阅读说明：本技术 一种用于水下油气钻采的功能舱 (Functional cabin for underwater oil and gas drilling and production ) 是由 徐孝轩 熊泽华 邱伟伟 肖德雨 陈从磊 王伟超 于 2018-06-11 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种用于水下油气钻采的功能舱,该功能舱包括：舱体；下舱盖,其与所述舱体密封式连接,且其背离所述舱体的一侧用于与井口连接器密封式连接；干式钻采设备,其设置在由所述舱体和所述下舱盖形成的密闭空间内。通过本申请的功能舱,能够隔绝恶劣的深水环境,为舱内的干式钻采设备提供一个相对稳定的工作状态,提高水下装置的安全可靠性并可降低设备成本。(The application provides a function cabin for oil and gas is bored under water and is adopted, this function cabin includes: a cabin body; the lower cabin cover is hermetically connected with the cabin body, and one side of the lower cabin cover, which is far away from the cabin body, is used for being hermetically connected with the wellhead connector; and the dry drilling and production equipment is arranged in a closed space formed by the cabin body and the lower cabin cover. The functional cabin can isolate severe deep water environment, provides a relatively stable working state for dry drilling and production equipment in the cabin, improves the safety and reliability of an underwater device, and can reduce the equipment cost.)

一种用于水下油气钻采的功能舱

技术领域

本发明涉及海洋石油工程技术领域，并且更具体地，涉及一种用于水下油气钻采的功能舱。

背景技术

深水油气钻采涉及很多复杂的水下钻采设备，其中设备的下放安装及设备与设备之间的水下连接均需要复杂的过程；由于特殊的工作环境，如今大部分针对水下的钻采设备都是湿式的，而湿式设备相对于干式设备从结构更加复杂、水下工作时工作稳定性更低，且使用费用昂贵及维修难度大等不足。目前国内外一些公司及高校对功能舱进行了相关研究，例如美国Weatherford公司的压力舱，用于对水下控制模块进行外压条件下的电气密封性能试验，采用卧式结构，可模拟最大水深1500m；中船重工研究所40MPa高压舱，采用立式结构，可对实体或模型进行外压测试；天津大学深水压力舱的建设对于深水海底管道屈曲的研究提供了很大的便利，通过试验的方式研究深水海底管道屈曲，进而提出管道屈曲控制方法，为深水海底管道的设计提供参考。

以上对于压力功能舱的研究主要集中在对实际工况的模拟以及用来对相关设备进行测试，而对于实际水下工作的功能舱的研究目前相对较少。因此，需要一种新型的用于水下油气钻采的功能舱，以解决无法在水下使用干式钻采设备的问题。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种新型的用于水下油气钻采的功能舱，将干式钻采设备放入一个密闭空间内下入到深水区，从而替代了湿式钻采设备，进行水下钻采作业，提高了水下装置的安全可靠性。

本申请提出了一种用于水下油气钻采的功能舱，该功能舱包括：舱体；下舱盖，其与所述舱体密封式连接，且其背离所述舱体的一侧用于与井口连接器密封式连接；干式钻采设备，其设置在由所述舱体和所述下舱盖形成的密闭空间内。通过本申请的水下功能舱，能够隔绝恶劣的深水环境，为舱内的干式钻采设备提供一个相对稳定的工作状态，提高水下装置的安全可靠性并可降低设备成本。

在一个实施方式中，舱体的内部设置有桁架结构，以提高所述功能舱的结构强度。

在一个实施方式中，桁架结构包括呈网格状布置或在同一平面内相互平行的多根工字型钢条。通过该实施方式，一方面能够增强所述水下功能舱的整体结构强度，另一方面又能够在钢条形成的平面上放置钢板，从而将舱体分为上舱体和下舱体，提高了空间利用率。

在一个实施方式中，舱体的内壁设置有环形的第一加强筋。通过该实施方式，能够进一步加强舱体的结构强度，提高抗压能力。

在一个实施方式中，舱体与所述下舱盖之间采用螺栓连接结构连接。通过该实施方式，能够进一步提高功能舱在水下的稳定性。

在一个实施方式中，下舱盖的背离所述舱体的一侧设置有呈网格状布置的第二加强筋。通过该实施方式，能够加强下舱盖结构强度的同时减轻其自身重量。

在一个实施方式中，舱体包括设置于舱体外壁的多个吊耳，所述吊耳两侧设置第三加强筋。通过该实施方式，外部线缆可以通过吊耳而将功能舱下放水下，同时通过设置第二加强筋，可以加强吊耳与舱体之间的连接，提高功能舱的稳定性。

在一个实施方式中，下舱盖的面向所述舱体的一侧沿着周向设置有多个弧形抓手。通过该实施方式，遥控无人潜水器(Remote Operated Vechile，简称“ROV”)在工作时能够通过该弧形抓手稳固自身，在功能舱与井口连接器对接出现偏差时，ROV能够通过抓住抓手来调整功能舱的位置，完成对接作业。

在一个实施方式中，舱体和所述下舱盖由高强钢制成。通过该实施方式，能够进一步加强水下功能舱的结构强度，增大抗压能力。

在一个实施方式中，舱体包括脐带缆口。通过该实施方式，一方面能够为脐带缆提供通道，为该水下功能舱提供电力、信号等支持，另一方面该脐带缆入口还可以释放舱体铸造时产生的应力集中。

本申请的有益效果为：通过本申请的用于水下油气钻采的功能舱，能够将陆用的干式钻采设备放入放入一个密闭空间内下入到深水区进行水下钻采作业，提供一个隔绝海水且结构稳定的干式环境，从而替代了湿式钻采设备，集合相关设备并合理布局，可以进行统一维护维修，集体下放，能够提高水下装置的安全可靠性并且降低油田开发成本，更具有经济性。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为根据本发明实施例的功能舱的示意性透视截面图；

图2为根据本发明另一实施例的功能舱的示意图；

图3为根据本发明又一实施例的功能舱的下舱盖布置有钻采设备的示意图；

图4为根据本发明又一实施例的功能舱的舱体的主视图；

图5为根据本发明又一实施例的功能舱的舱体的俯视图；

图6为根据本发明又一实施例的功能舱的下舱盖的俯视图；

图7为根据本发明又一实施例的功能舱的下舱盖的仰视图；

图8为根据本发明又一实施例的功能舱的下舱盖的右视图。

图中附图标记：10-功能舱；100-舱体；110-桁架结构；111-工字型钢条；120-第一加强筋；130-吊耳；140-第三加强筋；150-螺栓连接结构；160-圆形钢板；170-脐带缆孔；200-下舱盖；210-ROV工作面板；220-弧形抓手；230-第二加强筋；240-油管套；250-导向孔；300-干式钻采设备；310-干式防喷器；320-电控柜；330-液控柜；340-油管；350-机械臂；360-干式钻通型采油树；370-增压泵；380-离心器；390-备用箱。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1和图2分别示出了根据本申请的用于水下油气钻采的功能舱10的立体图和主视图。如图1和2所示，该功能舱10包括：舱体100；下舱盖200，其与舱体100密封式连接，且其背离舱体100的一侧用于与井口连接器(图中未示出)连接；以及干式钻采设备300，其设置在由舱体100和下舱盖200形成的密闭空间内。

通过本申请的功能舱10，能够隔绝恶劣的深水环境，为舱内的干式钻采设备300提供一个相对稳定的工作状态，提高水下装置的安全可靠性并可降低设备成本。

应理解，用于水下油气钻采的功能舱通常需要满足三个方面的要求：首先，由于功能舱应用于水深1500m的油田开采，功能舱壳体需要承受巨大的海水压力，功能舱上部需要与生产管汇相连，也要承受巨大的压力，根据以上因素，功能舱壳体的结构承压能力显得尤为重要；其次，由于功能舱内部需要放置若干生产设备(具体在后文中有说明)，设备在生产运行时产出大量的热，设备的合理布局影响到功能舱的整体散热能力；最后，功能舱之上是与生产管汇相连，涉及到密封问题；之下与井口相连，涉及到井口承压、密封以及功能舱的固定问题。

优选地，本申请的功能舱10的舱体100的内部设置有桁架结构110，以用于增加舱体100的结构强度，从而提高功能舱的抗压能力，其中，桁架结构110与舱体100的内壁的接触处设置加强筋(未示出)，通过焊接连接。

具体地，该桁架结构110可以由多根工字型钢条111组成，这些工字型钢条111可以以多种形式组合，例如在同一平面内相互平行布置在舱体100内，其中工字型钢条111之间优选等间隔地平行布置；或者呈网格状布置在舱体100内。

在网格状布置的实施例中，工字型钢条111可以在位于同一平面内。另外，优选地，如图1和2所示，多根工字型钢条111分为两层，上层的部分钢条111彼此之间相互平行，下层的部分钢条111彼此之间相互平行，上层钢条111和下层钢条111相互交叉呈网格状布置，二者的接触面处采用螺栓固定或通过焊接固定。更优选地，上层钢条111和下层钢条111相互垂直，这样可以很好地提高舱体100的结构强度。

工字型钢条111由于具有很高的抗弯强度，在上述的平行布置或垂直布置的优选实施例中，由于其特殊的结构形式，在钢条的下侧可放置机械臂，令机械臂在钢条上进行线性运动，提高钻采设备的可操作性。

如图1和2所示，为进一步加强舱体110的结构强度，优选地，在舱体100的内壁沿着其圆周方向设置多个第一加强筋120。该第一加强筋120的沿着舱体长度方向的截面可以为多种形状，例如矩形、三角形或梯形等，本发明在此不做限制。在矩形的实施方式中，该第一加强筋120从舱体100内壁凸出的长度为200mm，同时其厚度为50mm。多个第一加强筋120可以均匀分布在舱体内壁，使得舱体100的各处均具有相同的结构强度，提高功能舱100的结构稳定性。

在舱体100的外壁，均匀设置有多个吊耳130。地面设备可以通过该吊耳130将该功能舱100放入水下，同时为了增强吊耳130与舱体100外壁之间的结合牢固性，可以在吊耳130两侧设置第三加强筋140，通过焊接连接。

优选地，吊耳130的数量为3个。

如图2、4或5所示，在舱体100与下舱盖110的连接处轴向设置有螺旋连接机构150，取代了传统法兰连接结构，实现了舱体100与下舱盖200的密封式连接。由于设置法兰时必然需增设加强筋对法兰进行加强，在舱体下放过程中，舱体外突出的加强筋会受到非线性波浪流的冲击，使舱体下放过程非常不稳定，但使用新型螺栓连接结构150，舱体外表面是连续型表面，当舱体受到波浪流冲击时，会是一个相对稳定的状态。

可选地，螺栓连接结构150可以通过多种方式设置，例如，可以通过使舱体100下端部呈“L”形，螺栓穿过突出的部分与下舱盖200连接；或者，可以使舱体100下端部设置为壁厚逐渐递增的结构，螺栓穿过突出的部分与下舱盖200连接，如图1、2或4所示。

可选地，在舱体100和下舱盖200的连接处除了上述的螺栓连接结构150以外，还可以设置密封结构(未示出)以实现更好的密封效果，该密封结构可以为多种形式，例如焊接层、密封圈或能够在高压和水下环境下使用的胶黏剂层，本发明在此不作限定。

优选地，在桁架结构110形成的平面上可以放置圆形钢板160以供设备放置，这样桁架结构110和圆形钢板160一起将舱体100分为了上下两层，应用如此结构不仅可以提高整个功能舱10的舱体结构强度，还可开辟功能舱10的上部空间，提高空间利用率。可选地，该圆形钢板160优选地与舱体100的内壁焊接固定。

如图4和5所示，在舱体100上设置有多个脐带缆孔170，该脐带缆孔170一方面可以为脐带缆提供通道，为该水下功能舱提供电力、信号等支持，另一方面该脐带缆入口还可以释放舱体铸造时产生的应力集中。脐带缆可为水下生产系统提供电力、为水下生产系统控制提供液压通道、提供油气田开发所需化学药剂管线并传递上部模块的控制信号及水下生产系统传感器数据。

在本申请中，舱体100可以具有多种形状，例如长方体、立方体或球形。优选地，如图1所示，舱体100的上部为下端开口的半球形、下部为两端开口的长方体，二者共同组合形成舱体100。同时舱体100的下部尺寸应当小于与之连接的下舱盖200的尺寸，以实现完全的密封。

下舱盖200可以为多种形状，例如矩形、圆形或椭圆形，其中优选为圆形，该圆形的直径大致为6000mm。

由于功能舱10在入水后需要借助ROV来使其与井口连接器对准连接，如图1、2或6所示，该下舱盖200包括沿着周向布置的ROV工作面板210，ROV可以通过该ROV工作面板210控制井口连接器的安装。同时优选地，该下舱盖200还包括沿着周向设置的多个弧形抓手220，水下ROV在工作时通过抓住该弧形抓手220来稳住自身，在功能舱10与井口连接器对接时出现偏差时，ROV可通过抓住抓手来调整整个功能舱的位置，来完成对接作业。

优选地，弧形抓手220的数量为3个，这样可以减轻下舱盖200的重量且减少空间。

优选地，在下舱盖200为圆形的情况下，弧形抓手220的曲率与圆形下舱盖的曲率相等。

下舱盖200不仅要承受舱体100的重量还要承受所有舱内的干式钻采设备300的重量，为了在提高下舱盖结构强度的同时减轻其自身重量，在下舱盖200的背离舱体100的一侧包括/设置了如图7所示的第二加强筋230，通过焊接连接在下舱盖200的背离舱体100的一侧。

优选地，该第二加强筋230呈网格状布置。

在下舱盖200上还均匀分布有油管套240(见图7和8)，用于和井口套管相连；还有多个导向孔250(见图6和7)，以用于在实际工程安装中，用于与井口连接器周边的导向柱相配合，实现初步对中作用。

优选地，考虑到功能舱10的深水和高压环境，如上文所述的，功能舱10需要承载巨大的水下压力，因此该舱体100和/或下舱盖200均由高强钢通过铸造工艺制成。

由于舱体内部设备的布局存在多体散热问题、设备防震问题、设备自重压力问题，为了解决以上问题，本申请的功能舱10在布置舱内设备时，遵循以下原则：设备放置靠近舱体表壳以增强热传递、增压泵远离井口以减少对井口冲击、质量相当的设备对称布局、钻井设备对中井口放置。如图1和2所示，本申请的功能舱10的舱内设备均为陆用干式钻采设备，这些干式钻采设备300包括干式防喷器310、电控柜320、液控柜330、油管340、机械臂350、干式钻通型采油树360、增压泵370、离心器380和备用箱390。

如图1、2或3所示，在舱体100被分为上下两层的实施例中，在下层舱体中布置有油管340、机械臂350、干式钻通型采油树360、增压泵370、离心器380和备用箱390，其中干式钻通型采油树360、增压泵370、离心器380和备用箱390布置在下舱盖200上，干式防喷器310、电控柜320和液控柜330布置在圆形钢板上，即上层舱体中。通过这种设备布局，能够提高舱体100的空间利用率，并且满足了设备布局的原则。

通过本申请的用于水下油气钻采的功能舱，能够将陆用的干式钻采设备放入放入一个密闭空间内下入到深水区进行水下钻采作业，提供一个隔绝海水且结构稳定的干式环境，从而替代了湿式钻采设备，集合相关设备并合理布局，可以进行统一维护维修，集体下放，能够提高水下装置的安全可靠性并且降低油田开发成本，更具有经济性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。