本發明涉及深水油氣田開發流動安全保障，特別是涉及一種適用于水下模式開發油田的安全置換系統及置換方法。
背景技術：
1、在高凝油田的水下生產系統中，通過海管連接依托平臺進行開發時，油田停產后，管內流體溫度可能會降至環境溫度。為了防止海管內流體溫度降低到凝點以下而導致管道堵塞，必須對海管內的高凝流體進行置換。水下生產系統的連接方式通常分為雙管和單管兩種輸送模式，具體取決于生產管道的數量。
2、對于雙管輸送模式，可以利用兩根生產管道組成一個循環回路，通過依托平臺上的清管器進行隔離，并使用水推動清管器快速對兩根管道中的生產流體進行置換。
3、在單管輸送模式中，通常以注水管道內的冷水作為置換驅動介質。為了降低注水管道內冷水與生產管道內高溫高凝油的接觸，防止高凝油迅速冷卻而在海管內形成凝油段并堵塞管道，通常在置換前會通過臍帶纜內的低凝點柴油管注入足量的柴油，以形成一段“柴油段塞”隔離段，從而避免冷水與高溫流體接觸降溫的風險（如圖1所示）。現有技術中為確保大流量的注入以形成完整的隔離段，臍帶纜內通常設置多根柴油管道，以確保絕對隔離，導致柴油的注入流量時間較長，延長了置換操作的時間，從而增加海管凝堵的風險。
4、因此，亟需一種適用于水下模式開發油田的安全置換系統。
技術實現思路
1、本發明一方面提供一種適用于水下模式開發油田的安全置換系統，可減少臍帶纜內柴油管線的數量，降低開發投資，并且可以縮短停輸后通過臍帶纜內注入柴油的置換準備時間，進一步提高高凝油管道停產后的安全性。本發明另一方面提供一種用適用于水下模式開發油田的安全置換系統的置換方法。
2、本發明第一方面提供一種適用于水下模式開發油田的安全置換系統，包括生產平臺、生產管道、注水管道、臍帶纜柴油管道、清管回路組件、生產井組件和注水井組件，所述生產平臺與所述生產管道、所述注水管道和所述臍帶纜柴油管道分別相連，所述臍帶纜柴油管道上設有柴油注入閥，所述生產管道與所述注水管道通過所述清管回路組件相連，所述生產井組件設置在所述生產管道上，所述注水井組件設置在所述注水管道上，還包括密封容器組件、連接管道和密封容器閥門組件，所述密封容器組件包括多個密封容器，多個所述密封容器之間通過所述連接管道實現依次相連，并且所述連接管道將一個所述密封容器的底部與另一個所述密封容器的頂部相連，所述連接管道、所述生產管道和所述注水管道上分別設有所述密封容器閥門組件，所述生產平臺通過所述臍帶纜柴油管道與設置在首端的所述密封容器的頂部相連，以實現通過所述臍帶纜柴油管道向多個所述密封容器內注入柴油，所述生產平臺通過所述注水管道與設置在尾端的所述密封容器的底部相連，以實現所述注水管道向多個所述密封容器內注入生產水，所述生產平臺通過所述生產管道與放置在首端位置的所述密封容器的底部相連，以實現在所述生產管道內形成柴油隔離段。
3、所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統，優選地，所述密封容器組件包括第一密封容器、第二密封容器、第三密封容器和第四密封容器，所述連接管道包括第一管道、第二管道和第三管道，所述密封容器閥門組件包括第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門和第五閥門，所述第一密封容器的底部與所述第二密封容器的頂部通過所述第一管道相連，所述第一管道上設有所述第一閥門，所述第一密封容器的底部與所述第二密封容器的頂部通過所述第一管道相連，所述第二管道上設有所述第二閥門，所述第二密封容器的底部與所述第三密封容器的頂部通過所述第二管道相連，所述第三管道上設有所述第三閥門，所述第三密封容器的底部與所述第四密封容器的頂部通過所述第三管道相連，所述第一密封容器的頂部與所述生產平臺通過所述臍帶纜柴油管道相連，所述第一密封容器的底部還設有驅替管道，所述驅替管道上設有所述第四閥門，并且所述第四閥門設置在所述清管回路組件的下游，所述驅替管道與所述生產管道相連，所述第四密封容器的底部與所述生產平臺通過所述注水管道相連，并且所述第四密封容器的底部處設有所述第五閥門。
4、所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統，優選地，所述第一密封容器、所述第二密封容器、所述第三密封容器和所述第四密封容器呈四邊形排布，所述第一密封容器、所述第二密封容器、所述第三密封容器和所述第四密封容器設置在所述四邊形的四個角上對稱設置。
5、所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統，優選地，所述清管回路組件包括清管回路和回路隔離閥組件，所述生產管道、所述注水管道通過所述清管回路相連，所述清管回路上設有所述回路隔離閥組件。
6、本發明第二方面提供一種所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統的置換方法，具體包括如下步驟：
7、核算置換生產水與生產流體的柴油隔離段體積；
8、計算每個密封容器的容積；
9、打開柴油注入閥和所述密封容器閥門組件，通過臍帶纜柴油管道從設置在首端的所述密封容器向設置在尾端的所述密封容器注入柴油，直至每個所述密封容器內均預裝滿柴油，關閉所述柴油注入閥和所述密封容器閥門組件；
10、打開所述密封容器閥門組件及所述柴油注入閥，通過注水管道向設置在所述尾端的所述密封容器的底部至所述首端的所述密封容器的底部內依次注入生產水，以實現每個所述密封容器內的預裝柴油被注入的生產水驅替后進入生產管道形成柴油隔離段；
11、柴油隔離段形成后，關閉所述柴油注入閥以及設置在尾端的所述密封容器處的所述密封容器閥門組件，打開所述清管回路的清管回路隔離閥，使所述注水管道中的生產水驅動所述柴油隔離段，再將生產流體安全置換至生產平臺。
12、所述置換方法，優選地，在步驟“將生產流體安全置換至生產平臺”之后還包括步驟：“置換結束后復產”。
13、所述置換方法，優選地，步驟“置換結束后復產”具體的方法具體包括如下步驟：
14、打開所述柴油注入閥以及設置在尾端的所述密封容器處的所述密封容器閥門組件，依次向設置在首端的所述密封容器至設置在尾端的所述密封容器內預置裝滿柴油。
15、所述置換方法，優選地，還包括步驟：通過打開或關閉所述密封容器閥門組件來調整密封容器的個數，實現調整隔離段的長度。
16、有益效果是：
17、在水下管匯上預安裝一套安全置換系統，安全置換系統主要由四個鋼制方形密封容器組成，四個密封容器在管匯上的布置充分利用閑置空間，并且密封容器在管匯四個角上對稱布置，以保證管匯上的受力系統平衡。
18、本發明利用了柴油和水的密度差，柴油上部進入，水下部進入，以保證良好的隔離效果，避免低溫水和熱的高凝油接觸。
19、本發明在每次置換前通過在方形密封容器內預裝的柴油段形成隔離體，以減少油田停輸后再去通過臍帶纜注入大量柴油的現場操作，既可以縮短置換準備時間，提升生產管道的安全性，又可以利用正常生產時的時間，向密封容器中提前預裝柴油，以減少柴油臍帶纜內柴油管線的數量，優化開發投資。
1.一種適用于水下模式開發油田的安全置換系統，包括生產平臺、生產管道、注水管道、臍帶纜柴油管道、清管回路組件、生產井組件和注水井組件，所述生產平臺與所述生產管道、所述注水管道和所述臍帶纜柴油管道分別相連，所述臍帶纜柴油管道上設有柴油注入閥，所述生產管道與所述注水管道通過所述清管回路組件相連，所述生產井組件設置在所述生產管道上，所述注水井組件設置在所述注水管道上，其特征在于，還包括密封容器組件、連接管道和密封容器閥門組件，所述密封容器組件包括多個密封容器，多個所述密封容器之間通過所述連接管道實現依次相連，并且所述連接管道將一個所述密封容器的底部與另一個所述密封容器的頂部相連，所述連接管道、所述生產管道和所述注水管道上分別設有所述密封容器閥門組件，所述生產平臺通過所述臍帶纜柴油管道與設置在首端的所述密封容器的頂部相連，以實現通過所述臍帶纜柴油管道向多個所述密封容器內注入柴油，所述生產平臺通過所述注水管道與設置在尾端的所述密封容器的底部相連，以實現所述注水管道向多個所述密封容器內注入生產水，所述生產平臺通過所述生產管道與放置在首端位置的所述密封容器的底部相連，以實現在所述生產管道內形成柴油隔離段。
2.根據權利要求1所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統，其特征在于，所述密封容器組件包括第一密封容器、第二密封容器、第三密封容器和第四密封容器，所述連接管道包括第一管道、第二管道和第三管道，所述密封容器閥門組件包括第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門和第五閥門，所述第一密封容器的底部與所述第二密封容器的頂部通過所述第一管道相連，所述第一管道上設有所述第一閥門，所述第一密封容器的底部與所述第二密封容器的頂部通過所述第一管道相連，所述第二管道上設有所述第二閥門，所述第二密封容器的底部與所述第三密封容器的頂部通過所述第二管道相連，所述第三管道上設有所述第三閥門，所述第三密封容器的底部與所述第四密封容器的頂部通過所述第三管道相連，所述第一密封容器的頂部與所述生產平臺通過所述臍帶纜柴油管道相連，所述第一密封容器的底部還設有驅替管道，所述驅替管道上設有所述第四閥門，并且所述第四閥門設置在所述清管回路組件的下游，所述驅替管道與所述生產管道相連，所述第四密封容器的底部與所述生產平臺通過所述注水管道相連，并且所述第四密封容器的底部處設有所述第五閥門。
3.根據權利要求2所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統，其特征在于，所述第一密封容器、所述第二密封容器、所述第三密封容器和所述第四密封容器呈四邊形排布，所述第一密封容器、所述第二密封容器、所述第三密封容器和所述第四密封容器設置在所述四邊形的四個角上對稱設置。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統，其特征在于，所述清管回路組件包括清管回路和回路隔離閥組件，所述生產管道、所述注水管道通過所述清管回路相連，所述清管回路上設有所述回路隔離閥組件。
5.一種權利要求1至4中任一項所述的適用于水下模式開發油田的安全置換系統的置換方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述置換方法，其特征在于，在步驟“將生產流體安全置換至生產平臺”之后還包括步驟：“置換結束后復產”。
7.根據權利要求6所述置換方法，其特征在于，步驟“置換結束后復產”具體的方法具體包括如下步驟：
8.根據權利要求5至7中任一項所述的置換方法，其特征在于，還包括步驟：通過打開或關閉所述密封容器閥門組件來調整密封容器的個數，實現調整隔離段的長度。