CN102673747A - 海上立管张紧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海上立管张紧器。一种用于在具有轴线(39)的立管(13)中保持张力的上推张紧器(11)联接到浮动平台上，并且在立管(13)从垂线不定地倾斜时保持张力。张紧器(11)包括具有枢转地联接到甲板(17)上的下部端的多个缸体(35)。缸体(35)在传送位置上基本垂直于甲板(17)，并且在张紧位置上与甲板(17)成角度。在传送立管(13)之后，定位组件(51)使缸体(35)从传送位置运动到张紧位置。张紧器环(21)在立管(13)上传送到缸体(35)的上部端的附近，并且然后缸体(35)自动联接到张紧器环(21)上。

Description

海上立管张紧器

本申请要求2011年2月11日提交的名称为“Marine RiserTensioner(海上立管张紧器)”的美国临时申请No.61/442,073的益处，该申请通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明大体涉及海上立管张紧器，并且具体而言，涉及适应立管的倾斜的RAM式上推张紧器。

背景技术

近海生产平台必须支承来自油气井的生产立管，生产立管从海底井延伸到平台。对于固定到海底的平台，容易实现这一点，而且这在现有技术中是众所周知的。但是，对于需要使用浮动平台(例如张紧支腿平台(TLP)或半潜式平台)的在深水中的海底完井(completion)，支承立管则会带来显著的问题。这些平台会在波浪、风和水流的影响下运动，并且会经受各种力。因而，立管张紧机构必须容许平台相对于立管而运动。

立管张紧机构还必须使立管保持张紧，使得立管的整个重量不会转移给井头，以及使得立管在其本身的重量下不会塌缩。因此，张紧机构必须在立管上施加持续的张紧力。而且，这个力必须保持在窄的容差内。

上推张紧器在海底应用中具有若干个优点，一个优点是：该张紧器比其它类型的张紧器在更小的空间中适应更高的载荷。这部分是因为上推张紧器使用更高效的活塞端部，并且在端部连接部处不需要拉紧装置。另外，上推张紧器中的压力不会对缸体的杆侧起作用。当海洋状况恶劣且浮动平台经历大范围的竖直运动时，上推张紧器更能适应那种竖直运动。另外，使用上推张紧器可最大程度地减小它们必须在其中运行的盐水环境的腐蚀作用，因为张紧器的高压密封件不位于大气的附近且与腐蚀性流体和碎片隔离开。

TLP在深水中提供稳定的钻探平台。在TLP中，张紧支腿从平台向下延伸到位于海床处的锚定件。张紧支腿较无弹性，这意味着消除了平台的大部分竖直运动。TLP允许将井头组件定位在水面上而非海床上。立管将典型地从井头组件向下延伸到海床。这个安排允许有更简单的完井和更好的生产控制。但是，在TLP中，立管可相对于TLP从垂线倾斜。立管从垂线倾斜的量不是静态的，而是在运行期间随时间而改变。

虽然使用TLP和RAM类型的上推张紧器两者是合乎需要的，但是因为变化的立管倾斜的原因，至今所构建的RAM式上推张紧器目前不适于与TLP一起使用。在以前所有的RAM系统中，缸体保持与立管成顺列，这允许立管有小的间距。虽然小尺寸的RAM式上推张紧器是合乎需要的，但是小的尺寸也会引起问题，因为它会限制可在其中传送(run)立管的通路的尺寸。因此，存在对这样的上推立管张紧器的需要：其可随立管而倾斜，并且允许有用于传送在TLP中使用的立管的适当的空间。

发明内容

通过提供了海上立管张紧器和使用该海上立管张紧器的方法的本发明的优选实施例，大体解决和规避了这些和其它问题，并且大体实现了技术优点。

根据本发明的实施例，公开了一种用于在具有轴线的立管中保持张力的张紧器。立管从海底井头组件延伸通过浮动平台甲板中的开口。张紧器包括联接到立管上的张紧器环，以及多个液压-气动缸体。各个液压-气动缸体在相对的端上具有柔性接头，以将缸体联接在甲板和张紧器环之间。通过远程促动，该多个液压-气动缸体能够在至少一个平面上在传送位置和张紧位置之间运动。缸体适于在从传送位置运动到张紧位置之后自动联接到张紧器环上。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种用于在具有轴线的立管中保持张力的张紧器。立管从海底井头组件延伸通过浮动平台甲板中的开口。张紧器包括用于联接到立管上的张紧器环，以及多个液压-气动缸体。液压-气动缸体在甲板和张紧器环之间延伸。张紧器还包括适于安装到甲板上且沿着立管滚动的导引滚子组件。引导器套管平行于立管从张紧器环延伸，并且适于与导引滚子组件的滚子相互作用。当立管相对于甲板旋转时，引导器套管将通过导引滚子组件施加的反作用力来抵抗张紧器的旋转，同时允许立管相对于张紧器环旋转。

根据本发明的又一个实施例，公开了一种用于使穿过甲板平台中的开口的立管张紧的方法。该方法包括将多个液压-气动缸体置于甲板中的开口的周围。然后使缸体在第一端处柔性地连接到甲板上。然后该方法使缸体从垂直于甲板的传送位置运动到与甲板成角度的张紧位置。在缸体运动到张紧位置之后，该方法将各个缸体的第二端自动联接到张紧器环上，张紧器环联接到立管上。在立管相对于平台倾斜时，该方法允许缸体在超过一个平面上运动，以适应立管的倾斜。

优选实施例的优点在于，上推张紧器可适应从海底环境延伸到张紧支腿平台(TLP)的立管的变化的倾斜。与其它传统的张紧器相比，公开的实施例允许使用最大的空间来传送立管，同时仍然装配到较小的覆盖范围中。仍然另外，公开的实施例适应在立管和TLP之间的较大范围的竖直运动。公开的实施例还允许有较大的张紧器载荷和减少的腐蚀问题，同时允许上推张紧器与TLP一起使用。

附图说明

所以获得了其中本发明的特征、优点和目标以及其它将变得显而易见的方式，并且可更详细地理解该方式，上面简要概述的本发明的更具体的描述可参照其实施例，在形成本说明书的一部分的附图中示出了实施例。但是，要注意，图仅示出本发明的优选实施例，并且因此不应认为对其范围有所限制，因为本发明可允许有其它同样有效的实施例。

图1是根据本发明的实施例的立管张紧器组件的透视图。

图2是沿着线2-2得到的图1的立管张紧器组件的截面图。

图3是示出了图1的立管张紧器组件的缸体对准的图1的立管张紧器组件的俯视图。

图4是示出了图1的立管张紧器组件的备选缸体对准的图1的立管张紧器组件的备选实施例的俯视图。

图5是在第一位置上的图1的缸体组件的局部视图。

图6是在第二位置上的图5的缸体组件的局部视图。

图7、8A和9示意性地示出了图1的缸体从传送位置运动到张紧位置。

图8B-8E示意性地示出了用于将图1的缸体联接到图1的张紧器环上的自动联接设备的备选实施例。

图10示出了根据本发明的实施例的、适应立管的倾斜的图1的立管张紧器组件。

图11是沿着11-11得到的图10的立管张紧器组件的截面图。

图12A-12B分别是图1的立管张紧器组件的备选实施例的截面侧视图和俯视图。

图13A-13B分别是图1的立管张紧器组件的备选实施例的截面侧视图和俯视图。

图14A-14B分别是图1的立管张紧器组件的备选实施例的截面侧视图和俯视图。

具体实施方式

现在将在下文参照示出了本发明的实施例的附图来更全面地描述本发明。但是，本发明可体现为许多不同的形式，而不应理解为限于本文阐述的示出的实施例。相反，提供这些实施例来使得本公开将是彻底和完整的，并且这些实施例将对本领域技术人员全面地传达本发明的范围。贯穿本文，相同标号指示相同元件，而且点撇符合(如果使用了的话)表示备选实施例中的类似元件。

在以下论述中，阐述了许多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。但是，对本领域技术人员显而易见的将是，可在没有这样的具体细节的情况下实践本发明。另外，对于大部分来说，省略了关于油井钻探、传送操作等的细节，因为不认为这样的细节对获得本发明的完整理解是必要的，并且认为这样的细节在相关领域技术人员的技术之内。

参照图1和图2，立管张紧器组件11对立管13提供张紧，立管13使其下部端固定到海底装备上，例如海底井头组件(未显示)。立管张紧器组件11具有图1-4、8A和9-14中显示的张紧位置和图5和7中显示的传送位置。在传送位置上，缸体组件19与张紧器环21分离，并且置于垂直于甲板17的竖直位置上，如在图5和图7中显示以及在下面更加详细地描述的那样。照这样，立管张紧器组件11不阻挡在甲板17中的开口15，从而允许有最大量的空间用于传送立管13和联接到立管上的装备。

立管13向上延伸通过船舶(未显示)的甲板17中的开口15。虽然被系住，但是典型地，甲板17(即船舶)将响应于水流和波浪运动而相对于立管13运动。为多个缸体组件19供应受压的液压流体和气体，以对立管13提供向上力来在甲板17相对于立管13运动时，在立管13中保持均匀的张紧。为了易于阐述，在本文中显示了六个缸体组件19。本领域技术人员将理解，可使用更多或更少的缸体组件19。

各个缸体组件19的下部端联接到甲板17上，并且上部端可移除地联接到张紧器环21上。张紧器环21是类似环形盘的物体，它可夹持到立管13上，使得张紧器环21与穿过立管13的轴线39同轴。张紧器环21还可如下面更加详细地描述的那样旋到立管13或立管张紧器接头上。本领域技术人员将理解，立管13可指在井头和钻塔或在立管张紧器组件11的附近顺列地联接到立管13上的立管张紧器接头之间延伸的立管。

各个缸体组件19的下部端沿周向置于开口15的周围。在示出的实施例中，各个缸体的下部端联接到开口15的边缘处，使得具有穿过各个缸体组件19的各个下部端联接位置的边缘的圆的直径将大于张紧器环21的直径。照这样，立管张紧器组件11在立管13按预期最大程度地倾斜时不会翻倒。本领域技术人员将理解，各个缸体组件19的下部端可如需要的那样联接到甲板17上而距开口15较大的距离，使得当立管13处于未倾斜状态时，缸体组件19的下部端不会在张紧器环21的正下方联接到甲板17上。另外，立管张紧器组件11可包括用来在开口15中导引立管13或使立管13在开口15中居中的抗移动组件或导引组件23。在张紧位置上时，导引组件23安装在立管13的周围，以与立管13或安装到立管13上的构件接合。

各个缸体组件19在缸体35的各个端部上包括联接器33。各个缸体35具有筒管和杆，从而允许各个缸体35在图8A中显示的收缩位置和图9中显示的延伸位置之间运动。在延伸位置上，各个缸体35的上部端进一步运动远离各个缸体35的相应的下部端，而在收缩位置上，各个缸体35的上部端运动靠近各个缸体35的相应的下部端。各个缸体35的下部端用联接器33(例如显示的球窝接头)来枢转地联接到甲板17上。在示例性实施例中，缸体35可绕着下部联接器33枢转。类似地，各个缸体35用联接器33(例如示出的球窝接头)来联接到张紧器环21上。如同下部联接器33一样，上部联接器33容许缸体35绕着上部联接器33枢转。缸体35可在一个或多个平面上绕着各个联接器33枢转。例如，缸体35可在各个联接器33处具有原点的三个垂直轴线限定的三个维度上枢转。照这样，在甲板17相对于立管13运动时，缸体35可在一个或多个平面上枢转，并且优选在无限的平面上枢转。

在甲板17和立管13相对于彼此而运动时，将出现在联接器33处的枢转。因而，在立管13相对于甲板17倾斜远离垂线时，张紧器环21将运动离开图1中示出的位置。在示例性实施例中，立管13和张紧器环21可不定地占据图10和11中显示的位置。如图10和11中示出的那样，缸体35将在上部和下部联接器33处枢转，以保持连接到甲板17和张紧器环21两者上。各个缸体将如保持与张紧器环21和甲板17联接所需的那样延伸、收缩和枢转。类似地，在立管13倾斜时，各个缸体将如在立管13上施加张力所必须的那样收缩、扩展和枢转。

如图1中示出的那样，各个缸体组件19还包括在各个缸体35的附近安装到甲板17上的机械止动器31。各个机械止动器31从甲板17竖直地延伸，并且限定面向甲板17中的开口15的部分圆柱形的接受器37。接受器37延伸机械止动器31的长度，并且有在缸体35如图5和7中显示的那样枢转到垂直于甲板17的位置时接收缸体35的尺寸和形状。当缸体35在垂直位置上时，缸体35的表面将抵靠接受器37。在立管13的倾斜试图将缸体35推过垂直位置而远离开口15且朝向甲板17的表面的情况下，机械止动器31将对缸体35施加反作用力，从而使缸体35保持在垂直位置上。

图3中示出的立管张紧器组件11的示例性实施例显示了缸体组件19的缸体35在开口15的周围对准。如图3中显示的那样，示例性实施例的六个缸体35布置在开口15的周围，使得竖直平面将穿过上部和下部联接器33处的各个缸体的两个端部以及轴线39。例如，在联接器33处穿过缸体35的上部端和下部端的竖直平面将包括轴线39。类似地，在联接器33处分别穿过各个缸体35B、35C、35D、35E、35F的上部端和下部端的单独的竖直平面将包括轴线39。

在图4中示出的备选实施例中，缸体35包括三个缸体对35G和35G′、35H和35H′和35I和35I′。在这个实施例中，在联接器33处穿过各个单独的缸体的端部的竖直平面将不包括轴线39。相反，各个缸体的上部联接器33将从图3中描述的位置偏移，各个缸体对的上部联接器33在相反的方向上偏移相同的量。例如，下部联接器33如上面关于图3所描述的那样安装在开口15的周围。但是，在图4中，各个缸体35的上部联接器33不在穿过轴线39和下部联接器33的竖直平面上安装在张紧器环21的周围。如图4中显示的那样，竖直平面42穿过缸体35G的下部联接器33和轴线39。另一个竖直平面40穿过缸体35G的下部联接器33和缸体35G的上部联接器33。平面42和平面40在缸体35G的下部联接器33处形成角α。配对的缸体35G′将在相反的方向上以类似的方式偏移。例如，竖直平面44穿过缸体35G′的下部联接器33和轴线39。另一个竖直平面46穿过缸体35G′的下部联接器33和缸体35G′的上部联接器。平面44和平面46将在缸体35G′的下部联接器33处形成角-α。以类似的方式，缸体35H的上部联接器33将以角γ偏移，而缸体35H′的上部联接器33将以角-γ偏移。缸体35I的上部联接器33将以角β偏移，而缸体35I′的上部联接器将以角-β偏移。

通过使缸体对中的各个缸体如图4的实施例中所示出的那样在相反的方向上偏移，实现了额外的扭转稳定性。因而，如果船舶绕着立管13旋转，同时缸体对中的一个缸体可加强旋转，则缸体对中的相对的缸体将起反作用来减小旋转。例如，如果甲板17相对于立管13从图4中显示的位置顺时针旋转，则缸体35H′施加在张紧器环21和立管13上的力将加速旋转；但是，因为缸体35H在相反的方向上从缸体35H′偏移相等的量，所以缸体35H施加在张紧器环21和立管13上的力将抵销缸体35H′所加速的旋转。对于缸体对35G和35G′、和35I和35I′也类似地适用。

如图5和图6中显示的那样，缸体组件19包括定位组件51。在示出的实施例中，定位组件51包括定位缸体53、缸体联接器55和刚性联接器57。刚性联接器57联接在机械止动器31的上部端上，并且为定位缸体53的第一端提供安装点。刚性联接器57可包括销安装件、栓接支架组件或任何其它适当的联接装置。刚性联接器57定位成距接受器37足够的距离，使得当缸体35垂直于甲板17时，缸体35的表面可接触接受器37的表面，以及在传送位置上时，允许定位缸体53保持联接到缸体35上。定位缸体53的第二端联接到缸体联接器55上。缸体联接器55联接到缸体35上，使得定位缸体53将在缸体35上施加力。定位缸体53促动以使缸体35从图5中显示的垂直于甲板17的传送位置运动到图6中显示的、朝开口15向内成角度的张紧位置。在将缸体35置于张紧位置上之后，定位缸体53不会进一步运行。在示例性实施例中，在将缸体35置于图6的张紧位置上且如图8A中显示以及下面描述的那样将张紧器环21联接到缸体35上之后，定位缸体35可与缸体35分离。

一旦立管13的传送完成，缸体组件19则被定位缸体53倾斜到图1-4、6和8-11中显示的张紧位置。在示例性实施例中，定位缸体53是液压缸体，液压缸体可被操作员促动，以使缸体35从传送位置运动到张紧位置。优选地，促动过程由任何适当的控制机构远程地操作，例如液压系统、电子控制系统等。本领域技术人员将理解，示出的定位组件51只是使缸体35从图5的传送位置运动到图6的张紧位置的机构的实例。备选组件可包括适于如上面关于液压缸体定位组件51所描述的那样操作的H框架组件、螺杆组件等。构想有这些额外的实施例，并且它们包括在公开的实施例中。

张紧器环21可在立管张紧器组件11的附近夹持到立管13上，并且在立管13上传送立管张紧器组件11的附近。然后缸体组件19的缸体35如图6中显示的那样朝立管13枢转，并且如图8A中显示的那样联接到张紧器环21上。缸体组件19的缸体35联接到张紧器环21上将以自动的方式进行，使得在定位组件51将缸体35置于图6的张紧位置上之后，在张紧器环21在立管13上下降时，在缸体35的上部端处的联接器33将在张紧器环21的下侧自动接合联接器接受器。

在图8B中示出了其中缸体35可联接到张紧器环21上的一种方式。张紧器环21可包括多个导引接受器22，一个导引接受器22对应于各个缸体35。导引接受器22具有从较大的直径端部转变到圆柱形管26的直径的圆锥形下部端24，导引接受器22在圆柱形管26处连结张紧器环21的下部部分。圆柱形管26在圆柱形管26的内径表面中限定环形锁定通道28。联接器33包括限定上部半球形腔体32的球座30。联接器33还包括限定下部半球形腔体56的球固持器54。球固持器54在球固持器54的下部端处具有圆锥形开口34。腔体32和腔体56限定直径基本等于联接器33的球的直径的球形腔体，如所示出的那样，该球形腔体具有跨过腔体56的下部部分的开口，使得开口比腔体32、56具有更窄的直径。圆锥形开口34从球固持器54的下表面处的直径转变到腔体56的开口的较窄的直径。在联接器33的球端插入腔体32中之后，球固持器54将通过匹配螺纹58来固定到球座30上。联接器33可在球上旋转通过球固持器54中的圆锥形开口34所允许的运动范围。在示出的实施例中，在将缸体35置于图6的张紧位置上之前，以及优选在立管张紧器11的组装期间，联接器33的球将插入球座30中。锁定环36联接在球座30的外径部分的周围，并且适于在球座30运动到圆柱形管26中时插入锁定通道28中，从而将缸体35联接到张紧器环21上。

本领域技术人员将理解，在张紧器环21在立管13上下降到在缸体35的附近时，不需要操作员的手动输入就可实现这一点。在定位组件51使缸体35运动到图6的张紧位置之后，球座30将紧邻导引接受器22的圆锥形下部端24。在张紧器环21沿轴向向下朝缸体35运动时，球座30将接触圆锥形下部端24的内表面，并且沿着该内表面滑动，直到到达圆柱形管26为止。在那里，球座30将搭接并且基本填满圆柱形管26，从而导致锁定环36插入锁定通道28中，将缸体35固定到张紧器环21上，同时允许缸体35绕着联接器33枢转。本领域技术人员将理解，各个缸体可如插入导引接受器22中所需的那样不定地延伸或收缩。

在图8C中显示的备选实施例中，联接器33′包括缸体35的圆柱形上部端。导引接受器22′类似于图8B的导引联接器22的构件且包括它们。如图8C中显示的那样，导引联接器22′包括安装在圆柱形管26′的上部部分上的吊钩(clevis)挂架38。张紧器环21限定从张紧器环21的下表面向内延伸足够的距离以容纳吊钩挂架38和销48的凹部50。销48穿过吊钩挂架38，并且在凹部50内的任一端处固定到张紧器环21上，使得可通过吊钩38和销48来在导引接受器22′和张紧器环21之间转移载荷。

类似于上面关于图8B所描述，在定位组件51使缸体35运动到图6的张紧位置之后，联接器33′将紧邻导引接受器22′的圆锥形下部端24′。在张紧器环21沿轴向向下朝缸体35运动时，联接器33′将接触圆锥形下部端24′的外表面，并且沿着该外表面滑动，直到到达圆柱形管26′为止。在那里，联接器33′将搭接并且基本填满圆柱形管26′，从而导致锁定环36′插入锁定通道28′中，将缸体35固定到张紧器环21上，同时允许缸体35在吊钩38和销48上绕着联接器33′枢转。

本领域技术人员将理解，上面关于图8B和8C描述的设备只是用以在没有操作员直接手动操纵的情况下将缸体35固定到张紧器环21上的机构的实例。本领域技术人员将理解，构想有用于在将缸体35置于张紧位置上之后将缸体35固定到张紧器环21上的任何适当的手段，并且它们包括在公开的实施例中。优选地，固定机构将没有操作员的直接手动操纵，但是固定机构可包括远程操作员操纵。

如图8D中显示的那样，锁定环36和锁定通道28可如下面描述的那样运行。回缩环52可包围球座30。回缩环52将固定到球座30上，使得回缩环52可沿着球座30的外表面沿轴向运动。回缩环52可通过旋转通过与球座30的外径上的对应的螺纹配合的在回缩环52的内径上的螺纹来沿轴向运动。备选地，回缩环可沿轴向滑动通过棘齿，或者可沿轴向以任何其它适当的方式运动。回缩环52可被可选地偏置到图8D中显示的下部位置。锁定环36在回缩环52的轴向上方的环形通道内安装到球座30上。安装环可固定到球座30的外部部分上，并且延伸到球座30的通道中，以阻止锁定环36沿径向完全运动出球座30中的通道。优选地，锁定环36偏置到图8D中示出的接合位置。在示出的实施例中，锁定环36是适于偏置到接合位置的开口环。本领域技术人员将理解，构想有其它适当的偏置方法，并且它们包括在公开的实施例中。

如图8D中显示的那样，锁定环52的外径具有适于接合锁定通道28的配合轮廓的轮廓。该配合轮廓适于在锁定环36在图8D的接合位置上时，允许锁定环36从锁定通道28下方的区域沿轴向向上运动到锁定通道28上方的区域，同时在锁定环36在图8D中示出的接合位置上时进行接合，以阻止锁定环36从锁定通道28上方的区域运动到锁定通道28下方的区域。当球座30插入导引接受器22中时，锁定环36将滑过锁定通道28的配合轮廓，并且然后接合锁定通道28的配合轮廓，以将缸体35固定到张紧器环21上。本领域技术人员将理解，示出的实例只是用于将缸体35固定到张紧器环21上的一个机构。构想有在没有直接的手动操纵的情况下将缸体35固定到张紧器环21上的任何适当的方法，并且它们包括在公开的实施例中。

如图8E中示出的那样，可通过使回缩环52相对于球座30沿轴向向上运动来释放缸体35。可通过使回缩环52绕着球座30而旋转通过示出的螺纹来实现这一点。这将使回缩环52的端部接合锁定环36的渐缩边缘。回缩环52的持续的向上运动将使接合的表面滑过彼此，并且使锁定环36沿径向向内运动到球座30的通道中。照这样，可从缸体35中释放张紧器环21，以进行另外的操作。本领域技术人员将理解，示出的实施例只是用于释放缸体35与张紧器环21的联接的机构的一个实例。构想有从张紧器环21中释放缸体35的任何适当的方法，并且它们包括在公开的实施例中。优选地，机构将包括通过直接操作员接触或手动工具的操作员操纵来直接手动地操纵释放机构。

再次参照图1-2，导引组件23包括安装在立管13的周围的圆柱形套管25。套管25刚性地附连到立管13的外表面上，并且包围该外表面，使得套管25将不会相对于立管13沿轴向运动或旋转地运动，以及因而套管25可认为是立管13的一部分。套管25具有大于缸体组件19从各个缸体35的收缩位置到延伸位置的最大行程的长度，使得下面更加详细地描述的滚子47保持与套管25接合。

套管25可在其上部端和下部端处具有沿径向向外延伸的凸缘27。沿轴向延伸的键或肋29安装在套管25的外部上，并且从下部凸缘27(图2)延伸到上部凸缘27。肋29可通过或者焊接或者紧固件来附连。肋29在横截面上可具有长方形或其它构造。

如在图1和图2中显示的那样，导引组件23还包括刚性水平部件41，刚性水平部件41各自具有枢转地联接到甲板17上的第一端。在示例性实施例中，刚性水平部件41以任何适当的方式直接联接到甲板17上。在备选实施例中，刚性水平部件41可联接到板43(图1)上，板43联接到机械止动器31上。板43可包括与机械止动器31分开的物体，其随后焊接或以别的方式联接到机械止动器31上。板43也可为机械止动器31的整体构件，其形成为机械止动器31的一部分。在示出的实施例中，板43在开口37的附近从机械止动器31的竖直部分延伸。板43不会限制缸体35运动成抵靠接受器37。本领域技术人员将理解，构想有用以将刚性水平部件41安装到甲板17上使得它们可如本文描述的那样运行的任何适当的机构，并且它们包括在公开的实施例中。

刚性水平部件41的第二端包括与套管25对准的滚子组件45。如图2中显示的那样，滚子组件45包括滚子47。滚子47可以可选地如图12-14中示出的那样包括两个滚子。如图2中显示的那样，滚子47接合套管25的表面，并且允许套管25沿着轴线39沿轴向运动；但是，所试图的从轴线39沿径向方向的任何横向移动都被刚性水平部件41限制。可选地，滚子组件45包括沿着套管25的周边延伸且接合肋29的刚性对准组件49(图1)，从而阻止套管25相对于导引组件23旋转。在限制旋转和径向或横向移动的同时，导引组件23允许立管13绕着刚性水平部件41的端部枢转，因而允许立管13相对于甲板17倾斜。

在图12A和12B中示出的备选实施例中，引导器套管61平行于轴线39从张紧器环21的下部部分沿轴向向下延伸。在示出的实施例中，引导器套管61不接触立管13的外表面。引导器套管61在立管13的外表面和引导器套管61的内表面之间限定环形空间。在引导器套管61的外表面中形成肋63，并且肋63平行于轴线39而延伸引导器套管61的长度。如图12B中显示的那样，导引组件23的滚子47在各个肋63之间与引导器套管61的表面相互作用。引导器套管61具有足够的材料强度，以在立管13倾斜时经历导引组件23施加的径向反作用力时抵抗永久变形或失效。可选的支承环64可在滚子47的附近在引导器套管61和立管13之间的环带内联接到立管13上，以对引导器套管61提供额外的横向支承。如上面描述的那样，当立管13试图在开口15中相对于甲板17沿径向移动时，导引组件23的滚子47将对引导器套管61施加反作用力，以限制沿径向方向的横向移动。照这样，可在不允许立管13在开口15中移动(这可能会使立管13接触甲板17，从而损害甲板17和立管13两者)的情况下适应立管13的倾斜。

刚性对准组件49可安装到各个刚性水平导引部件41的端部上，使得各个可选的刚性对准组件49的端部抵靠相邻的肋63。照这样，引导器套管61的旋转就被刚性对准组件49阻止。在引导器套管61试图相对于甲板17和立管张紧器组件11旋转时，肋63将压靠在刚性对准组件49上。刚性对准组件49将有足够的强度来抵抗旋转，而不会显著地变形或失效。类似地，刚性水平部件41在板43处与甲板17的联接将有足够的强度来对引导器套管61的旋转力提供重复的反作用力，而不会显著地变形或失效。刚性对准组件49可在端部上包括抵靠肋63的滚子，以允许肋63沿轴向运动经过刚性对准组件49。对肋63施加的反作用旋转力将阻止立管张紧器组件11随立管13而旋转。因而，在立管张紧器组件11中产生的扭矩将不会传递给立管13，并且类似地，在立管13中产生的扭矩将不会传递给立管张紧器组件11。

再次参照图12A，张紧器环21可如上面关于图1-11所描述的那样夹持到立管13上；或者备选地，立管13可包括立管张紧器接头65。立管张紧器接头65将通过任何适当的方式顺列地联接在立管13中，使得张紧器接头65紧邻立管张紧器组件11。立管张紧器接头13在立管张紧器接头65的外表面上包括螺纹67。在图12A中示出的实施例中，张紧器环21将具有形成于张紧器环21的内径表面上的匹配螺纹69，使得张紧器环21可在立管张紧器接头65的上面旋到图12A中显示的位置。如果外力使立管13相对于甲板17旋转，则旋转力将受到刚性对准组件49、引导器套管61的肋63以及在螺纹67、69的交接部处的摩擦力的反作用。类似地，如果缸体35对立管13施加旋转，则旋转力将受到刚性对准组件49、引导器套管61的肋63以及在螺纹67、69的交接部处的摩擦力的反作用。仍然将适应立管13的倾斜，因为立管13可绕着与套管61接触的刚性水平部件41的滚子47的端部枢转或倾斜。

在图13A和13B中示出的又一个实施例中，在引导器套管61的表面上形成U形通道71。U形通道71平行于轴线39延伸引导器套管61的轴向长度。各个导引组件23的滚子47将基本填满各个对应的U形通道71的支腿之间的宽度。类似于图12A和12B的肋63，滚子47将通过U形通道71来对引导器套管61施加反作用力，以阻止引导器套管61旋转。当与带螺纹的张紧器环21组合时，U形通道71将以与图12A和12B的肋63相同的方式来阻止立管13相对于甲板17的旋转运动以及立管13对缸体35施加的旋转运动的转移。

在图14A和14B中示出的另一个备选实施例中，引导器套管61限定从引导器套管61的外表面延伸到引导器套管61的内径表面的槽口73。槽口73平行于轴线39延伸引导器套管61的轴向长度。各个导引组件23的滚子47将基本填满各个槽口73的宽度。类似于图12A和12B的肋63和图13A和13B的U形通道71，滚子47将通过槽口73来对引导器套管61施加反作用力，以阻止引导器套管61旋转。当与带螺纹的张紧器环21组合时，槽口73将以与图12A和12B的肋63和图13A和13B的U形通道71类似的方式来阻止立管13相对于甲板17的旋转运动以及缸体35对立管13施加的旋转运动的转移。

如图9中显示的那样，一旦缸体35旋转到张紧器环21中且联接到其上，立管张紧器组件11则通过扩展和收缩缸体组件19的缸体35来在立管13上保持向上轴向力，使得在甲板17运动时，立管13将相对于井头组件(未显示)和海床基本保持其位置。立管13将不会响应于甲板17的运动翘曲或分开。另外，立管张紧器组件11可适应立管13的变化的倾斜。如图10和图11中显示的那样，在立管13相对于甲板17倾斜使得轴线39不以基本垂直的角与甲板17的水平表面平面相交时，缸体组件19的缸体35将在上部和下部联接器33处枢转，从而允许缸体35保持与张紧器环21接合。

如图10和11中显示的那样，缸体组件19的各个缸体35将在绕着联接器33枢转时或者扩展或者收缩不定的量。例如，如图10中显示的那样，立管13相对于甲板17而倾斜到左边。在图10的右侧部分上的缸体35比图8和图9中所显示的有更大程度的扩展和内向枢转，以适应立管13和甲板17之间的相对运动。相反，在图10的左侧部分上的缸体35比图8和9中所显示的有更大程度的收缩和向外枢转，以适应立管13和甲板17之间的相对运动。照这样，缸体35将继续在立管13上施加保持立管13张紧的轴向力。导引组件23将允许立管13绕着刚性水平部件41的端部倾斜，但不沿径向移动，从而阻止立管13接触或接合甲板17中的开口15的边缘以及变得受损。

因此，公开的实施例提供优于现有技术的立管张紧器的许多优点。例如，与传统的上拉立管张紧器相比，公开的实施例提供一种可在更小的空间中适应更大的载荷的上推立管张紧器。另外，公开的实施例较不易于受腐蚀问题的影响，因为它们置于张紧支腿平台甲板的上方而非下方。这还减少了对用以支承立管张紧器的额外的甲板结构的需要。公开的实施例还在使用较少数量的缸体的同时消除了高压积聚。此外，公开的实施例提供一种适应立管的倾斜且可用于TLP中的上推张紧器。公开的实施例还提供这样的立管张紧器：其可枢转出平台甲板中的钻探开口，使得大于立管张紧器的标称直径的装备可在立管上传送到海底位置。

要理解本发明可采取许多形式和实施例。因此，可在前述内容中作出若干变化，而不偏离本发明的精神或范围。因而参照本发明的优选实施例中的某一些来描述了本发明，注意，公开的实施例本质上是说明性的而非限制性的，并且在前述公开中构想有大范围的变型、修改、变化和替代，而且在一些情况下，可采用本发明的一些特征而不对应地使用其它特征。基于对优选实施例的前述描述的审阅，对于本领域技术人员来说，许多这样的变型和修改可认为是显而易见和合乎需要的。因此，宽泛地且以与本发明的范围一致的方式来理解所附权利要求是合适的。

Claims (20)

1.一种用于在立管(13)中保持张力的张紧器(11)，所述立管(13)具有轴线(39)，并且从海底井头组件延伸通过浮动平台甲板(17)中的开口(15)，所述张紧器(11)包括：

联接到所述立管(13)上的张紧器环(21)；

多个液压-气动缸体(35)，其各自在相对的端上具有柔性接头(33)，以将所述缸体(35)联接在所述甲板(17)和所述张紧器环(21)之间；

通过远程促动，所述多个液压-气动缸体(35)能够在至少一个平面上在传送位置和张紧位置之间运动；以及

所述缸体(35)适于在从所述传送位置运动到所述张紧位置之后自动联接到所述张紧器环(21)上。

2.根据权利要求1所述的张紧器(11)，其特征在于：

所述多个缸体(35)包括缸体对(35G，35G′)，各个缸体对(35G，35G′)具有第一缸体(35G)和第二缸体(35G′)，所述第一缸体和所述第二缸体(35G，35G′)具有沿周向布置在所述开口(15)的周围的下部端，使得各个缸体对(35G，35G′)中的所述第一缸体(35G)的所述下部端在所述第二缸体(35G′)的所述下部端的附近；

所述第一缸体(35G)的上部端从穿过所述第一缸体(35G)的所述下部端和所述轴线(39)的平面(42)偏移而联接到所述张紧器环(21)上；以及

所述第二缸体(35G′)的上部端从穿过所述第二缸体(35G′)的所述下部端和所述轴线(39)的平面(44)偏移而联接到所述张紧器环(21)上，所述第二缸体(35G′)的偏移等于所述第一缸体(35G)在相反的方向上的偏移，从而导致所述第一缸体和所述第二缸体(35G，35G′)在相反的方向上施加旋转力。

3.根据权利要求1所述的张紧器(11)，其特征在于，所述张紧器(11)进一步包括多个机械止动器(31)，以限制所述缸体(35)相对于所述立管轴线(39)的枢转，各个机械止动器(31)适于在对应的缸体(35)的外部联接到所述甲板(17)上，以限制对应的缸体(35)的向外倾斜。

4.根据权利要求1所述的张紧器(11)，其特征在于，所述张紧器(11)进一步包括多个可延伸的流体定位缸体(53)，其各自联接到所述液压-气动缸体(35)中的一个上，以在所述立管(13)安装到所述张紧位置上时，使各个液压-气动缸体(35)从所述传送位置倾斜。

5.根据权利要求1所述的张紧器(11)，其特征在于，所述张紧器(11)进一步包括：

导引滚子组件(23)，其适于安装到所述甲板(17)上，并且沿着所述立管(13)滚动；以及

引导器套管(61)，其平行于所述立管(13)从所述张紧器环(21)延伸，并且适于与所述导引滚子组件(23)的滚子(47)相互作用，使得当所述立管(13)相对于所述甲板(17)旋转时，所述引导器套管(61)将通过所述导引滚子组件(23)所施加的反作用力来抵抗所述张紧器(11)和所述立管(13)的旋转。

6.根据权利要求1所述的张紧器(11)，其特征在于，所述引导器套管(61)限定轴向槽口(73)，以接收所述滚子(47)，以及允许所述滚子(47)抵靠所述立管(13)的表面。

7.根据权利要求1所述的张紧器(11)，其特征在于，所述张紧器(11)进一步包括：

安装到所述张紧器环(21)的下部部分上的多个导引接受器(22)，各个导引接受器(22)对应于相应的液压-气动缸体(35)；

所述导引接受器(22)各自限定适于接收相应的缸体(35)的上部端的内部腔体；以及

多个接合组件，其安装到所述导引接受器(22)和所述缸体(35)的所述上部端上，使得在各个缸体(35)的所述上部端插入导引接受器(22)的相应的内部腔体中时，所述缸体(35)将自动联接到所述张紧器环(21)上。

8.根据权利要求7所述的张紧器(11)，其特征在于，所述接合组件包括：

由所述缸体(35)的上部端(33)的外表面限定的环形通道；

安装在所述环形通道内且偏置到径向外部位置的锁定环(36)；

限定在所述导引接受器(22)的内径表面中的锁定通道(28)；

所述锁定环(36)和所述锁定通道(28)具有匹配的配合轮廓，所述匹配的配合轮廓适于允许相对于彼此沿轴向向上运动以及在所述锁定环(36)插入所述锁定通道(28)中时阻止相对于彼此沿轴向向下运动；

在所述锁定环(36)的轴向下方包围所述缸体(35)的所述上部端的回缩环(52)；以及

所述回缩环(52)适于沿轴向向上运动，以及释放所述锁定环(36)与所述锁定通道(28)的接合。

9.根据权利要求1所述的张紧器(11)，其特征在于，当所述立管(13)相对于所述甲板(17)倾斜时，所述多个缸体(35)内的各个缸体(35)能够采取不同的延伸量。

10.一种用于在立管(13)中保持张力的张紧器(11)，所述立管(13)具有轴线(39)，并且从海底井头组件延伸通过浮动平台甲板(17)中的开口(15)，所述张紧器(11)包括：

用于联接到所述立管(13)上的张紧器环(21)；

在所述甲板(17)和所述张紧器环(21)之间延伸的多个液压-气动缸体(35)；

导引滚子组件(23)，其适于安装到所述甲板(17)上，以及沿着所述立管(13)滚动；以及

引导器套管(61)，其从平行于所述立管(13)从所述张紧器环(21)延伸，并且适于与所述导引滚子组件(23)的滚子(47)相互作用，使得当所述立管(13)相对于所述甲板(17)旋转时，所述引导器套管(61)将通过所述导引滚子组件(23)施加的反作用力来抵抗所述张紧器(11)的旋转，以及当所述张紧器(11)对所述立管(13)施加旋转时，所述引导器套管(61)将通过所述导引滚子组件(23)施加的反作用力来抵抗所述立管(13)的旋转。

11.根据权利要求10所述的张紧器(11)，其特征在于：

通过远程促动，所述多个液压-气动缸体(35)能够在至少一个平面上在传送位置和张紧位置之间运动；

所述缸体(35)适于在从所述传送位置运动到所述张紧位置之后自动联接到所述张紧器环(21)上；

多个可延伸的流体定位缸体(53)，其各自联接到所述液压-气动缸体(35)中的一个上，以在所述立管(13)安装到所述张紧位置上时，使各个液压-气动缸体(35)从所述传送位置倾斜；以及

用于限制所述缸体(35)相对于所述立管轴线(39)的枢转的多个机械止动器(31)，各个机械止动器(31)适于在对应的缸体(35)的外部联接到所述甲板(17)上，各个机械止动器(31)具有部分圆柱形的接受器(37)，以在所述液压-气动缸体(35)垂直于所述甲板(17)时，接收所述液压-气动缸体(35)中的一个。

12.根据权利要求11所述的张紧器(11)，其特征在于，所述张紧器(11)进一步包括：

安装到所述张紧器环(21)的下部部分上的多个导引接受器(22)，各个导引接受器(22)对应于相应的液压-气动缸体(35)；

所述导引接受器(22)各自限定适于接收相应的缸体(35)的上部端(33)的内部腔体；

由各个缸体(35)的上部端(33)的外表面限定的环形通道；

锁定环(36)，其安装在各个环形通道内，并且偏置到径向外部位置；

限定在各个导引接受器(22)的内径表面中的锁定通道(28)；

所述锁定环(36)和所述锁定通道(28)具有匹配的配合轮廓，所述匹配的配合轮廓适于允许相对于彼此沿轴向向上运动以及在所述锁定环(36)插入所述锁定通道(28)中时阻止相对于彼此沿轴向向下运动；

在所述锁定环(36)的轴向下方包围所述缸体(35)的所述上部端的回缩环(52)；以及

所述回缩环(52)适于沿轴向运动，以及释放所述锁定环(36)与所述锁定通道(28)的接合。

13.根据权利要求10所述的张紧器(11)，其特征在于，所述引导器套管(61)限定轴向槽口(73)，以接收所述滚子(47)，以及允许所述滚子(47)抵靠所述立管(13)的表面。

14.根据权利要求10所述的张紧器(11)，其特征在于，在所述引导器套管(61)的外径部分中形成肋(63)，所述肋(63)延伸所述引导器套管(61)的轴向长度。

15.一种用于张紧穿过平台的甲板(17)中的开口(15)的立管(13)的方法，包括：

(a)将多个液压-气动缸体(35)置于所述开口(15)的周围；

(b)将各个缸体(35)的第一端柔性地连接到所述甲板(17)上；

(c)使所述缸体(35)从垂直于所述甲板(17)的传送位置运动到与所述甲板(17)成角度的张紧位置；

(d)使各个缸体(35)的第二端自动联接到张紧器环(21)上，所述张紧器环(21)联接到所述立管(13)上；以及

(e)在所述立管(13)相对于所述平台倾斜时，允许所述缸体(35)在超过一个平面上运动。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括：

将所述缸体(35)的下部端柔性地固定到所述甲板(17)上；

使所述缸体(35)的上部端相对于所述开口(15)的轴线(39)向外倾斜；

使所述立管(13)下放通过所述开口(15)；然后

使所述缸体(35)的所述上部端向内倾斜。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使所述上部端向内倾斜包括将定位缸体(53)联接到所述液压-气动缸体(35)上，以及促动所述定位缸体(53)使所述液压-气动缸体(35)倾斜。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括：

将各个缸体(35)的上部端插入安装到所述张紧器环(21)的下部部分上的对应的导引接受器(22)中；以及

将固定到各个缸体(35)的所述上部端上的夹(36)插入各个导引接受器的对应的通道(28)中，从而将各个缸体(35)联接到所述张紧器环(21)上。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(e)包括允许所述缸体(35)中的至少一个使所述缸体(35)中的超过至少一个其它缸体(35)收缩。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(e)进一步包括阻止所述缸体(35)中的任一个相对于所述立管(13)的轴线(39)向外倾斜超过九十度。

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