CN102628343A - 立管弯曲释荷接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及立管弯曲释荷接头。一种用于海底立管设备的连接器(10A)包括本体(11，12)，该本体具有第一连接面(13)，第一连接面具有贯穿通路(14)，并且适于连接到第一外部管道元件和本体内的万向节接头(15)上，万向节接头具有与第一面中的贯穿通路基本对准的贯穿通路(17)，以及在连接器的与第一连接面相对的侧上且适于连接到第二外部管道元件上的第二连接面(16)。连接器进一步包括适于接合万向节接头上的对应的定位特征(21)的至少一个锁销机构(20，22，23，24)，借此使贯穿通路保持对准，并且阻止万向节接头相对于本体而运动，直到跨过万向节接头的贯穿通路的轴线对万向节接头施加预定弯矩为止。

Description

立管弯曲释荷接头
技术领域
本发明涉及连接器，其具有可作为弯曲释荷接头来操作的万向节接头，以在施加的弯矩超过预定的弯曲极限的情况下，释放施加在海底立管中的高弯曲位置处的弯曲应力。
背景技术
近海油气生产设备典型地具有在海床上的井头和在海底采油树上的生产连接件。为完成生产或修井目的，立管管道柱可连接在海底采油树和水上船舶之间，例如负责执行期望的井干预的半潜式船或钻探船。
可通过锚定件或通过使用船舶中的全球定位系统(GPS)和推进器来抵消漂移实现的动态定位来将水上船舶在井的上方保持就位。在操作状况中，为了应付局部状况(包括潮汐和天气)的变化所造成的漂移，水上船舶的远离井的上方的竖直位置的一些成角度的移位将是可接受的。在给定情形中，水上船舶可安全地漂移的操作范围将取决于各种因素，包括立管的拉力和弯曲极限。在意外或极端的情况中，例如如果锚定件滑脱或GPS失效或在突如其来的风暴中，水上船舶可漂移到可能需要采取紧急措施的程度，以避免对立管或井头有损害。
出于这样的目的，立管柱可包括安全接头——设计成在低于普通立管管道的极限的拉力下失效的“弱连结件”。为了保护井头，可在立管柱的基部处提供利用快速断开连接器(例如WO 2009/019515中描述的)的紧急断开组件(EDP)。
在过去，已经提出了各种类型的球窝接头或柔性连接器，以允许管状立管柱有某种程度上的持续挠曲，例如如US-A-3 433 504、US-A-3977 707、US-A-3 523 578和US-3 695 633中描述的那样。
但是，这些系统本身并未设计成被可在离开竖直位置的极端的成角度移位的情况下施加给立管或由立管施加的过度的弯矩触发，或者提供对抗过度的弯矩的保护。由于局部环境差异，例如在井现场处的潮汐的强度和水的深度，还可出现另外的困难。在较浅的水中，水上船舶在容许漂移的程度上绝对有必要受较多的限制，并且长度较短的立管在深水中比长度较长的立管表现得更具刚性。会出现不同的应力，并且需要对应地调适安全系统。
本发明涉及提供用于释放海底立管中的弯曲应力的器件，该器件可为可调节到选定的极限，以及处理在不同的位置上的有关操作参数中的变化。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于海底立管设备的连接器，该连接器包括本体，本体具有第一连接面，第一连接面具有贯穿通路，并且适于连接到第一外部管道元件和本体内的万向节接头上，万向节接头具有与第一面中的贯穿通路基本对准的贯穿通路，以及在连接器的与第一连接面相对的侧上且适于连接到第二外部管道元件上的第二连接面，连接器进一步包括适于接合万向节接头上的对应的定位特征的至少一个锁销机构，借此使贯穿通路保持对准，并且阻止万向节接头相对于本体而运动，直到跨过万向节接头的贯穿通路的轴线对万向节接头施加预定弯矩为止。
根据本发明的另一方面，提供了一种提供用于立管设备的释荷接头的方法，该方法包括：提供包括本体的连接器，本体具有带有贯穿通路的第一连接面；在本体内提供万向节接头，万向节接头具有与第一面中的贯穿通路基本对准的贯穿通路，以及在连接器的与第一连接面相对的侧上的第二连接面；将第一连接面连接到第一外部管道元件上；以及将第二连接面连接到第二外部管道元件上，该方法进一步包括提供接合万向节接头上的对应的定位特征的至少一个锁销机构，借此使贯穿通路保持对准，并且阻止万向节接头相对于本体而运动，直到跨过万向节接头的贯穿通路的轴线对万向节接头施加预定弯矩为止。
将理解，上面提到的第一外部管道元件和第二外部管道元件可包括立管管道或其它管状元件或井头固定装置，例如防喷器，并且它们本身不形成连接器本身的一部分。
根据本发明的连接器和方法具有这样的优点：贯穿通路和立管在弯矩的安全工作范围内保持对准，但是当达到预定极限时，在连接的立管或井头元件发生损害之前，可快速和一致地释放弯曲应力。延伸通过通路的任何工具也得到保护，并且提供了取回这种工具的额外机会。
优选地，提供在本体的周围隔开的多个锁销机构来接合万向节接头上的对应的定位特征。在这种情况下，优选地，机构在本体的贯穿通路的轴线的周围均匀地隔开。
锁销机构或各个锁销机构优选包括用于调节待施加给对应的定位特征的力的调节器件，以确定触发万向节接头的运动所需的预定弯矩。
锁销机构或各个锁销机构可包括受弹簧器件作用的锁销，例如盘簧或螺旋弹簧或复合弹簧。
如果锁销机构包括弹簧器件，锁销机构或各个调节器件可包括用于调节锁销机构的弹簧器件的弹簧刚性系数的器件；或者调节器件或各个调节器件可包括液压器件。
可沿垂直于本体的贯穿通路的轴线的方向来设置锁销机构或各个锁销机构。备选地，可沿相对于本体的贯穿通路的轴线倾斜的方向来设置锁销机构或各个锁销机构。
本体可包括接收万向节接头的外部本体部分和将万向节接头固持就位的内部本体部分。
本发明还结合了包括根据本发明的连接器的立管设备。
利用与万向节接头上的定位特征协作的可调节的锁销机构提供了这样的优点：仅仅通过将相应的外部管道元件重新定位成对准即可以机械的方式使连接器复位(例如通过使水上船舶在井头-连接器-立管组件的上方重新定位成对准，使得锁销机构或各个锁销机构与连接器中的有关定位特征重新接合)。另外，如果锁销机构或各个锁销机构脱扣，并且在叠堆的下部的连接器处执行断开，则机构或各个机构将在重力的作用下复位，从而允许对船舶进行可行的重新连接或正常复原。
在另一个备选布置中，锁销机构或各个锁销机构可包括设计成在应用极限弯矩时进行剪切的剪切部件。但是，这种布置将具有缺点：其无法在没有重新安装替代剪切部件的情况下复位。
附图说明
图1是根据本发明的连接器的一个实施例的透视图；
图2是万向节在锁定的竖直位置上的穿过图1的平面AA’的透视竖直截面；
图3是万向节也在锁定的竖直位置上的穿过图1的AA’的平面竖直截面；
图4是万向节从竖直位置移位且其锁销被脱开的穿过图1的平面AA’的透视竖直截面；
图5是万向节如图4中那样移位的穿过图1的AA’的平面竖直截面；
图6是根据本发明的连接器的一个备选实施例的透视图；
图7是万向节在锁定的竖直位置上的穿过图6的平面BB’的透视竖直截面；
图8是万向节也在锁定的竖直位置上的穿过图6的BB’的平面竖直截面；
图9是万向节从竖直位置移位且其锁销被脱开的穿过图6的平面BB’的透视竖直截面；
图10是万向节如图9中那样移位的穿过图6的BB’的平面竖直截面；
图11是示出了通过使用根据本发明的连接器，水上船舶的安全操作范围可如何延伸的图示。
具体实施方式
图1至5示出了根据本发明的、用于用作立管弯曲释荷接头的连接器10A的一个实施例的构造和操作。连接器10A包括外部本体部分11和内部本体部分12，它们包括包含万向节接头15的接头。在这个实施例中，万向节接头15从下侧插入外部本体部分11中，并且由内部本体部分12固持就位，内部本体部分12旋入(或以别的方式固定)外部本体部分11中。内部本体部分12具有呈膛孔14的形式的贯穿通路和下部面13，在这个实施例中，下部面13意图连接到紧急断开组件(EDP)上。万向节接头15具有呈膛孔17的形式的贯穿通路，当万向节在图2和3中显示的锁定的竖直位置上时，膛孔17沿轴向与膛孔14对准。万向节接头15的上部面16意图连接到立管柱上。
万向节接头15设有定位特征21，定位特征21由本体部分11中的锁销机构的锁销20接合。在万向节接头15和外部本体部分11之间的区域18中在万向节接头15的周围沿周向提供流体密封件(未显示)。锁销20插入端口19中，并且在外部本体部分11的周围均匀地隔开，并且被锁销机构的弹簧(例如螺旋弹簧22或盘簧23)迫使与特征21接合。
显示了通过锁销机构的固持安装件24来使弹簧保持就位，安装件可结合间隔件或其它器件来调节弹簧刚性系数。
虽然未显示，但是将显而易见的是，弹簧可由诸如液压驱动式活塞的备选器件代替，以调节对锁销20施加的力。
如在图4和5中显示的那样，当连接到万向节15的上部面16上的立管已经施加了足够的弯矩时，锁销20与定位特征21脱开，并且万向节接头15能够成角度地自由旋转远离竖直位置，以及从而释放通过连接器而附连到井头上的立管所施加的弯曲应力，膛孔14和膛孔17不再对准。在各个膛孔14和膛孔17中切削出轮廓，以确保没有障碍，以及促进膛孔不再对准。
图6至10示出了根据本发明的连接器10B的一个备选实施例的构造和操作。在这个实施例中，在本体部分11的上部部件的周围的端口19和锁销机构20、22、23、24没有相对于膛孔14和膛孔17的轴线水平地(即沿垂直于膛孔14的轴线的方向)设置，而是相对于膛孔14而倾斜。预想端口19和锁销机构20、22、23、24的构件的这种备选部署在其中横向接近由于某种原因而较受限制或者其中期望在工具内有备选的载荷路径的情形中可为优选的。已经用与图2至5中相同的参照标号来标识与图2至5中的构件对应的图7至10中的构件。
图11的图示示意性地示出了通过使用定位在井头30的上方且连接到立管柱31上的根据本发明的连接器10如何可增加的水上船舶32的安全操作区域。连接器10保持连接器的万向节接头和连接的立管在井头30的附近刚性地对准，直到在施加给万向节接头的预定弯矩触发锁销的释放时，船舶32从井头的竖直上方的中心位置1移位到圆形边界P2上的位置2为止。然后水上船舶可安全地运动到在更宽的圆形边界P3内的位置3，而不会对立管柱31和井头30施加过度的拉力或弯曲应力。立管柱可结合拉力弱连结件33，并且井头可设有快速释放紧急断开组件(EDP)34，以在水上船舶很可能到安全边界P3的外面的情况下，进行操作和避免损害。
在描述的实例中，连接器的本体11、12连接到EDP上，并且万向节15连接到立管上。将显而易见的是，如有必要，根据本发明的连接器还可适于以颠倒的形式连接，即万向节接头连接到EDP上，而本体适于连接到立管上。

Claims (16)

1.一种用于海底立管设备的连接器，所述连接器包括本体，所述本体具有第一连接面，所述第一连接面具有贯穿通路，并且适于连接到第一外部管道元件和所述本体内的万向节接头上，所述万向节接头具有与所述第一面中的所述贯穿通路基本对准的贯穿通路，以及在所述连接器的与所述第一连接面相对的侧上且适于连接到第二外部管道元件上的第二连接面，所述连接器进一步包括适于接合所述万向节接头上的对应的定位特征的至少一个锁销机构，借此使所述贯穿通路保持对准，并且阻止所述万向节接头运动相对于所述本体而运动，直到跨过所述万向节接头的贯穿通路的轴线对所述万向节接头施加预定弯矩为止。
2.根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，提供了在所述本体的周围隔开的多个锁销机构来接合所述万向节接头上的对应的定位特征。
3.根据权利要求2所述的连接器，其特征在于，所述锁销机构在所述本体的所述贯穿通路的轴线的周围均匀地隔开。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的连接器，其特征在于，所述锁销机构或各个锁销机构包括用于调节待施加到所述对应的定位特征上的力的调节器件，以确定触发所述万向节接头的运动所需的所述预定弯矩。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的连接器，其特征在于，所述锁销机构或各个锁销机构包括受弹簧器件作用的锁销。
6.根据从属于权利要求4的权利要求5所述的连接器，其特征在于，所述调节器件或各个调节器件包括用于调节所述锁销机构的所述弹簧器件的弹簧刚性系数的器件。
7.根据权利要求4所述的连接器，其特征在于，所述调节器件或各个调节器件包括液压器件。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的连接器，其特征在于，沿垂直于所述本体的所述贯穿通路的轴线的方向设置所述锁销机构或各个锁销机构。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的连接器，其特征在于，沿相对于所述本体的所述贯穿通路的轴线倾斜的方向设置所述锁销机构或各个锁销机构。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的连接器，其特征在于，所述本体包括接收所述万向节接头的外部本体部分和将所述万向节接头固持就位的内部本体部分。
11.一种包括根据前述权利要求中的任一项所述的连接器的立管设备。
12.一种提供用于立管设备的释荷接头的方法，所述方法包括：提供包括本体的连接器，所述本体具有带有贯穿通路的第一连接面；在所述本体内提供万向节接头，所述万向节接头具有与所述第一面中的所述贯穿通路基本对准的贯穿通路，以及在所述连接器的与所述第一连接面相对的侧上的第二连接面；将所述第一连接面连接到第一外部管道元件上；以及所述第二连接面连接到第二外部管道元件上，所述方法进一步包括提供接合所述万向节接头上的对应的定位特征的至少一个锁销机构，借此使所述贯穿通路保持对准，并且阻止所述万向节接头相对于所述本体而运动，直到跨过所述万向节接头的贯穿通路的轴线对所述万向节接头施加预定弯矩为止。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，提供了在所述本体的周围隔开多个锁销机构来接合所述万向节接头上的对应的定位特征。
14.根据权利要求12和13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：调节由所述锁销机构或各个锁销机构施加给所述对应的定位特征的力，以确定触发所述万向节接头的运动所需的所述预定弯矩。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述锁销机构或各个锁销机构包括受弹簧器件作用的锁销。
16.根据从属于权利要求14的权利要求15所述的方法，其特征在于，所述调节步骤包括调节所述锁销机构或各个锁销机构的所述弹簧器件的弹簧刚性系数。
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