CN102155170A - 立管的分离和支承机构 - Google Patents

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Abstract

用于龙骨下具有小间隙的海上结构上的柔性立管和脐带管的立管分离和支承机构。主体部分包括基本上位于主体部分中心的倒置和截头的圆锥形或凸形部分。主体部分和圆锥形部分借助于穿过主体部分和圆锥形部分的多个管道接纳穿过其中的立管。多个的突出物从主体部分径向向外延伸。多个拱形立管支承结构设置在每个突出物上以支承立管和/或脐带式管线并控制它们的弯曲半径。突出物从主体部分向外伸出一定的距离,其允许立管在主体部分下面的部分根据立管的设计公差悬挂成一定角度和弯曲半径,从而防止由于过度弯曲而造成的弯折或损坏,同时保持立管不与海底接触。

Description

立管的分离和支承机构
技术领域
本发明涉及用于海上结构的柔性产品、注水立管和控制脐带管,尤其是立管分离和支承机构的应用。
背景技术
用于钻井和生产碳氢化合物(天然气和油)的浮动海上结构使用钻井和生产立管,这些立管通常从海底伸出至该海上结构的龙骨然后至浮动结构的顶侧。
在海上作业的一种潜在危险是碳氢化合物和其它产品从生产立管和控制脐带管进入设备结构内和周围的封闭位置时的泄漏。这些危险可能是由立管的损坏或设备内流动管线的机械连接器的故障引起的。
在一些情况下立管设备可能不得不从支承设备上分离且之后再重新与这个设备连接。例如,用于部署在北极区域的海上结构的设计不得不考虑作为控制设计载荷的冰作用力。与底部基础结构,例如随动塔式平台和导管架和重力基础结构(GBS)不同,浮动结构的系泊和立管设计是一个难题,因为系泊和立管设计使得抵抗最大预期的冰载荷变得不切实际,因此需要从立管和系泊处分开成为冰管理方案的一部分。同样,浮动支承船身可能要返回至港口以对顶侧进行改装或重新配置。
系泊浮动结构例如船形浮动生产单元(floating production unit)(FPU)、深水浮筒平台(Spar)和单柱浮标(Single Column Floater)是用于支承设备的实际设计。即使在受到地震威胁的浅水里,系泊浮体可能也是较好的选择,因为它是悬浮在海底上面的水中,因而在结构上具有避免地震的地震效应的能力。
目前已经存在几种从浮动支承设备分离和支承立管装置的设计方案。
FPSO/FPS(浮式生产储存卸货装置/浮式生产储存装置)通常有在龙骨处附连到船内的风向标系泊转动架。立管和脐带管穿过转动架直至船上的采油设备。为了分离立管和船身,立管在转动架处被断开且被释放以和船身分离。释放之后,浮标借助系泊索悬浮在水柱中并支承立管。为了重新连接,浮标由船身收回且被拉回就位。立管在转动架处被重新连接。船形船身的吃水深度通常为30米。在这个吃水深度它实际提供了一个通向转动架周围组件的环境干燥的通路,从而能够接近这些组件以进行检查、维护和修理。
基于深度吃水设备的其它设计,例如深水浮筒平台和单柱浮标的吃水深度为100米至200米量级。这些船身的类型提供了减少移动的优点,因此对于常规操作改善了条件且与吃水较浅的船形船身相比对立管具有明显较少的疲劳损伤。例如专利US7,377,225和US7,197,999描述的基于深水浮筒平台的设计描述了在龙骨处的可分离浮标与在龙骨处可分离的具有立管的FPSO/FPU相似。这些设计的缺点是分离浮标的深度。由于现场压力和空间限制,检查、维护和修理是困难且复杂的。也有由于浮标处的连接故障从立管逸出的有害产品聚集在船身内的风险。
浮动海上结构在其结构底部和海底之间具有相对小的间隙,这对于在结构底部或侧面处来连接和断开立管也给出了特殊的难题。浮动海上结构通常使用的柔性立管具有最小允许弯曲半径,超出该半径将会导致立管断裂。同样,柔性立管在与结构连接或断开期间和在未连接到结构上立管被支承的期间不能接触海底。在现有的技术中这两个难题并没有得到令人满意的解决。
发明内容
本发明涉及将立管与龙骨下具有小间隙的浮动海上结构连接和断开期间一种用于支承立管的机构。主体部分包括基本上在主体部分的中心的倒置截头圆锥形或凸形部分。根据支承船的类型,也可使用其它几何学凸形,例如,棱柱形或锥体形结构。主体部分和圆锥形部分借助于穿过主体部分和圆锥形部分的多个管道接纳穿过其中的立管。多个突出物从主体部分径向向外延伸。多个拱形立管支承结构设置在每个突出物上以支承立管或脐带式管线。突出物从主体部分伸出一定的距离,其允许立管在主体部分下面的部分根据立管的设计公差悬挂成一定角度和弯曲半径,从而防止由于过度弯曲而造成的弯折或损坏,同时保持立管不与海底接触。立管从海底上的PLEM(管线末端歧管)延伸至连接在采油甲板上的采油歧管。本发明能够支承和操作位于这些连接的两点之间的连续柔性立管,从而消除由于立管或脐带管中的连接而渗漏的危险。本发明在处于连接和断开构造时控制立管和脐带管中的弯曲应力。
本发明具有新颖性的不同特征尤其在附加权利要求中指出且形成了本发明内容的一部分。为了更好的理解本发明和其在应用中操作上的优点,可参考附图和描述,它们形成了本发明内容的一部分,其中对发明的优选实施例进行说明。
附图说明
在形成本说明书的一部分的附图中,且其中在附图中显示的附图标记所标明的相似或对应部分从头到尾都是相同的:
图1是本发明的局部立体剖视图。
图2是与深水浮筒平台相连接的本发明侧视图。
图3是从深水浮筒平台分离的本发明的侧视图。
图4是与深水浮筒平台相连接的本发明的侧视详图。
图5是深水浮筒平台上部的一个区域的详细视图。
图6是本发明的立管位于不同位置的示意性侧视图。
图7是本发明的俯视图。
具体实施方式
本发明在图1中总地用附图标记10指示。立管分离和支承机构10(以下称之为立管支承机构10以便于参考)通常包括主体部分12、位于主体部分12上的圆锥形或凸形部分14、位于主体部分12上的突出物16以及位于突出物16上的支承结构18。
主体部分12包括圆锥形部分14和径向突出物16。如图1所示,主体部分12由被舱壁20隔开的刚性板19形成。板的间距可能用来容纳为立管支承机构10提供浮力的装置。用于提供浮力的装置可选择通常用于海洋产业的任何合适的材料,例如致密的泡沫塑料或复合泡沫塑料。使用相对轻的可提供浮力的浮力材料与建造水密舱相比需要较少的钢,因此有助于减少结构的重量和成本。主体部分12的尺寸根据与之匹配的浮动海上结构确定,需要的浮力根据机构的尺寸和被支承的立管和脐带式管线连接件的重量来确定。
从主体部分12向上延伸的圆锥形部分14实质上是倒置的局部圆锥体形且被舱壁所支承。参见图1和4,圆锥形部分14设有穿过其中的大量管道22。管道22的尺寸设置成接纳用于海上浮动结构的立管和脐带式管线。如图1和7所示,管道22在圆锥形部分14内间隔开。这个特殊的布置取决于管道的总数和柔性立管和脐带管的最小弯曲半径要求。该间隔将立管和脐带式管线分布成使立管和脐带式管线之间不必要的接触最少且还避免对它们的损坏的方式。虽然示出了一个便于作示意性说明的圆锥形部分,但可以理解的是,根据支承船的类型,也可使用任何其它合适的几何学凸形,例如,棱柱形或锥体形结构。
突出物16从主体部分12径向向外延伸且示出为以与主体部分12同样的方式由被舱壁隔开的刚性板形成。突出物16的数量取决于用在海上结构和现场布置上的立管的数量。突出物16可以与主体部分12一体成形,也可以是刚性连接于主体部分12的单独结构。
虽然示出主体部分12、圆锥形部分14和突出物16由被舱壁支承的刚性板形成,但可以理解的是这仅仅是示意的目的,它们同样可能由刚性的带有浮力装置的开放式构架组成,例如容纳在开放式构架内的泡沫塑料。
支承结构18设置在突出物16上以支承立管和脐带式管线,且控制弯曲半径以符合与立管和脐带式管线的特性有关的要求,从而防止对立管和脐带式管线的损害。支承结构18实质上是开放式构架,其形成用于立管和脐带式管线的拱形支承表面。当立管和脐带管从钻井浮船上的采油歧管分离时悬挂部分27的长度增加。支承结构18的尺寸和形状设置成使立管和脐带管26在从浮动海上结构28上分离时不接触海底。每个支承结构18的支承表面安装有夹紧装置21以限制立管或脐带管在立管/脐带管与拱形表面之间的相对运动。
通道24(最好参见图7)设置在主体部分12和突出物16之间以在立管和脐带式管线离开面对圆锥形部分14的支承结构18的侧面时,使立管和脐带式管线能够被引到主体部分12的下面。
在操作中,立管支承机构10定位在水中且立管和脐带式管线26安装在立管支承机构10上以使立管被支承结构18支承,穿过通道24,然后通过管道22。被连接到浮动海上结构28顶侧上的采油树上的每个立管26的上端在圆锥形部分14的顶端保持在位。立管支承机构10被系泊索29固定就位。
立管支承机构10和浮动海上结构28如图3所示对准。如图4和5所示,附连到浮动海上结构28上的绞盘32的一根或多根绳30和立管支承机构10上连接器34用于拉动立管支承机构10以与浮动海上结构28接触,如图2所示。锁定机构36(在图4中示意性示出)用来将立管支承机构10锁在浮动结构28上以免除对绳30上恒定张力的需要。然后绳30可被断开并利用绞盘32向上拉起。
然后通过浮动海上结构28将立管26向上拉起并连接到浮动海上结构28的顶侧未示出的采油歧管上。立管的相对末端连接到海底的井口。
立管支承机构10和浮动海上结构28在生产油和天然气期间用这样的方式保持连接。当会威胁浮动海上结构的突发条件例如冰或大暴雨时需要将它从该位置移开,立管支承机构10允许在不损坏立管26和立管26不接触海底的情况下使立管26断开并移动浮动海上结构28。当浮动海上结构28定位在水中以在结构的底部和海底之间提供相对较小的间隙时这个能力特别重要。
立管26从结构的顶侧的采油歧管分离且立管被密封以防止任何产品的泄露。然后立管26下降穿过该结构直至每个立管26的密封上端是位于立管支承机构10上的圆锥形部分14的顶端为止。然后松开锁定机构36且立管支承机构10根据其自重向下沉没一短的距离到达在如图3所示的海上结构28的下面。立管支承机构10的浮力阻止它继续沉没至允许立管26接触海底的位置或弯曲至超过立管的设计能力的位置。然后立管26被安全地支承在水表面以下和浮动海上结构以下,使得浮动海上结构可以被移动到较安全的区域并根据需要返回以重新生产。
最好参见图3,立管26通常在浮动海上结构28内的长度27,在生产期间水平悬垂在立管支承机构10下面,处于保护立管并阻止其与海底接触的水平面。如图6所示尺寸D设定为使立管的弯曲半径不超过会损坏立管的允许弯曲。图6还示出了立管26安装在浮动海上结构上用于生产时的形状和悬垂性。没有任何位置超过立管的允许弯曲半径。因此分离时机构可容纳立管的全长。
本发明与现有技术一个较大的不同是本发明能够使用直接连接到浮动海上结构顶侧的采油歧管上的立管。因为现有技术缺少立管支承机构,缺少在从浮动海上结构分离时防止干式采油树立管过度弯曲的能力,还缺少在浮动海上结构的龙骨和海底之间具有相对小间隙时,阻止立管在水体深度下与海底接触的能力,因此现有技术需要采用在浮动海上结构的龙骨处包含机械连接器的立管。
虽然附图描述了具有深水浮筒平台型结构的本发明的应用,但应该理解的是这是为了便于作示意性说明,本发明可用于任何类型的浮动海上结构例如深水浮筒平台,FPSO/FPS,或半潜式或任何其它的适于本操作的漂浮设计。
相对于钢悬链立管,使用的预设柔性立管的类型是比较典型的,因为钢悬链立管通常没有能力承受在这些位置由浮动海上结构所产生的弯曲力矩。
本发明相比于现有的连接和分离机构具有一些优点。
将立管的拱形支承结构与浮力主体部分结合并将它们附连到浮动海上结构上消除了悬挂部分27的运动且因此在悬挂部分减少了疲劳损伤。
如果立管和脐带式管线被用于相同目的的外部浮标支承,将立管支承和分离浮标附连到浮动海上结构上减少了所需要的立管和脐带式管线的总长度。此外,将浮标安装至船身上消除了在船身和浮标之间撞击的可能性。
虽然以上示出和描述了本发明的具体实施例和/或细节来说明本发明原理的应用,但可以理解的是本发明可实施为不脱离这些原理的权利要求书更完整描述的方式,或本领域技术人员所知的其它方式(包括任何和全部等同物)。

Claims (7)

1.一种用于浮动海上结构上的柔性立管和/或脐带管的立管分离和支承机构,包括:
a.刚性主体部分;
b.多个突出物,所述多个突出物从所述主体部分径向向外延伸;
c.凸形部分,所述凸形部分基本上从所述主体部分的中心延伸,所述主体部分和所述凸形部分具有用于接纳多个穿过所述主体部分和所述凸形部分的立管的装置;以及
d.多个拱形立管支承结构,所述拱形立管支承结构在每个所述突出物上,且形状和尺寸设置成使所述被支承的立管和脐带管在从所述浮动海上结构分离时不与海底接触。
2.如权利要求1所述的机构,其特征在于,所述用于接纳穿过所述凸形部分的立管的装置包括用于每个立管的单独管道,每个管道延伸穿过所述主体部分和所述凸形部分。
3.如权利要求1所述的机构,其特征在于,所述主体部分由刚性板形成。
4.如权利要求1所述的机构,其特征在于,支承在所述立管支承机构上的立管被引导穿过所述凸形部分和所述主体部分,穿过所述主体部分和所述突出物之间的通道,并越过所述突出物上的所述拱形立管支承结构。
5.一种用于浮动海上结构上的柔性立管和/或脐带管的立管分离和支承机构,包括:
a.刚性主体部分;
b.多个突出物,所述突出物从所述主体部分径向向外延伸;
c.凸形部分,所述凸形部分基本上从所述主体部分的中心延伸,所述主体部分和所述凸形部分具有用于接纳穿过所述主体部分和所述凸形部分的多个立管的多个管道;
d.多个拱形立管支承结构,所述多个拱形立管支承结构在每个所述突出物上,且形状和尺寸设置成使所述被支承的立管和脐带管在从所述浮动海上结构分离时不与海底接触;以及
e.在所述主体部分上的用于为所述立管分离和支承机构提供浮力的装置。
6.如权利要求5所述的机构,其特征在于,支承在所述立管支承机构上的立管被引导穿过所述凸形部分和所述主体部分,穿过所述主体部分和所述突出物之间的通道,并越过设置在所述突出物上的所述拱形立管支承结构。
7.一种用于浮动海上结构上的柔性立管和/或脐带管的立管分离和支承机构,包括:
a.刚性主体部分;
b.多个突出物,所述突出物从所述主体部分径向向外延伸;
c.凸形部分,所述凸形部分基本上从所述主体部分的中心延伸,所述主体部分和所述凸形部分具有用于接纳穿过所述主体部分和所述凸形部分的多个立管的多个管道;
d.多个拱形立管支承结构,所述拱形立管支承结构在每个所述突出物上,且形状和尺寸设置成使所述被支承的立管和脐带管在从所述浮动海上结构分离时不与海底接触;
e.在所述主体部分上用于为所述立管分离和支承机构提供浮力的装置;以及
f.夹紧装置,所述夹紧装置在每一个拱形立管支承结构上,用于将所述立管在所述拱形立管支承结构上保持就位。
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