CN102245853A

CN102245853A - 软管

Info

Publication number: CN102245853A
Application number: CN2009801493785A
Authority: CN
Inventors: C.C.de巴罗斯; R.格斯; J.deA.克莱夫拉里奥; F.deS.皮雷斯
Original assignee: Wellstream International Ltd
Current assignee: Baker Hughes Energy Technology UK Ltd
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: DK2337923T3; BRPI0920568B1; US20170067296A1; BRPI0920568A2; WO2010041048A1; US20110192484A1; CN102245853B; EP2337923B1; US9909368B2; MY156900A; GB0818500D0; US20150144351A1; EP2337923A1

Abstract

公开了一种用于输送生产流体、输出流体或注入流体的升管或跨接管组件及用于给这种组件提供浮力的方法。升管或跨接管组件包括第一软管段、另一个软管段及中间段软管，上述第一软管段包括一部分软管体及第一和第二终端部件，上述另一个软管段包括一部分软管体及第一和第二终端部件，而上述中间段软管包括一部分软管体及第一和第二终端部件与至少一个浮筒元件。

Description

软管

技术领域

本发明涉及可以用来将流体如生产流体、输出流体或注入流体从源输送到另一个位置的软管。尤其是，但不是唯一地，本发明涉及包含中间段软管的升管（riser）或跨接管（jumper）组件，该中间段软管用来承载一个或多个浮筒元件。

背景技术

按传统，软管被用来将生产流体、输出流体或注入流体如油和/或气体和/或水从一个位置输送到另一个位置。软管在将一个海底位置连接到另一个海底位置或海平面位置时尤其有用。软管一般形成为一段软管体和一个或多个在管体的端部处的终端部件。管体通常形成为形成包含流体和压力的导管的材料的若干管状层的复合结构。管道结构是挠性的且允许较大的偏转而不产生在所需的寿命期间损害管道的功能性的弯曲应力。管体一般但不一定建造成包括金属层和聚合物层的复合结构。软管可以用作在陆地上和/或在海底位置处的流送管线。软管还可以用作跨接管或升管。

升管是将海底源位置连接到地面站或船舶的一段或多段软管的组件。跨接管是将一个海底位置连接到另一个海底位置的软管的组件。在两种情况下，通常是在所需位置处使用若干浮筒元件，以便在使用中升管或跨接管组件采取预定的形状。常规浮筒元件形成为由高度易浮的材料制成的分开的组件或形成为装满这种易浮材料的空心外壳。这些浮筒组件通常是夹紧或用别的方法固定到软管的所需位置上。

常常，众所周知，由于夹紧失效，浮筒组件将在软管上从所希望的位置移动到不希望的位置。在某些情况下，这导致软管因能发生过度弯曲而失效。

与这种浮筒组件有关的还有另一个问题是，倘若浮筒的材料或整体性破坏，而导致浮力不足，则必须修复或替换大段软管以便克服失效。

发明内容

本发明的目的是至少部分地减轻上述问题。

本发明的某些实施例的目的是提供升管或跨接管组件或用于制造升管或跨接管组件的方法，其中即使用来将浮筒组件固定到软管体上的固定机构失效，也能约束浮筒组件的位置。

本发明的某些实施例的目的是提供升管或跨接管组件或用于制造升管或跨接管组件的方法，其中倘若浮筒组件失效，则较容易替换组件或承载组件的软管部分，以便使停机时间最少。

按照本发明的第一方面，提供了用于将生产流体、输出流体或注入流体从源位置输送到目标位置的升管或跨接管组件，该升管或跨接管组件包括：

包括一部分软管体及第一和第二终端部件的第一软管段；

包括一部分软管体及第一和第二终端部件的另一段软管；和

包括一部分软管体及第一和第二终端部件与至少一个浮筒元件的中间段软管。

按照本发明的第二方面，提供了用于给跨接管或升管组件提供浮筒的方法，该方法包括以下步骤：

通过位于包括上述第一和第二终端部件及一部分软管体的中间段软管的第一和第二终端部件之间的至少一个浮筒元件给至少一部分软管提供升力。

本发明的某些实施例提供了一种升管或跨接管组件，该升管或跨接管组件包括末端是第一和第二终端部件的中间段软管。一个或多个浮筒元件可固定或固定到该中间段上。倘若一个或多个浮筒元件失效，则能用比较直截了当的方式替换整个该中间段。备用的软管段能与制造形成升管或跨接管的一个或多个软管同时制造以便有助于方便替换。

本发明的某些实施例提供了升管或跨接管组件，其中使用具有第一和第二终端部件的中间段软管。固定到该中间段上的浮筒元件例如由于夹紧元件的失效而产生的任何运动都仅导致浮筒元件在由第一和第二终端部件所提供的终端约束内的运动。这样各浮筒元件沿着升管或跨接管的运动至少被限制或整个地消除。

现在将在下面仅作为例子参照附图说明本发明的一些实施例。

附图说明

图1示出软管体。

图2示出跨接管和升管。

图3示出可供选择的升管配置。

图4示出升管或跨接管组件。

图5示出固定到软管体上的浮筒组件。

图6示出中间段软管的替换。

在附图中同样的标号涉及同样的部件。

具体实施方式

整个说明书涉及软管（flexible pipe）。应该理解，软管是一部分管体与一个或多个终端部件的组件，管体的端部收尾于每个终端部件中。图1示出管体10如何按照本发明的实施例由形成含压力导管的叠层材料的复合物形成。尽管在图1中示出许多单独的层，但应该理解，本发明广泛地可适用于包括两层或多层的复合管体结构。还应该注意，各个层厚度的示出仅用于举例说明的目的。

如图1所示，管体包括最里面的骨架层11。骨架提供联锁式金属结构，该联锁式金属结构能用作最里面层以便防止内部压力护套12由于管道减压、外部压力、张紧铠装压力和机械破碎载荷而全部或部分地塌陷。应该意识到，本发明的实施例可适用于“光滑孔径”及这些“粗糙孔径”应用。

内部压力护套12起流体阻滞层的作用，且通常包括保证内部流体整体性的聚合物层。应该理解，该层自身可以包括许多子层。应该意识到，当应用任选的骨架层时，内部压力护套常常被称之为阻挡层。在没有这种骨架的操作（所谓的光滑孔径操作）中，内部压力护套可以被称之为衬里。

压力铠装层13在内部压力护套上形成，并且是具有铺放角(lay angle)接近90o的结构层，该结构层增加软管抗内部和外部压力及机械破碎载荷性。该层在结构上还支承内部压力护套，且通常由联锁式金属结构构成。

软管体还可以包括一层或多层带14及第一张紧铠装层15和第二张紧铠装层16。每个张紧铠装层都是具有铺放角通常是在20o和55o之间的结构层。每层都用来承受张力载荷和内部压力。各张紧铠装层是成对反绕。

软管体还包括外部护套17，该外部护套17包括用来保护管道免予渗入海水和其它外部环境、腐蚀、磨损和机械损伤的聚合物层。还可以包括一个或多个隔离层18。

每个软管都包括至少一个部分，该部分有时叫做管体10的片段或分段，与位于软管的至少一个端部处的终端部件在一起。通常终端部件在软管体的片段的两端处使用。终端部件提供在软管体和连接器之间形成过渡的机械装置。不同的管道层如例如在图1中所示以这种方式收尾于终端部件，以便在软管和连接器之间传递载荷。若干段软管可以通过端对端配置连接在一起，以便形成很长的软管长度。毗连的管段可以包括相同软管体的管段或者其中软管体具有不同的层数和/或物理性能的管段。

图2示出适合于将生产、输出或注入流体如油和/或气体和/或水从海底位置21输送到浮动设施22的升管组件20。例如，在图2中，海底位置21是与海底流送管线23的连接。软流送管线包括全部或部分地置于海底上或埋在海底下的软管。浮动设施可以例如由平台和/或浮筒或者如图2所示的船舶提供。升管20作为软升管提供，也就是说将船舶连接到海底装置上的软管。可供选择地，软管能作为跨接管24使用。

图3示出将流送管线23连接到水面船舶22上的可供选择的升管结构。如图3所示，升管具有从海底流送管线23到达中心悬浮区30的第一部分。另一部分从中心区30向上延伸到水面船舶。在中心区30的周围将浮筒组件固定到软管体上。浮筒组件的浮力和浮筒组件的位置如此选择，以便在使用中升管呈预先设计的形状。这种升管的一个优点是随着船舶22漂浮处的水面升或降，只有将船舶连接到中心浮动区的这部分升管挠曲。这样，能避免升管的过度弯曲。应该意识到，本发明的某些实施例能与多种多样的升管或跨接管形状一起使用。

图4示出能采用图3所示的升管配置的升管组件。

流送管线23以终端部件40收尾在一端处。该终端部件以端对端配置与软管体的第一段42的另一个终端部件41连接。第一段软管体42的另一端以另一个相应的终端部件43收尾。弯曲加强件44位于软管体分段42靠近终端部件43的端部处。弯曲加强件形成锥形，以便给软管体提供朝终端部件43方向逐渐地越来越大的刚度。这避免了过度弯曲，如该领域的技术人员意识到的。

第一段软管体的终端部件43连接到相邻的另一段软管体46的另一个终端部件45上。另一个弯曲加强件47朝向相邻段软管体46的中心区向内形成锥形。软管体46的其余末端是有相应弯曲加强件49的另一个终端部件48。相邻段的终端部件48连接到中间段软管体51的终端部件50上。终端部件50收尾中间段软管体51的第一端。中间段软管体51的其余末端是另一个终端部件52。第一弯曲加强件53位于软管体51接近相应终端部件50的端部处。另一个弯曲加强件54位于收尾软管体的中间段51的余下端部的终端部件52附近。4个浮筒组件55成一排位于软管体的中间段51的中心区处。应该意识到，尽管示出了4个浮筒组件，但按照本发明的某些实施例也可以使用一个或多个浮筒组件。下面参照图5更详细说明各浮筒组件和将这些浮筒组件固定到软管体上的方法。

收尾中间段软管体51的端部的终端部件52与相邻段软管体57的另一终端部件56成端对端配置固定。该相邻段软管体57的其余末端是另一个终端部件58。弯曲加强件59，60位于相应的终端部件56，58附近。

相邻段软管体57的终端部件58与末段软管体62的还有另一个终端部件61成端对端配置连接。末段软管体62的其余末端是相关的终端部件63。各个弯曲加强件64，65位于对应的终端部件61，63附近。

应该意识到，在浮筒组件所在处的中间段软管的任一侧上因此设置一段或多段软管。应该意识到，在中间段的两侧上可以设置一个、两个或任何数量的软管段，而不是图2所示的在中间段的两侧上举例说明的两个软管段。同样，在中间段软管的两侧上软管体的分段数相同无关紧要。还应该意识到，根据本发明的某些实施例可以利用一个、两个或更多中间段软管体。

图5更详细地示出可供选择的中间段软管100。中间管段具有由终端部件150收尾的第一端和由另一个终端部件152收尾的另一端。软管体151的长度在两端处被终端部件150，152的相应的一个收尾。如图5所示，软管体具有在两个终端部件之间延伸的长度。弯曲加强件153固定到第一终端部件150上，而另一个弯曲加强件154固定到该软管段的另一端处的另一个终端部件152上。每个弯曲加强件都是基本上为锥形装置，该锥形装置如该领域的技术人员所意识到的，用来调节软管从中心区（此处挠性由软管体的特性限定）到刚性终端部件150，152的刚度。六个浮筒组件155_0-5彼此相邻设在弯曲加强件之间的管线中。尽管在图5中示出6个浮筒组件，但应该意识到，视使用中升管或跨接管所需的浮筒的配置和量而定，可以使用任何数量的包括一个、两个或多个浮筒组件。浮筒组件155_0-5通过常规手段如通过夹紧机构固定到软管体151上。

中间分段100具有总长度L等于结合的两个终端部件的长度E加上结合的两个弯曲加强件的长度B加上软管体在弯曲加强件的内端之间余下的长度Z。

第一弯曲加强件153的面向内的端部160为从软管体151变成不固定的任何浮筒组件提供对接表面。另一个弯曲加强件154的面向内的端部161同样提供对接表面，如果任何浮筒组件155₀变成与软管体分开，它将贴着该对接表面。每个浮筒组件自身都具有第一和另一个侧壁162_0-5，163_0-5，如果相邻的浮筒组件变成与软管体分开，它们将贴着上述侧壁162_0-5，163_0-5。

应该意识到，通过选择在设计阶段期间所用的端部加强件的长度和软管体的长度，弯曲加强件的对接端部160，161之间的距离Z能如此精确地设定，以便在浮筒组件和弯曲加强件的端部之间有足够的距离，以使软管在使用期间具有所需的形状，但没有或有一点儿过大的空间，因此若浮筒组件失效，则完全或至少在某种程度上限制那些浮筒组件的运动。

例如，倘若通过其在这排的末端处的浮筒组件155₅附接到软管体151上的机构失效，则浮筒组件有效地变成沿着软管体的长度自由移动。然而，它的运动被弯曲加强件153的面向内的端部的对接表面160或者被相邻的浮筒组件155₄的侧壁162₄约束。

图6示出图4中所示的中间段软管30如何可以替换。图5中所示的中间段100能用相同的方式替换。应该意识到，当软管段30的一个或多个部分失效时，或者当中间段30所提供的特性根据使用升管或跨接管组件处的环境的特性不再最佳时，可能要求或需要这种替换。在这种情况下，将旧的中间段30_旧用新的中间段30_新代替。例如，倘若一个或多个浮筒组件155变得与软管体51分开，或者倘若其中一个或多个浮筒组件如由于外壳破裂并侵入海水而失效，则在中间段软管体的第一端处的终端部件50能与相邻段软管的相邻终端部件48分开。同样，中间段软管的另一个终端部件52能与另一个相邻段软管体的终端部件56分开。然后将新的中间段30_新放入到位并将相应的终端部件固定在一起。替换的中间段软管体可以具有与以前使用的软管段相同或不同的长度。如果该中间段软管与任何升管或跨接管的其余软管段同时制造，则替换十分方便。这时可以制造一个、两个或多个替换用软管段并然后贮存供以后如果需要时使用。

因此，本发明的某些实施例形成可在各种各样环境例如深水作业或超深水作业中使用的软管系统。因此，通过限制两个终端部件之间所需的浮筒组件使浮筒组件夹失效的效果减至最小。这些终端部件或附接到终端部件上的弯曲加强件起浮筒制动器的作用，而避免组件显著地改变位置。能在实现这的同时具有对系统配置要求和使用寿命很低的影响。

在一个或多个浮筒组件失效的情况下或者在净浮力由于组件水饱和或软管结构过早失效而减少的条件下，本发明的某些实施例允许较快的恢复软管系统。快速恢复能通过用备用的事先组装好的管段替换损坏的浮筒升管或跨接管实现。这消除了近海管道完成活动的必要性并显著减少重新开始管线操作所需的时间。

跨接管或升管组件利用一个或多个中间的管段，而每个中间的管段都具有一由所需的浮筒长度加上软管附属阻件所需的长度限定的总长度。这包括若干终端部件和若干弯曲加强件和其它这种装置。中间的软管段定位在整个跨接管或升管系统中整体分析期间所限定的特殊位置处，以便使疲劳使用寿命最大并确保考虑软管工作条件。

在整个本说明书的说明和权利要求中，单词“包括”和“包含”及单词的变体例如“包括着”和“包括（单数）”，意指“包括但不限于”，且不打算（和不）排除其它部分、添加物、成分、整体或阶段。

在整个该说明书的说明和权利要求中，除非正文另有要求，否则单数包括复数。尤其是，在使用不定冠词的地方，除非上下文另有要求，否则说明书应理解为考虑多个及单个。

结合本发明的具体情况、实施例或例子说明的特点、整体、特性、化合物、化学部分或基团应理解为除了与其不相容的之外，可应用于本文说明的任何其它情况、实施例或例子。

Claims

1. 一种用于将生产流体、输出流体或注入流体从源位置输送到目标位置的升管或跨接管组件，包括：

包括一部分软管体及第一和第二终端部件的第一段软管；

包括一部分软管体及第一和第二终端部件的另一段软管；和

2. 如权利要求1所述的升管或跨接管组件，还包括：

该第一段软管包括收尾该第一段的该部分软管体的相应第一和第二端的第一和第二终端部件及各都固定到该第一段的相应终端部件上的第一和第二弯曲加强件。

3. 如权利要求1或权利要求2所述的升管或跨接管组件，还包括：

该第二段软管包括收尾该第二段的该部分软管体的相应第一和第二端的第一和第二终端部件及各都固定到该第二段的相应终端部件上的第一和第二弯曲加强件。

4. 如上述权利要求任一所述的升管或跨接管组件，还包括：

该中间段包括收尾该中间段的该部分软管体的相应第一和第二端的第一和第二终端部件及各都固定到该中间段的相应终端部件上的第一和第二弯曲加强件。

5. 如权利要求4所述的升管或跨接管组件，还包括：

该至少一个浮筒元件固定在该中间段的第一和第二弯曲加强件之间的相应位置处。

6. 如权利要求5所述的升管或跨接管组件，还包括：

每个浮筒元件都被夹紧到该中间段的该部分软管体的外表面上。

7. 如上述权利要求任一所述的升管或跨接管组件，其中该中间段的长度等于两个终端部件的结合的长度加上所需的浮筒长度。

8. 如上述权利要求任一所述的升管或跨接管组件，还包括：

包括一部分软管体及相应的第一和第二终端部件的至少一个再另一段软管。

9. 一种用于给跨接管或升管组件提供浮力的方法，包括以下步骤：

通过位于包括第一和第二终端部件及一部分软管体的中间段软管的上述第一和第二终端部件之间的至少一个浮筒元件给软管的至少一部分提供升力。

10. 如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

给在第一和另一段软管之间的该中间段软管提供升力。

11. 如权利要求9或权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

识别浮筒元件的失效；和

随后用包括替换用软管体部分、替换用第一和第二终端部件及至少一个替换用浮筒元件的替换用中间段来替换该中间段。

12. 如权利要求11所述的方法，其中识别失效的步骤包括：

识别将浮筒元件夹紧到软管体的外表面上的夹子何时已经失效；或

识别浮筒元件何时已变饱和；或

识别升管或跨接管组件没采用预定的形状。

13. 如权利要求11或权利要求12所述的方法，其中替换用中间段包括备用的、以前组装好的软管段。

14. 基本上如以上参照附图所述的方法。

15. 基本上如以上参照附图所述建造和安置的设备。