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领域，尤其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，水下钻采设备的下放安装、以及设备与设备之间的水下连接均操作复杂。由于特殊的工作环境，现有针对深水钻采的设备通常是湿式的，而湿式设备相对于干式设备来说从结构、工作稳定性、使用费用及维修难度等方面都大不相同。现有的功能舱通常存在以下问题：
(1)功能舱本体结构承载外部压力的问题。由于功能舱应用于水深1500米的油田开采，功能舱壳体需要承受巨大的海水压力；同时，功能舱上部需与生产管汇相连，也需承受巨大的压力，因此功能舱壳体的结构承压能力尤为重要。
(2)功能舱内部设备布局问题。由于功能舱内部需放置若干生产设备，设备在生产运行时将产出大量的热，设备布局影响功能舱的整体散热能力。
(3)功能舱与上下相关设备连接问题。功能舱之上是与生产管汇相连，涉及密封问题；功能舱之下与井口相连，涉及到井口承压、密封以及功能舱固定问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种运行安全稳定、成本低，且设备布局合理的用于水下油气钻采的功能舱。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于水下油气钻采的功能舱，包括上舱体、下端盖及钻采设备，所述上舱体与下端盖围合形成一放置钻采设备的密封容置空间，所述密封容置空间包括上腔体及下腔体；所述钻采设备包括干式钻井部件及干式防喷器，所述干式钻井部件设于所述下腔体的中部，所述干式防喷器设于所述上腔体的中部。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述钻采设备还包括增压泵及分离器，所述增压泵及分离器位于所述下腔体，并对称布置于所述干式钻井部件的两侧。
所述钻采设备还包括液控模块及电控模块，所述液控模块及电控模块位于所述上腔体，并对称布置于所述干式防喷器的两侧。
所述增压泵及分离器均通过一安装支架安装于所述下端盖上。
所述钻采设备还包括放置干式钻井部件的备用阀门及废弃阀门的放置箱，所述放置箱设于所述下腔体内，并位于干式钻井部件的一侧。
所述钻采设备还包括对干式钻井部件的阀门进行更换的机械臂，所述机械臂设于所述放置箱的上方。
所述上腔体与下腔体之间设有分隔组件，所述分隔组件包括隔板及多组相互交叉叠加的支撑桁架，所述支撑桁架焊接于所述上舱体的内侧，所述隔板放置于所述支撑桁架的上方。
所述上舱体的内侧设有多个沿上舱体竖向布置的环形加强筋。
所述上舱体下端部的壁厚从上至下逐渐增加，所述上舱体的下端部设有供螺栓穿过与下端盖连接的螺栓贯通孔。
所述下端盖的外周设有多个与外部设备连接调整功能舱位置的把手，所述下端盖的底部设有多组纵横交错布置的底部加强筋。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用干式钻采设备，即将干式钻井部件及干式防喷器放入一密封容置空间内并下入海底，以替代水下湿式钻采设备的功能进行水下钻采作业，密封容置空间有效隔绝了恶劣的海洋环境，为干式钻采设备提供了相对稳定的工作状态，有效提高了水下装置运行时的安全稳定性，避免了现有湿式钻采设备成本高、稳定性差的问题，使得油田开发成本低、经济性好。同时，密封容置空间包括上腔体及下腔体，干式钻井部件及干式防喷器分别设于上腔体及下腔体的中部，其有效提高了舱内空间的利用率、设备布局合理。
本发明的钻采设备进一步包括重量相近的增压泵及分离器、以及质量相近的液控模块及电控模块，增压泵及分离器位于下腔体并对称布置于干式钻井部件的两侧；液控模块及电控模块位于上腔体并对称布置于干式防喷器的两侧，即钻采设备的布局采用质量相当设备对称布局、产热量高的设备相互远离放置并尽可能接近上舱体壳体的布局方式，其保证了设备自重压力平衡、优良的散热效果，且有效提高了舱体内部空间的利用率，方便钻采设备的统一维护管理。
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是本发明用于水下油气钻采的功能舱的立体示意图。
图2是本发明用于水下油气钻采的功能舱的主视图。
图3是本发明位于下腔体的钻采设备的布局示意图。
图4是本发明上舱体的主视图。
图5是本发明上舱体的俯视图。
图6是本发明下端盖的俯视图。
图7是本发明下端盖的仰视图。
图8是本发明下端盖的左视图。
图中各标号表示：
1、上舱体；11、螺栓贯通孔；12、吊耳；2、下端盖；21、把手；22、底部加强筋；23、ROV工作面板；3、钻采设备；31、干式钻井部件；311、干式采油树；312、油管；32、干式防喷器；33、增压泵；34、分离器；35、液控模块；36、电控模块；37、放置箱；38、机械臂；4、密封容置空间；41、上腔体；42、下腔体；5、安装支架；6、分隔组件；61、隔板；62、支撑桁架；7、环形加强筋；8、脐带缆孔。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本实施例的用于水下油气钻采的功能舱，包括上舱体1、下端盖2及钻采设备3。其中，上舱体1与生产管汇连接，下端盖2与井口连接器连接，上舱体1与下端盖2围合形成一放置钻采设备3的密封容置空间4，密封容置空间4包括上腔体41及下腔体42。本实施例中，钻采设备3包括干式钻井部件31及干式防喷器32，其中，干式钻井部件31设于下腔体42的中部，干式钻井部件31包括干式采油树311及油管312，干式采油树311安装于下端盖2上，油管312设于干式采油树311的上方；干式防喷器32设于上腔体41的中部，用于水下作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生。
本发明采用干式钻采设备，即将干式钻井部件31及干式防喷器32放入一密封容置空间4内并下入海底，以替代水下湿式钻采设备的功能进行水下钻采作业，密封容置空间4有效隔绝了恶劣的海洋环境，为干式钻采设备提供了相对稳定的工作状态，有效提高了水下装置运行时的安全稳定性，避免了现有湿式钻采设备成本高、稳定性差的问题，使得油田开发成本低、经济性好。同时，密封容置空间4包括上腔体41及下腔体42，干式钻井部件31及干式防喷器32分别设于上腔体41及下腔体42的中部，其有效提高了舱内空间的利用率、设备布局合理。
如图3所示，钻采设备3还包括增压泵33及分离器34，增压泵33用来维持水下井口的输送压力和流量，分离器34用于将生产流体进行水下分离，增压泵33与分离器34的重量相近。本实施例中，增压泵33及分离器34位于下腔体42，且增压泵33及分离器34对称布置于干式钻井部件31的两侧。
同时，如图1所示，钻采设备3还包括液控模块35及电控模块36，液控模块35控制舱体内部相关电力设备的运行，电控模块36控制舱体内部相关液压设备的运行，液控模块35与电控模块36质量相近。本实施例中，液控模块35及电控模块36位于上腔体41，且液控模块35及电控模块36对称布置于干式防喷器32的两侧。本发明钻采设备3的布局采用质量相当设备对称布局、产热量高的设备相互远离放置并尽可能接近上舱体1壳体的布局方式，其保证了设备自重压力平衡、优良的散热效果，且有效提高了舱体内部空间的利用率，方便钻采设备的统一维护管理。
进一步地，增压泵33及分离器34均通过一安装支架5安装于下端盖2上，以使增压泵33远离井口，减少对井口的冲击。
更进一步地，钻采设备3还包括放置箱37。放置箱37设于下腔体42内，放置箱37位于干式钻井部件31的一侧，以放置干式钻井部件31的备用阀门及废弃阀门，其布局结构紧凑、占用空间小。同时，钻采设备3还包括机械臂38，机械臂38设于放置箱37的上方，以方便夹取放置箱37内的阀门，对干式采油树311的阀门进行更换。
如图1及图4所示，上腔体41与下腔体42之间设有分隔组件6，分隔组件6包括隔板61及多组支撑桁架62。其中，多组支撑桁架62相互交叉叠加，支撑桁架焊62接于上舱体1的内侧，支撑桁架62提高了上舱体1的结构强度及空间利用率；隔板61放置于支撑桁架62的上方，以方便安装位于上腔体41的钻采设备3。本实施例中，干式防喷器32、液控模块35及电控模块36通过地脚螺栓安装于隔板61上。
进一步地，支撑桁架62为工字钢，其抗弯强度高，以使位于下腔体42的机械臂38可靠安装于支撑桁架62上。本实施例中，支撑桁架62为四组，四组支撑桁架62两两垂直叠加，支撑桁架62与上舱体1的焊接位置处设有加强部件，以提高舱体外壳抗压能力及对钻采设备3的承压能力。在其他实施例中，支撑桁架62的数量可根据钻采设备3的重量及舱体外壳的抗压能力进行调整，如设置为三组、五组等。
进一步地，上舱体1的内侧设有多个环形加强筋7。多个环形加强筋7沿上舱体1的竖向布置，以提高上舱体1的结构强度。本实施例中，环形加强筋7焊接固定于上舱体1的内侧壁。
如图1及图2所示，上舱体1下端部的壁厚从上至下逐渐增加，上舱体1的下端部设有螺栓贯通孔11，以供螺栓穿过与下端盖2连接。现有的法兰连接结构由于需增设加强筋对法兰进行加强，突出设置的加强筋在舱体下放过程时会受到非线性波浪流的冲击，使舱体下放稳定性差。本发明采用上舱体1下端部壁厚逐渐增加、螺栓连接的方式，使得舱体外表面为连续型表面，当舱体受到波浪流冲击时，有效减弱了功能舱下放过程中的波浪流冲击，提供一相对稳定的舱体下放状态。
如图5所示，上舱体1设有吊耳12，为功能舱起吊下放的连接部件。本实施例中，吊耳12为三个，三个吊耳12沿上舱体1的周向均匀布置，以保证功能舱起吊下放过程中的稳定平衡。同时，吊耳12的两侧设置有加强板，以提高起吊时的连接强度。
同时，上舱体1由上半球结构及柱体结构组成，上半球结构及柱体结构上各设置一脐带缆孔8。脐带缆孔8可有效释放铸造时产生的应力集中；同时，作为脐带缆从海上平台延伸至上舱体1内部与控制系统相连的通道，以实现平台对舱内设备的远程控制。
如图6至图8所示，下端盖2的外周设有把手21。在水下ROV工作时，水下ROV通过抓住把手21来稳固自身，同时，在功能舱与井口连接器对接时出现偏差时，水下ROV可通过把手21来调整功能舱的位置，以完成对接作业。本实施例中，把手21为弧形把手，弧形把手为三个，三个弧形把手沿下端盖2的周向均匀分布。
进一步地，下端盖2的底部设有多组底部加强筋22，多组底部加强筋22纵横交错布置。由于下端盖2需同时承受上舱体1、钻采设备3的重量，在下端盖2设置底部加强筋22使得在提高下端盖2载荷强度的同时，有效降低了下端盖2的重量及厚度。同时，下端盖2上还有ROV工作面板23，水下ROV可通过操作ROV工作面板23来控制井口连接器的安装。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
