專利名稱：海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海底油氣的生產(chǎn)，尤其涉及用于將主生產(chǎn)設(shè)施連接到海底油井的系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中，諸如岸基生產(chǎn)設(shè)施或離岸平臺之類的主生產(chǎn)設(shè)施通常被 連接到一個或多個海底油井。生產(chǎn)管道將每個海底鉆井連接到主生產(chǎn)設(shè)施。生產(chǎn)管道被 用于將提取出來的油氣輸送回主生產(chǎn)設(shè)施。除了生產(chǎn)管道，必須為每個海底油井提供特定 服務(wù)。這些服務(wù)可能包括電力、數(shù)據(jù)傳輸、液壓流體和井流服務(wù)流體(wellstream service fluid)(例如化學(xué)添加劑)。這四項(xiàng)服務(wù)通常在海底臍帶中提供。
在此參考圖1，圖1示意性地示出了一種連接到主生產(chǎn)設(shè)施I的海底油井的網(wǎng)絡(luò)。 若干個海底臍帶2、3、4、5被連接到主生產(chǎn)設(shè)施I。每個臍帶將若干個海底油井(在圖1被示 為圓圈)連接到主生產(chǎn)設(shè)施I。將臍帶5作為示例，其將海底油井7、8和9連接到主生產(chǎn)設(shè) 施I。注意，每個海底油井(例如海底油井7)可以包括若干個物理油井。除了臍帶，還利用 粗黑線示出油氣輸送管道，油氣輸送管道基本順著與臍帶2、3、4、5相同的路線。
圖2是為了僅僅進(jìn)行說明以示出臍帶內(nèi)提供的服務(wù)的目的。臍帶2通常包括若干 個液壓流體導(dǎo)管10 (四個在圖2中示出)，用于提供打開和關(guān)閉閥體的液壓動力。此外，臍 帶通常包括幾個井流服務(wù)流體導(dǎo)管11 (四個在圖2中示出)，來用于根據(jù)井流構(gòu)成和井流流 體的用途，承載不同構(gòu)成的井流服務(wù)流體。圖2中示出了七個電纜12，電纜12將電力提供 到海底控制模塊。海底控制模塊轉(zhuǎn)而將液壓動力提供到海底油井。此外，在圖2中示出四 個數(shù)據(jù)傳輸電纜13的束。當(dāng)然，這些數(shù)量僅僅是說明性的，不同的臍帶可具有不同數(shù)量的 液壓流體導(dǎo)管10、井流服務(wù)流體導(dǎo)管11、電纜12和數(shù)據(jù)傳輸電纜13。這取決于諸如由臍帶 服務(wù)的海底油井的數(shù)量、臍帶必須跨越的距離等各種因素。還提供了保護(hù)套14。
海底臍帶2將海底油井7、8和9串聯(lián)(通常通過“菊花鏈”)連接到主生產(chǎn)設(shè)施I。 換句話說，為了在主生產(chǎn)設(shè)施和海底油井之間提供電力和數(shù)據(jù)傳輸，這些服務(wù)必須經(jīng)過海 底油井7和8。典型的海底臍帶可以服務(wù)12個或更多個的海底油井，但對海底臍帶能夠服 務(wù)的海底油井的數(shù)量有實(shí)際的限制。
隨著用于海底油井的控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，每個海底油井的電力和數(shù)據(jù)傳輸需 求增大。在時間上，這將減少能夠被連接到每個海底臍帶的海底油井的數(shù)量，或者需要海底 臍帶具有更大的容量來傳輸電力和數(shù)據(jù)。這會大大增加海底臍帶的成本。
現(xiàn)有海底臍帶的另一個問題是將海底臍帶延伸到在新的邊緣礦藏(marginal prospect)中的新海底油井的成本可能是過分昂貴的，特別是如果必須利用新臍帶將該海 底油井連接到主設(shè)施。
與現(xiàn)有海底臍帶相關(guān)的另一個問題是當(dāng)海底臍帶出現(xiàn)故障時，其可能影響該故 障的“下游”的所有的海底油井，而且因此維修和升級在生產(chǎn)損失方面會是昂貴的。
現(xiàn)有海底臍帶使用交流電。海底臍帶中的每個電力傳輸電纜充當(dāng)電容器，因此在使用交流電的地方，電容屬性與電氣負(fù)荷同時出現(xiàn)。這導(dǎo)致電力傳輸?shù)膿p耗，這將海底臍帶 的實(shí)際長度限制為大約150km。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，使用海底臍帶將服務(wù)提供到海底油井的現(xiàn)有系統(tǒng)具有如上 所述的若干個問題。本發(fā)明的目的是減輕這些問題中的一些問題，并提供一種將數(shù)據(jù)傳輸 和電力服務(wù)提供到海底油井的改進(jìn)的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種海底石油和/或氣體的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提 供了主生產(chǎn)設(shè)施和多個海底油井。提供流體輸送網(wǎng)絡(luò)來將每個海底油井連接到主生產(chǎn)設(shè) 施。提供單獨(dú)的電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來輸送直流電力和數(shù)據(jù)，該電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)被操作性地連 接到每個海底油井，用于為每個海底油井提供數(shù)據(jù)傳輸和電力服務(wù)。使用直流電確保了電 力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)能夠在比目前可行的距離大得多的距離上提供電力，并且使用單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)用 于輸送流體和用于提供電力和數(shù)據(jù)傳輸允許更加靈活的系統(tǒng)。
流體輸送網(wǎng)絡(luò)可選地被布置為輸送液壓流體、井流服務(wù)流體和回收的油氣中的任 意。預(yù)期的是，本發(fā)明的重要使用將是在提供井流服務(wù)流體和液壓流體方面替代臍帶，但該 系統(tǒng)也可以被應(yīng)用到用于輸送回收的油氣的生產(chǎn)管道。
除了連接到流體輸送網(wǎng)絡(luò)，其中，電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可選地進(jìn)一步連接到海底觀測 臺、自主水下運(yùn)載工具、海底上的4D地震測網(wǎng)、海底處理單元、油氣管道和監(jiān)視系統(tǒng)中的任 意。這允許同一電力/數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接到海底勘探和油氣提取的其它方面。
作為選項(xiàng)，海底電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)包括用于傳遞數(shù)據(jù)的光纖通信。這允許高帶寬以 及沒有來自電力源的干擾。
海底油井和主生產(chǎn)設(shè)施之間的距離是可選地大于150km。當(dāng)使用高電壓直流電時， 這是可能的。
海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)可選地還包括樞紐(hub)，樞紐被設(shè)置為在提供電力到每個海 底油井之前，減小從主生產(chǎn)設(shè)施接收的直流電的電壓，該樞紐還設(shè)置為傳送數(shù)據(jù)。樞紐可以 被連接到另一個樞紐以幫助冗余和負(fù)載平衡。
海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)可選地設(shè)置有在主生產(chǎn)設(shè)施和樞紐之間的至少一個分支單元， 該樞紐被設(shè)置為在提供電力到海底油井之前，減小從分支單元接收的電力的電壓。分支單 元從主生產(chǎn)設(shè)施(或另一分支單元)接收電力和數(shù)據(jù)纜，并將單獨(dú)的電力和數(shù)據(jù)纜提供到多 個樞紐。這允許在樞紐降低電壓以供海底油井使用之前，從主生產(chǎn)設(shè)施經(jīng)由一個或多個分 支單元將高電壓直接發(fā)送到若干個樞紐。
電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可選地被設(shè)置為在主生產(chǎn)設(shè)施和樞紐之間傳輸高壓直流電，其中 樞紐被設(shè)置為在向多個海底油井供電之前降低電壓。
流體輸送網(wǎng)絡(luò)可以包括在主生產(chǎn)設(shè)施和海底油井之間的流體導(dǎo)管立管基座 (fluid conduit riser base)。流體導(dǎo)管立管基座具有多個用于將流體導(dǎo)管連接在流體導(dǎo) 管立管基座和至少一個海底油井之間的連接。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種海底節(jié)點(diǎn)(以上稱為“樞紐”)，來用于海底石 油和/或氣體生產(chǎn)系統(tǒng)。海底節(jié)點(diǎn)包括用于將數(shù)據(jù)和電力輸送到多個海底油井的裝置，通 過將海底油井鏈接到主生產(chǎn)設(shè)施的至少兩個單獨(dú)的流體輸送網(wǎng)絡(luò)來服務(wù)海底油井。
海底節(jié)點(diǎn)可選地進(jìn)一步包括用于將數(shù)據(jù)和電力輸送到海底觀測臺、自主水下運(yùn)載 工具、海底上4D地震測網(wǎng)、海底處理單元、油氣管道和監(jiān)視系統(tǒng)中的任意一個的裝置。
在優(yōu)選實(shí)施例中，用于傳送數(shù)據(jù)的裝置包括光纖通信系統(tǒng)，光纖通信系統(tǒng)確保沒 有來自電力源的干擾。
海底節(jié)點(diǎn)可進(jìn)一步包括用于操作性地將海底節(jié)點(diǎn)經(jīng)由用于輸送數(shù)據(jù)和電力的裝 置連接到另外的海底節(jié)點(diǎn)的裝置。這允許海底節(jié)點(diǎn)互連，以提供冗余，并且允許電力和數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載平衡。
海底節(jié)點(diǎn)可選地包括用于在將降低電壓的電力輸送到多個海底油井之前，降低所 接收的電力的電壓的裝置。這允許它從主生產(chǎn)設(shè)施或分支節(jié)點(diǎn)接收能夠被長距離發(fā)送的高 電壓直流電，然后降低電壓，使得它適用于海底油井使用。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種包括主生產(chǎn)設(shè)施的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，主生 產(chǎn)設(shè)施被鏈接到第一流體輸送網(wǎng)絡(luò)和第二流體輸送網(wǎng)絡(luò)，第一流體輸送網(wǎng)絡(luò)將至少一個海 底油井連接到主生產(chǎn)設(shè)施，第二流體輸送網(wǎng)絡(luò)將至少一個另外的海底油井連接到主生產(chǎn)設(shè) 施。還提供單獨(dú)的海底電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來輸送直流電力和數(shù)據(jù)，電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)包括樞紐， 其中網(wǎng)絡(luò)將樞紐連接到主生產(chǎn)設(shè)施和至少兩個單獨(dú)的流體輸送網(wǎng)絡(luò)。


圖1示意性地示出了連接到主生產(chǎn)設(shè)施的多個海底油井；
圖2示意性地示出了海底臍帶的截面圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的連接到主生產(chǎn)設(shè)施的多個海底油井；
圖4在框圖中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的海底節(jié)點(diǎn)；以及
圖5示意性地示出了電力和數(shù)據(jù)傳輸電纜的截面圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，許多與現(xiàn)有技術(shù)的海底臍帶相關(guān)的問題可以通過分離出服 務(wù)而得到緩解。根據(jù)本發(fā)明，海底臍帶主要用于輸送液壓流體和井流服務(wù)流體，并且不被用 于將電力輸送到海底油井，或在海底油井和主生產(chǎn)設(shè)施之間輸送數(shù)據(jù)。提供了單獨(dú)的電力 和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。下面的描述中引入的術(shù)語“海底流體導(dǎo)管”是指一種海底導(dǎo)管，海底導(dǎo)管用于 輸送諸如液壓流體和井流服務(wù)流體之類的流體，但不用于輸送電力或數(shù)據(jù)。
在此參考圖3，示出了連接到主生產(chǎn)設(shè)施15的多個海底油井的示意圖。承載油氣 的管道被示出為粗黑線。海底流體管道被示出為短劃線，以及單獨(dú)的承載數(shù)據(jù)和電力的網(wǎng) 絡(luò)被示出為點(diǎn)線。單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)提供以不同的方式分布的用于電力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|。這種 類型的網(wǎng)絡(luò)在此稱為DC/F0網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗褂霉饫w(FO)電纜提供DC電流和數(shù)據(jù)傳輸。
DC/F0網(wǎng)絡(luò)典型地可以提供IOOkW的總系統(tǒng)功率的和120Gb/s的總數(shù)據(jù)帶寬，盡 管應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在海底環(huán)境的約束內(nèi)使用任何功率和比特率。本說明書中的DC/F0網(wǎng)絡(luò)由 樞紐16、17和18服務(wù)，每個樞紐都具有典型的IOkW的輸出功率和lGb/s (受海底控制系統(tǒng) 所限)的數(shù)據(jù)帶寬，盡管應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在海底環(huán)境的約束內(nèi)可以使用任何功率和比特率。DC/ FO網(wǎng)絡(luò)承載來自主生產(chǎn)平臺15 (或另一來源)的高壓直流電，而且樞紐的功能是將該電壓 轉(zhuǎn)換成可由海底油井19、20、21使用的較低的電壓(典型地，它必須從大約10000V DC轉(zhuǎn)換到低于IOOOV DC)。在圖3的示例中，樞紐16將電力和數(shù)據(jù)提供到海底油井19、20和21， 并且也可以被連接到樞紐17。DC/F0網(wǎng)絡(luò)是與海底流體管道網(wǎng)絡(luò)分開的，并不一定沿著與 海底流體管道網(wǎng)絡(luò)相同的路徑。
除了樞紐，在該示例中DC/F0網(wǎng)絡(luò)還設(shè)有分支單元22、24。分支單元實(shí)際上是一 個電纜分路器，其中高壓電纜被輸入，而兩個或更多個的高壓電纜被輸出。使用分支單元的 優(yōu)點(diǎn)是，在發(fā)生故障或失敗的情況下，DC/F0網(wǎng)絡(luò)的單獨(dú)部分可以被隔離，而不影響DC/F0 網(wǎng)絡(luò)的其余部分。海底油井可以從樞紐接收電力，而不是直接從分支單元接收，因?yàn)橛煞种?單元供應(yīng)的電壓太高。在該情況下，將存在集成在海底油井中或其附近的海底節(jié)點(diǎn)(樞紐)。 該樞紐在圖3中未示出，以保持可讀性。
為了擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，從分支單元找到一個或多個電纜引出端(顯示為在分支單元22和 分支單元24的未連接的點(diǎn)線)，并且接入新的電纜。然后它被連接到新的樞紐，而且接著可 以被用于將該樞紐連接到新的海底結(jié)構(gòu)(例如海底油井)。接著，可以通過從另一個海底油 井對DC/F0電纜進(jìn)行菊花鏈，將DC/F0網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步分配到海底油井或其它海底結(jié)構(gòu)。例如， 在主生產(chǎn)平臺15和樞紐16之間的距離大于150km。因此，DC/F0網(wǎng)絡(luò)在主生產(chǎn)平臺15和 樞紐16之間使用高壓直流電力供應(yīng)。樞紐16將電壓逐步降低到可由海底油井使用的水平， 但限于幾公里的傳輸長度。海底油井19和20直接連接到樞紐上，并且從海底油井20對海 底油井21進(jìn)行菊花鏈。
DC/F0立管或上陸電纜23的海底端可以包括若干個DC/F0電纜，該DC/F0電纜典 型地以兩種方式中的一種方式連接到DC/F0網(wǎng)絡(luò)；海底可找到的引出端可以設(shè)置在海床上 或作為框架內(nèi)的螺旋電纜，其中根據(jù)需要找到每個電纜引出端，以用于進(jìn)一步擴(kuò)展DC/F0 網(wǎng)絡(luò)?？商娲?或附加地)，DC/F0立管或上陸電纜23的海底端設(shè)置有濕配合(wet-mate) 的高壓連接器，該高壓連接器允許海底DC/F0電纜直接連接到DC/F0立管或上陸電纜23。
除了連接到DC/F0網(wǎng)絡(luò)，海底油井必須連接到海底流體導(dǎo)管，以接收液壓流體和 井流服務(wù)流體。提供了單獨(dú)的海底流體導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)。這些可一沿著如由海底油井25、26和27 所示的管道。這些海底油井從樞紐18獲得電力服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)，并且通過導(dǎo)管獲得液壓流 體和井流服務(wù)流體，該導(dǎo)管可以沿著將海底油井25、26、27連接到主生產(chǎn)平臺的管道。
然而，可以將海底流體導(dǎo)管設(shè)置在單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)中，該單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)不沿著海底油井 和主生產(chǎn)平臺之間的管道。有助于此的一個方式是提供液壓立管基座28、29。在該情況下， 海底流體管道從連接到主生產(chǎn)平臺15開始延伸到液壓立管基座28。在該示例中，液壓立管 基座28具有海底流體導(dǎo)管的三個輸出，允許其服務(wù)于不是由同一管道連接到主生產(chǎn)設(shè)施 的若干不同的海底油井。液壓立管基座28從主生產(chǎn)平臺15接收液壓流體和井流服務(wù)流體， 并提供服務(wù)于海底油井30、31、32的第一海底流體導(dǎo)管、服務(wù)于海底油井33、34的第二海底 流體導(dǎo)管、以及服務(wù)于海底油井19、20和21的第三海底流體導(dǎo)管。如果必要的話，可以將 海底流體導(dǎo)管從海底油井21延伸到邊緣礦藏35，而且可以將電力和數(shù)據(jù)傳輸從樞紐16提 供到邊緣礦藏35。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以使用來自任何合適的樞紐的數(shù)據(jù)和電力傳輸來開發(fā)邊 緣礦藏35，并獲得延伸自任何合適的海底油井或者直接延伸自液壓立管基座的海底流體導(dǎo) 管。
不需要完全使用液壓立管基座，而可以將液壓立管基座用于進(jìn)一步的擴(kuò)展。例如， 液壓立管底座29示出為具有一個輸入海底流體導(dǎo)管和僅僅一個輸出海底流體導(dǎo)管，但是在需要未來的擴(kuò)展的情況下，可以將另外的兩個海底流體導(dǎo)管連接到液壓立管基座29。類 似地，分支單元24不將電力和數(shù)據(jù)傳輸分路為多于一個分支，但可以在未來用于這么做。
注意，大多數(shù)的海底油井被示出為直接從樞紐接收電力和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。然而，這 并不總是必定的。海底油井21被示出為接收從海底油井20延伸出來的電力和數(shù)據(jù)服務(wù)。 由于低電壓，這將限制海底油井20和海底油井21之間的許可距離，不像主生產(chǎn)平臺和樞紐 之間的電纜，其由于高壓直流可以具有大于150公里的長度，而沒有顯著的電力損失。然 而，將電力和數(shù)據(jù)服務(wù)從另一個海底油井連接到海底油井21的優(yōu)點(diǎn)包括減少所需的樞紐 數(shù)量，這減少了成本。此外，可以設(shè)想，在實(shí)施DC/F0網(wǎng)絡(luò)的同時，一些海底油井可以保留提 供數(shù)據(jù)、電力和流體的現(xiàn)有臍帶，同時其它油井連接到新的DC/F0網(wǎng)絡(luò)和新的海底流體導(dǎo) 管網(wǎng)絡(luò)。
由于單獨(dú)的DC/F0網(wǎng)絡(luò)允許將電力和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)提供到海底油井而不管它們 位于何處，所以在已開發(fā)的油田中的網(wǎng)絡(luò)的存在以及可能的互連的樞紐和分支單元，允許 更容易地開發(fā)邊緣礦藏。延伸現(xiàn)有的海底流體導(dǎo)管是便宜得多的，因?yàn)閿?shù)據(jù)和電力不需要 如現(xiàn)有技術(shù)的方法那樣在海底臍帶中提供，而可以單獨(dú)提供給每個海底油井。這使得海底 流體導(dǎo)管延伸到潛在的新海底油井更加具有吸引力，該新海底油井可能是邊緣礦藏。如果 需要的話，可以容易地通過樞紐16向邊緣礦藏35提供有電力和數(shù)據(jù)傳輸。
使用樞紐網(wǎng)絡(luò)的另一個優(yōu)點(diǎn)在于使電力和數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)較低的成本和更 高的可靠性。目前，海底臍帶通常是定制的，而且海底控制系統(tǒng)通常使用專有協(xié)議用于數(shù)據(jù) 傳輸。如上所述，DC/F0網(wǎng)絡(luò)的使用允許邊緣礦藏更易于調(diào)查和開采。
本發(fā)明還可以用在現(xiàn)有的工作油田中，替換故障或損壞的臍帶。這通常是一個昂 貴的過程，但是根據(jù)需要和當(dāng)需要時，通過用DC/F0和海底流體導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)地替換現(xiàn)有 的臍帶來降低成本(因?yàn)榱黧w導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)的壽命預(yù)期更長)。隨著現(xiàn)有臍帶壽命結(jié)束，DC/F0和 海底流體導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)可以逐漸代替所有的臍帶。
此外，提供的具有樞紐的海底DC/F0網(wǎng)絡(luò)可以降低海底油氣回收的其它方面的成 本。例如，除了將電力和將數(shù)據(jù)傳輸提供到海底油井之外,樞紐可以提供電力和數(shù)據(jù)傳輸， 以用于對海底生產(chǎn)系統(tǒng)、海底環(huán)境觀測臺36、自主水下運(yùn)載工具(AUV)、海底上的4D地震測 網(wǎng)等的狀態(tài)監(jiān)控。AUV通常用于對閥的操作、對基礎(chǔ)設(shè)施的檢查，并且在某些情況下對基礎(chǔ) 設(shè)施的維護(hù)和修理。當(dāng)前AUV的工作時間由電池壽命所限，但提供海底DC/F0網(wǎng)絡(luò)將允許 AUV電池在海底環(huán)境中被再充電。
此外，DC/F0網(wǎng)絡(luò)可用于將電力和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)提供到生產(chǎn)管道，該生產(chǎn)管道用來 將油氣從海底油井輸送到主生產(chǎn)設(shè)施15。可能需要電力和數(shù)據(jù)傳輸，例如，來用于監(jiān)視管道 分支中的井流流量、對生產(chǎn)管道進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視、對閥的位置進(jìn)行監(jiān)視，對閥進(jìn)行致動等。
DC/F0網(wǎng)絡(luò)和海底流體導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)也可以被用于將電力和液壓流體提供到海底處理 單元37。海底處理單元的示例包括用于井流增壓的單元，或用于井流分離(通常石油、氣或 水)的單元。
如上所述，在優(yōu)選實(shí)施例中，提供的電力為直流電。使用直流電的優(yōu)點(diǎn)在于，可以 比使用AC傳輸更長的距離。例如，使用高壓直流(HVDC)，損耗每IOOOkm可以減小到大約 20 %，這使得直流電對于將電力從遠(yuǎn)程來源供應(yīng)到海底油井更具吸引力。此外，使用直流電 降低了資金成本，因?yàn)榕c使用AC的電力傳輸相比，可以使用較少的和較薄的導(dǎo)體。這是由于AC導(dǎo)體的均方根(RMS)電壓測量值僅僅大約為峰值電壓的71 %，這確定了諸如絕緣厚度 和最小導(dǎo)體尺寸之類的參數(shù)。使用直流電而不使用AC的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，在分布式電力網(wǎng) 絡(luò)中，不需要對AC電源進(jìn)行同步，進(jìn)一步減少了資金成本。使用直流電允許在大于150km 的距離上傳輸電力。
光纖通信優(yōu)選用于數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)椴粫衼碜噪娎|的DC電力部分的電磁干擾，并 且它們具有比輸電更高的帶寬，而且由于非常低的損耗，能在比輸電更長的距離上發(fā)送數(shù) 據(jù)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4,圖中在方框圖中示意性地示出了海底樞紐節(jié)點(diǎn)17的示例。樞紐17 設(shè)有用于從外部來源接收電力和數(shù)據(jù)的單元37。處理器38被用于控制樞紐17的操作。提 供了存儲器37形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上存儲了計(jì)算機(jī)程序40。在程序40由處理器38 執(zhí)行時，程序40控制樞紐17的操作。存儲器39也可被用于存儲數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)例如是樞紐 17操作的日志。提供了用于在網(wǎng)絡(luò)中供電的單元41，而且提供了用于在網(wǎng)絡(luò)中提供數(shù)據(jù)傳 輸?shù)膯卧?2。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，如果這些單元在物理上合并，并且它們包括多個連接器，每個連 接器具有能夠提供數(shù)據(jù)和電力傳輸?shù)倪B接，則它們將最有效率地工作。可以有單獨(dú)的電力 連接點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸連接點(diǎn)，或者具有電力連接點(diǎn)和數(shù)據(jù)連接點(diǎn)的混合連接器。
圖5示出了電力和數(shù)據(jù)傳輸電纜43的截面圖。電纜包括保護(hù)套44，其中設(shè)置光纖 45用于數(shù)據(jù)傳輸,而且設(shè)置電力電纜46用于電力傳輸。電纜43的每一端具有一個或兩個 連接器，一端用于連接樞紐17，另一端用于連接海底油井(通常經(jīng)由海底控制模塊)或另一 個需要數(shù)據(jù)和電力的海底資產(chǎn)。圖5僅通過示例的方式示意性地示出了，電力和數(shù)據(jù)傳輸 電纜的功能部件。典型的電纜將具有用于數(shù)據(jù)的多個線芯和一個或兩個電力線芯和多層屏 蔽。
本發(fā)明有效地將現(xiàn)有技術(shù)的海底臍帶的功能分離到兩個單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)中；用于提 供電力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，和用于將液壓流體和井流服務(wù)流體傳輸?shù)胶５子途暮５琢黧w 導(dǎo)管。通過提供單獨(dú)的電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，降低了成本，并且靈活性大大增加，允許更容易地 開發(fā)邊緣礦藏，并且更容易地將電力和數(shù)據(jù)提供到其它海底資產(chǎn)(例如海底上的4D地震測 網(wǎng)、海底觀測臺、AUV、監(jiān)視系統(tǒng)和生產(chǎn)管道)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，可以對上述實(shí)施例作出各種修改，而不背離本發(fā) 明的范圍。而且，可以由電力替代用于操作閥等的液壓動力，在該情況下，液壓流體將不需 要被傳送到每個海底油井。
權(quán)利要求
1.一種海底石油和/或氣體生產(chǎn)系統(tǒng)，包括 主生產(chǎn)設(shè)施； 多個海底油井； 流體輸送網(wǎng)絡(luò)，用于將每個海底油井連接到所述主生產(chǎn)設(shè)施；以及 單獨(dú)的電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其用于輸送直流電力和數(shù)據(jù)，所述電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)被操作性地連接到每個海底油井，用于為每個海底油井提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和電力服務(wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，所述流體輸送網(wǎng)絡(luò)被布置為輸送液壓流體、井流服務(wù)流體和回收的油氣中的任意流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，所述電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)還連接到海底觀測臺、自主水下運(yùn)載工具、海底上的4D地震測網(wǎng)、海底處理單元、油氣管道和監(jiān)視系統(tǒng)中的任意。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，所述海底電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)包括用于傳遞數(shù)據(jù)的光纖通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，海底油井和所述主生產(chǎn)設(shè)施之間的距離大于150km。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括樞紐，所述樞紐被布置為在將電力提供到每個海底油井之前，減小從所述主生產(chǎn)設(shè)施接收的直流電的電壓，所述樞紐還被布置為傳輸數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括操作性地連接到所述樞紐的另外的樞紐。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括位于所述主生產(chǎn)設(shè)施和樞紐之間的至少一個分支單元，所述樞紐被布置為在將電力提供到海底油井之前，減小從所述分支單元接收的電力的電壓，所述分支單元被布置為接收來自所述主生產(chǎn)設(shè)施的電力和數(shù)據(jù)電纜，并將單獨(dú)的電力和數(shù)據(jù)電纜提供到多個樞紐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任意一項(xiàng)所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，所述電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)被布置為在所述主生產(chǎn)設(shè)施和樞紐之間傳輸高電壓直流電，其中，所述樞紐被布置為在將電力供應(yīng)給多個海底油井之前降低所述電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任意一項(xiàng)所述的海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，還包括在所述主生產(chǎn)設(shè)施和海底油井之間的流體導(dǎo)管立管基座，所述流體導(dǎo)管立管基座具有用于將流體導(dǎo)管連接在所述流體導(dǎo)管立管基座和至少一個海底油井之間的多個連接。
11.一種用于海底石油和/或氣體生產(chǎn)系統(tǒng)中的海底節(jié)點(diǎn)，所述海底節(jié)點(diǎn)包括用于將數(shù)據(jù)和電力輸送到多個海底油井的裝置，通過將所述海底油井鏈接到主生產(chǎn)設(shè)施的至少兩個單獨(dú)的流體輸送網(wǎng)絡(luò)來服務(wù)所述海底油井。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的海底節(jié)點(diǎn)，還包括用于將數(shù)據(jù)和電力輸送到海底觀測臺、自主水下運(yùn)載工具、海底上的4D地震測網(wǎng)、海底處理單元、油氣管道和監(jiān)視系統(tǒng)中的任意設(shè)備的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12中的任意一項(xiàng)所述的海底節(jié)點(diǎn)，其中，用于輸送數(shù)據(jù)的裝置包括光纖通信系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11、12或13中的任意一項(xiàng)所述的海底節(jié)點(diǎn)，還包括用于操作性地將所述海底節(jié)點(diǎn)經(jīng)由用于輸送數(shù)據(jù)和電力的所述裝置連接到另外的海底節(jié)點(diǎn)的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任意一項(xiàng)所述的海底節(jié)點(diǎn)，還包括用于在將電壓降低的電力輸送到多個海底油井之前，降低所接收的電力的電壓的裝置。
16.一種海底油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，包括 主生產(chǎn)設(shè)施，所述主生產(chǎn)設(shè)施被鏈接到第一流體輸送網(wǎng)絡(luò)和第二流體輸送網(wǎng)絡(luò)，所述第一流體輸送網(wǎng)絡(luò)將至少一個海底油井連接到所述主生產(chǎn)設(shè)施，所述第二流體輸送網(wǎng)絡(luò)將至少一個另外的海底油井連接到所述主生產(chǎn)設(shè)施； 海底電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其用于輸送直流電力和數(shù)據(jù)，所述電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)包括樞紐，其中，所述網(wǎng)絡(luò)將所述樞紐連接到所述主生產(chǎn)設(shè)施和至少兩個單獨(dú)的流體輸送網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
一種海底石油和/或氣體生產(chǎn)系統(tǒng)包括主生產(chǎn)設(shè)施(15)和多個海底油井(19、20、21)。流體輸送網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置為將每個海底油井連接到主生產(chǎn)設(shè)施。單獨(dú)的電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置為輸送直流電力和數(shù)據(jù)，電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)被操作性地連接到每個海底油井，用于為每個海底油井提供數(shù)據(jù)傳輸和電力服務(wù)。使用直流電確保了電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)能夠在比目前可用距離大得多的距離上提供電力，并且使用單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)用于輸送流體和用于提供電力和數(shù)據(jù)傳輸允許了靈活得多的系統(tǒng)。
文檔編號E21B43/017GK103025994SQ201080068251
公開日2013年4月3日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者K-A·斯特內(nèi)維克 申請人:斯塔特伊公司