控制单元(11)；所述水中平台(4)通过张力缆绳(3)系泊在水面以下50～400米处，水中平台(4)上设置有水中井口头(24)，所述水中井口头(24)与刚性立管(2)的上端连接，所述张力缆绳(3)固定于海床上；所述海底井口头(1)与刚性立管(2)的下端连接；所述水中井口头(24)包括水中井口头a(14)和水中井口头b(15)，所述水中井口头a(14)用于开采油气资源；所述水中井口头b(15)用于回注加压后的产出水，所述干式采油及回注单元(5)用于开采油气资源，并将产出水经过加压后回注至地层；所述干式汇集单元(6)用于实现油气资源的汇集；所述干式分离单元(7)将汇集后的油、气、水混合物进行分离；所述干式加压单元(9)用于对分离得到的产出水和分离得到的原油加压；所述干式湿气压缩单元(10)用于对分离得到的天然气湿气进行压缩；所述干式储存单元(8)用于储存分离得到的原油；所述干式控制单元(11)用于控制油气开发作业，为油气开发设备提供动力；所述a型单元和b型单元(34)之间通过刚性跨接管(119)连接。...

【技术特征摘要】
1.全干式水中油气生产系统，其特征在于：包括功能单元、水中平台(4)、水中井口头(24)、海底井口头(1)、刚性立管(2)和张力缆绳(3)；所述功能单元安装固定于水中平台(4)之上，包括一个a型单元和6个b型单元(34)，所述a型单元水平面形状为等边六边形，包括干式采油及回注单元(5)，所述b型单元(34)水平面形状为扇形，6个b型单元(34)外部轮廓尺寸和形状相同，环绕在a型单元周边，其在水平面的投影构成一个外圈为圆形、内圈为等边六边形的环形；6个b型单元(34)分别为干式汇集单元(6)、干式分离单元(7)、干式加压单元(9)、干式湿气压缩单元(10)、干式储存单元(8)和干式控制单元(11)；所述水中平台(4)通过张力缆绳(3)系泊在水面以下50～400米处，水中平台(4)上设置有水中井口头(24)，所述水中井口头(24)与刚性立管(2)的上端连接，所述张力缆绳(3)固定于海床上；所述海底井口头(1)与刚性立管(2)的下端连接；所述水中井口头(24)包括水中井口头a(14)和水中井口头b(15)，所述水中井口头a(14)用于开采油气资源；所述水中井口头b(15)用于回注加压后的产出水，所述干式采油及回注单元(5)用于开采油气资源，并将产出水经过加压后回注至地层；所述干式汇集单元(6)用于实现油气资源的汇集；所述干式分离单元(7)将汇集后的油、气、水混合物进行分离；所述干式加压单元(9)用于对分离得到的产出水和分离得到的原油加压；所述干式湿气压缩单元(10)用于对分离得到的天然气湿气进行压缩；所述干式储存单元(8)用于储存分离得到的原油；所述干式控制单元(11)用于控制油气开发作业，为油气开发设备提供动力；所述a型单元和b型单元(34)之间通过刚性跨接管(119)连接。2.根据权利要求1所述全干式水中油气生产系统，其特征在于：所述干式采油及回注单元(5)上部是水平面投影为等边六边形的a型单元水密舱(16)，a型单元水密舱(16)内部集成有采油树(13)、2个水中井口头a(14)和2个水中井口头b(15)，a型单元水密舱(16)上设置2个油气水输出接口(101)和2个产出水注入接口(102)；所述干式汇集单元(6)外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱(18)，内部集成有干式管汇(17)，b型单元水密舱(18)上设置4个流体输入接口A(103)、1个流体输出接口A(106)、1个测试接口(104)和3个药剂输入接口(105)；所述干式分离单元(7)外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱(18)，内部集成有干式油气水分离设备(19)，b型单元水密舱(18)上设置流体输入接口B(107)、原油输出接口A(108)、产出水输出接口A(109)和湿气输出接口A(110)；所述干式储存单元(8)外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱(18)，内部集成有储油罐，b型单元水密舱(18)上设置原油输入接口A(111)和原油输出接口B(112)；所述干式加压单元(9)外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱(18)，内部集成有干式加压泵组，b型单元水密舱(18)上设置原油输入接口B(115)、产出水输入接口A(113)、原油输出接口C(116)和2个产出水输出接口B(114)；所述干式湿气压缩单元(10)外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱(18)，内部集成有干式天然气湿气压缩设备，b型单元水密舱(18)上设置湿气输入接口A(117)和湿气输出接口B(118)；所述干式控制单元(11)外部是水平面投影为扇形的b型单元水密舱(18)，内部集成有干式控制系统；所述干式采油及回注单元(5)的油气水输出接口(101)与干式汇集单元(6)的流体输入接口A(103)通过刚性跨接管(119)连接，干式汇集单元(6)的流体输出接口A(106)与干式分离单元(7)的流体输入接口B(107)通过刚性跨接管(119)连接，干式分离单元(7)的原油输出接口A(108)与干式储存单元(8)的原油输入接口A(111)通过刚性跨接管(119)连接，干式分离单元(7)的产出水输出接口A(109)与干式加压单元(9)的产出水输入接口A(113)通过刚性跨接管(119)连接，干式分离单元(7)的湿气输出接口A(110)与干式湿气压缩单元(10)的湿气输入接口A(117)通过刚性跨接管(119)连接，干式储存单元(8)的原油输出接口B(112)与干式加压单元(9)的原油输入接口B(115)通过刚性跨接管(119)连接，干式加压单元(9)的产出水输出接口B(114)与干式采油及回注单元(5)的产出水注入接口(102)通过刚性跨接管(119)连接。3.根据权利要求1所述全干式水中油气生产系统，其特征在于：所述干式采油及回注单元(5)内部设置4个升降柱套(26)，贯通上下表面，与水中平台(4)上对应位置的4个导向柱(33)相配合；所述b型单元水密舱(18)内部设置3个升降柱套(26)，贯通上下表面，与水中平台(4)上对应位置的3个导向柱(33)相配合；所述a型单元水密舱(16)和b型单元水密舱(18)的内部均集成有插销式液压升降系统(27)；所述升降柱套(26)沿轴向均布径向插销孔(25)，所述导向柱(33)沿轴向均布径向插销孔(25)。4.根据权利要求3所述全干式水中油气生产系统，其特征在于：所述导向柱(33)设置有导向索(23)。5.根据权利要求2所述全干式水中油气生产系统，其特征在于：所述b型单元水密舱(18)共6个，6个b型单元水密舱(18)环成的内圈等边六边形的边长大于a型单元水密舱(16)外圈的等边六边形的边长。6.根据权利要求1所述全干式水中油气生产系统，其特征在于：所述干式采油及回注单元(5)下部是隔水板(32)，隔水板(32)上表面的4个插销柱(30)与a型单元水密舱(16)内底部设置的4个自动插销器A(28)连接，从而使隔水板(32)与a型单元水密舱(16)连接；所述隔水板(32)内设置4个自动插销器B(29)，与水中平台(4)上对应位置的4个导向柱(33)相配合，用于维修时固定隔水板(32)的位置；所述a型单元水密舱(16)上面六边形边缘处间隔设置3个吊耳(31)，所述b型单元水密舱(18)上面径向边处设置2个吊耳(31)。7.全干式水中油气生产系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：A、利用钻井船进行预钻井，完成海底井口头(1)的完井固井工作，于岸上将干式采油树(13)及回注设备置于干式采油及回注单元(5)中，将干式管汇(17)置于干式汇集单元(6)中，将干式油气水分离设备(19)置于干式分离单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄兴伟，韩玥，黄一，张崎，王文华，刘刚，李红霞，陈景杰，董磊磊，李志远，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21