CN102741496B - 用于柔性管路与水下设施的连接组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一个用于将柔性管（20）连接到水下设施（18）的连接组件。该管应当认为水下设施（18）和水面设施（16）之间延伸。柔性管（20）包括：（i）水面端（22）和水底端（28）；以及（ii）接触部分（26）和在接触部分（26）和水面端（22）之间延伸的漂浮部分（24）。接触部分（26）包括角形部件（40），该角形部件（40）将接触部分（26）分为第一部分（36）和第二部分。角形部件（40）在锚固点（42）处被锚系到水底（10），该锚固点（42）位于与水底端（28）和漂浮部分（24）两者相对的方向上。
Description
技术领域
本发明涉及用于将柔性管路连接到水下设施以输送液体和/或气态碳氢化合物的连接组件，所述液体和/或气态碳氢化合物例如是液化天然气或水。
背景技术
这些流体在海洋环境中的抽出和输送要求位于海底处的水下设施和浮起的水面设施，以能够通过在水下设施和水面设施之间延伸的柔性管路回收碳氢化合物。
柔性管有利地具有无束缚类型，并且在美国石油学会API 17J和API RP17B出版的标准文献中有描述。在不偏离本发明的范围的情况下，柔性管可以是受约束类型的柔性管，或者例如是电力或控制捆扎单元。另外，本发明不局限于一个柔性管，而可以扩展到软管束。水下设施例如能够是井口或者FLET或PLET类型的连接。
水面设施受到巨浪运动、水流运动和风的运动的影响，由此涉及水面设施在水平方向和竖直方向两者上的移位。被添加到水流的水面设施的这些运动被传输到柔性管路并且沿着该管传播，结果生成柔性管路的运动和变形。该管包括在水面和水底之间的漂浮部分以及接触部分，后者包括柔性管路与海底（着陆区或其简称TDZ）的接触区，其中接触区TDZ依据这些运动并且具体地依据那些水面设施的运动而被移位。在接触区的水平处，接触部分具有弯曲部分，然后沿着海底朝水下设施继续其行程。被传输到柔性管路的运动能够被传播直到接触区或TDZ并且产生柔性管的显著变形，从而该管的扭转或弯曲能够导致柔性管在水底处的压缩，或者甚至使管压碎。此外，管的这些运动以及变形对于与海底接触具体在接触区（TDZ）的水平处接触的管施加明显的力，这能够导致柔性管的完整性的损耗。
为限制在接触区的水平处施加在所述管上的力，存在有不同的柔性管构造，以将水面设施的运动与TDZ水平处的管分离开。
在浅海的情况中，或者在沙洲情况中，典型地处于水平面相对于海底小于100米的情况中，柔性管路构造一般具有超长的长度以容纳被传输到柔性管的运动。根据水面设施的和水流的运动，柔性管变形并且移位以吸收这些力。
在针对浅海的通常构造中，具有两个相反端的柔性管路在两个相反端之间被装配有水下浮筒和形成压载重物的加重模块，其中一端连接到水下设施并且另一端连接到水面设施。水下浮筒使得可以形成柔性管路的漂浮部分，该漂浮部分由此维持在海底和水面之间，并且形成面向水底的两个具有凹度的弯曲，而具体地在水下设施附近，加重模块使得可以保持管路的接触部分与海底接触。该构造通常称为双波构造。
具体地可参考文献US 2006/0159521，该文献示出了柔性管路在与海底接触的地带的水平处被装配有水下保护装置。
由此，在水面设施的运动和水流的运动的影响下，通过与水面设施相连的水面端被保持的柔性管路的漂浮部分移动并变形，从而接纳这些运动并且至少部分地分散被传递到接触区的水平处的力。当气象条件恶化以及水面设施相对于水下设施通常以例如约波浪高度的高幅度并以高频率移动时，柔性管的所谓双波构造不再足以避免与海底接触的地带的水平处作用在管上的强应力。
发明内容
由此，形成本发明打算解决的问题，包括：提供用于将柔性管连接浅海中的水下设施的连接组件，使得可以在气象条件恶化以及海况恶劣时保护水下设施。
本发明着力解决的另一问题在于：提供用于将柔性管连接到水下设施的连接组件，使得可以通过分散传递到接触区（TDZ）水平处的力而保护位于接触区水平处的柔性管路。
本发明的又一个任务在于当海况恶劣时控制管的过大位移。
为了解决该问题，本发明提议了一种用于将至少一个柔性管连接到置于海洋环境的水底上的水下设施的连接组件，所述柔性管设计成在所述水下设施和浮在所述海洋环境的水面上的水面设施之间延伸，所述柔性管首先具有与水底端相反的水面端，其次具有设置成接近所述水底端的接触部分，和在所述接触部分和所述水面端之间延伸的漂浮部分，所述水面端和所述水底端被设计成分别连接到所述水面设施和所述水下设施，而所述接触部分在所述水下设施附近与所述水底接触，并且所述漂浮部分在所述水底和所述水面之间延伸，所述漂浮部分能够对所述接触部分施加牵引力；根据本发明，所述接触部分包括弯曲部件，所述弯曲部件将所述接触部分分成面向所述水底设施的第一部分和与所述漂浮部分相连的第二部分；并且所述弯曲部件在与所述水底端和所述漂浮部分两者相对的锚固点处被锚固到所述水底，从而保持所述第一和第二部分大致与所述基部平行，并且使得吸收由所述漂浮部分施加在所述接触部分上的所述牵引力。
由此，本发明的特征在于：通过形成弯曲部件实现接触部分；以及在管的漂浮部分大致相对的方向上锚固该弯曲部件，由此吸收由该漂浮部分施加的牵引力。用这种方法，水下设施受到小得多的应力，因为接触部分的与水下设施相连的第一部分通过水底端连接到水下设施，且该第一部分本身被保护抵抗管的漂浮部分施加的牵引力。
另外，当漂浮部分传递的力在接触部分中朝着接触区（TDZ）传播时，衰减了所述接触区的运动的幅度，因为锚具吸收了该力。锚具有利地由柔性系泊设备组成，例如是锚具管线，其第一端被连接到弯曲部件，其第二端被锚固到海底且与弯曲部件相距某一距离。系泊设备由此在大致平行于海底的面上延伸。用这种方法，漂浮部分的力通过接触部分的第二部分以及通过弯曲部件被传输到系泊设备。将竖直运动传给接触部分的第二部分的力由此经由系泊设备消散，系泊设备本身竖直移动，但绕其锚固点枢转。这因此阻止了管在接触区（TDZ）中的任何变形现像，诸如压缩、压碎、扭转或弯曲。
所述弯曲部件具有与上表面相对的下表面，并且有利地，所述弯曲部件被锚系在所述上表面侧上，而接触部分的第一和第二部分在相反方向上定向。另外，所述弯曲部件有利地是刚性的，从而在弯曲部件的水平处获得恒定曲率。此外，如果弯曲部件是刚性的，则更易于将弯曲部件锚系到海底上的锚固点。
所述弯曲部件具有两个彼此相对的连接端，所述两个连接端被分别连接到所述接触部分的所述第一和第二部分，并且有利地，每个连接端装配有加强护套。后者使得可以限定接触部分的第一和第二部分在弯曲部件附近的运动，并且从而限制它们的曲率半径，并且由此保护它们。
另外，根据有利特征，所述接触部分装配有加重模块，以将所述接触部分保持在所述水底上。海底的特性可从一个环境到另一个环境而发生变化：其有时覆盖有淤泥，并且因此加重模块使得可以将接触部分保持成与海底限定的中间平面大致平行。
根据本发明的具体的有利实施方式，所述弯曲部件通过系泊设备被锚系到所述锚固点，所述系泊设备相对于接触部分的所述第二部分并且相对于接触部分的所述第一部分根据在90°和180°之间的角度定向。优选地，由系泊设备和接触部分的被管的漂浮部分延伸的第二部分形成的角度在120°和150°之间，而由系泊设备和接触部分的第一部分形成的角度在150°和120°之间。由此，系泊设备吸收通过接触部分传递的力的一部分。此外，该构造使得可以根据接触部分的柔性的该第一部分的纵向方向保持张力，并且参与控制管相对于其标称位置的过大位移。
根据具体的有利特征，所述弯曲部件通过可伸长的系泊设备被锚系到所述锚固点。由此，系泊设备使得可以阻尼和分散柔性管的漂浮部分施加在接触部分上的牵引力，尤其当漂浮部分将强加速度传到接触部分的时候。优选地，所述系泊设备由包括聚合物纤维的材料制成。由此，该系泊设备以比较有利的成本被生产出。另外，聚合物纤维比较耐受海洋环境，并且存在具有宽的延伸率范围的许多材料。
根据本发明的具体有利变型例，所述系泊设备在所述一个弯曲部件和所述锚固点之间被连接到另一个柔性管的另一个接触部分的另一个弯曲部件。随后，通过实现单个系泊设备，可以保持多个弯曲部件，从而将多个柔性管连接到水下设施。有利地，所述其它接触部分具有分别与所述第一和第二部分大致平行的另一个第一部分和另一个第二部分。由此，接触部分能够容易保持彼此平行，而没有在海底的水平处混杂的危险。
附图说明
通过阅读以下对于被提供为非限定性示例的本发明具体实施方式的描述，并参考附图，本发明的其它具体特征和优点将变得清楚，在图中：
图1是根据本发明的连接组件的示意性垂直横截面图；
图2是根据实现的第一变型例的图1中图示的连接组件的从上方看的详细示意图；
图3是根据实现的第二变型例的图1中图示的连接组件的从上方看的详细示意图；和
图4是根据另一实施例的连接组件的从上方看的详细示意图。
具体实施方式
图1示出了海洋环境，海洋环境具有：海底10、水深12和海面14。所述水深是浅的，即小于100米，例如小于50米，并且优选地在30米和45米之间。另外，水面设施16漂浮在海面14上，而以虚线表示的水下设施18安置在海底10上。柔性管路20在海面和海底之间延伸。后者从水面设施16通向水下设施18具有：水面端22，被连接到水面设施16；漂浮部分24，在海底10和海面14之间延伸且大致平行于海底；和接触部分26，接触部分26以水底端28结束，这将在下文中参考图2描述。接触部分26具有与海底10的接触区25或者接触点。漂浮部分24设有一系列的水下浮筒30，水下浮筒30与加重模块32相间并且使得漂浮部分24波动。
至少一个系列的浮筒是必要的，以便将波动施加到漂浮部分上并且对其设有超长长度。然而，浮筒组件的凹度数、它们的定向和布置以及它们的自重能够变化，并且能够由本领域技术人员依据不同参数容易地确定，诸如巨浪状态或者油气田构造。
另外，位于接触部分26中的加重模块32允许管与海底10接触，大致与海底10平行。例如，对于43米和45米之间的水深情况下具有假设为10米和15米之间（10-11s的规律性）的有效高度的百年的（centenary）巨浪，又称百年一遇的（centennial），漂浮部分24的长度能够在100米和170米之间，并且接触部分26的长度能够在50米和100米之间。
因此能够理解，水面设施16的运动和海流的运动不仅有在竖直方向上由巨浪引起的运动而且有在水平方向上的运动，所述运动被传输到漂浮部分并且沿着整个柔性管20传播，而这些力在接触部分26中被消散。
参考图2以便更为详细地描述作为本发明的主题的连接组件，并且使得可以具体地吸收这些牵引力使得它们通过组件的压缩、压碎、扭转或者弯曲不产生接触区25的任何不可逆变形。图2示出了从上方看的柔性管路20的以其水底端28终止的接触部分26，和柔性管路20所连接到的水下设施18。例如，接触部分测量为在50米和100米之间。在这种情况下，水下设施18表示用于用于接收从石油源引出的刚性管34的设施。
接触部分26是柔性管路20的延伸，并且因此具有如管一样的特性，接触部分26具有通过弯曲部件40分离的两个部分36、38。该弯曲部件40具有上部表面41，并且通过其上表面侧41上的系泊设备44被连接到位于某个距离处的锚固点42。系泊设备由此大致在平行于海底的平面上延伸。根据第一实施方式，接触部分26的弯曲部件40由铰接的椎形套管形成，这使得可以将穿过弯曲部件40的接触部分26的曲率限制为具有最小的曲率半径。然而，可构思提供由弯曲的钢管形成的刚性套筒，该钢管将具有与柔性管20的外径大致相同的内径。
根据另一优选实施方式，弯曲部件40通过刚性钢制的弯段40组成，而接触部分26被分成两个半体部分，该两个半体部分被分别连接到刚性弯段的两个的相反端。依据该其它实施例，刚性弯段的两个相反端分别装配有加强护套46或者弯折加强件，这确保了在刚性的钢制弯段40和柔性接触管的部分之间的刚性过渡。还能够构思通过喇叭口型的管替换加强护套。
在由接触部分26的通过弯曲部件40相连的两个部分36、38组成的中间平面上，该两个部分36、38被隔开小于180°（并且如果弯曲部件由无束缚型的柔性管组成，则大于柔性管的最小曲率半径）的角度θ。优选地，角度θ在90°和120°之间。
锚固点42在与柔性管20的漂浮部分24相反的方向上并且还在与水底端28相反的方向上位于与弯曲部件40相距某一距离的位置处。系泊设备44由此从弯曲部件延伸隔开，同时与接触部分26的第二部分38一起限定张开角α，该张开角α例如在90°和170°之间。
在图2中，弯曲部件具有90°的角度θ，并且系泊设备大致根据与接触部分26的两个部分36、38形成的等分线B结合的方向延伸，即通过形成135°的角度α延伸。图4图示了本发明的另一实施方式，其中与图2中所示元件等同部分具有相同的标记，该标记设置有上标符号“＇”。由此，在这种情况下，弯曲部件40＇形成大于90°即形成120°的角度，并且系泊设备44＇不与等分线结合，而是形成100°的角度α。
然而，建议系泊设备44＇在与由接触部分的两个部分36＇和38＇形成的等分线结合的方向上延伸。这使得可以稳定弯曲部件40在柔性管20的动态运动期间的侧向位移。
图2示出了一具体实施方式，其中接触部分26具有两个部分38、36，使得浮动管道24与海底10的接触区25（TDZ）和弯曲部件40被隔开，并且通过接触部分26的部分38相连。后者因此是几十米长。该实施方式是特别有利的，因为接触部分26的部分38有助于容纳管由于直立产生的变形，该变形趋于使得接触区25移位。然而，并不排除提供非常短的长度的部分38的可能性，例如约一米的长度，使得弯曲部件大致与接触区（TDZ）结合。
接触部分26的该两个部分36、38具有面向水底设施18的第一部分36和面向漂浮部分24的在漂浮部分24上延伸的第二部分38。在海况恶劣时，被加到水流的水面设施的运动引起漂浮柔性管20的移位和变形，该移位和变形沿着接触部分26传输并且大致消散在系泊设备44和弯曲部件40组成的组件中。
系泊设备44吸收这些力中的通过弯曲部件40被传输到管的显著部分R，这些牵引力的显著部分R。
在这种情况下，系泊设备44被支撑在张紧位置中，以便拉长柔性管路20的形成波动的漂浮部分24，并且还使得接触部分26的第一部分36承受张紧以给予其纵向形式。由系泊设备44和弯曲部件40组成的这种可变形且柔性的布置使得可分散在柔性管中传输的力，并且保持接触区25（TDZ）。具体地，避免了管在其底部处的压缩的风险。
另外，系泊设备44用编织聚合物纤维类型的可伸展材料制成，例如聚酯。由此，系泊设备44此外是弹性可变形的。从而，当通过漂浮部分24被施加在第二部分38上的牵引力的强度改变时，系泊设备44相应地变形，并且大致阻尼这些牵引力。
现在参考图3，图3图示了本发明的另一变形实施方式，其中连接组件使得可以连接三个柔性管。该三个相同的元件将具有相同的标记，并分别在标号上赋予上标符号“＇”和双上标符号“″”。由此，图3示出了系泊设备44，其中系泊设备44被连接到其锚固点42且被连接到柔性管20。接触部分26此外示出为具有彼此垂直定向的两个部分36、38，以及被连接到系泊设备44的弯曲部件40。另外，系泊设备44被连接到两个新的柔性管，即第二柔性管20＇和第三柔性管20″。该两个新的柔性管20＇、20″分别具有第二漂浮部分24＇和第三漂浮部分24″，所述漂浮部分大致彼此平行，并且还平行于管20的漂浮部分24。它们相应地通过第二接触部分26＇和第三接触部分26″延伸，所述第二接触部分26＇和第三接触部分26″被各自分隔为第二第一部分36＇和第二第二部分38＇，以及第三第一部分36″和第三第二部分38″。第二和第三第一部分36＇、36″以及第二和第三第二部分38＇、38″分别大致彼此平行。另外，一方面第二第一部分36＇和第二第二部分38＇以及另一方面第三第一部分36″和第三第二部分38″分别通过第二弯曲部件40＇和第三弯曲部件40″分离。另外，第二弯曲部件40＇和第三弯曲部件40″分别连接到系泊设备44，并且被分开与弯曲部件40从第二弯曲部件40＇分开的距离相等的距离。
大致彼此平行的三个第一部分36、36＇和36″能够连接到接收设施（未示出）。由此系泊设备44被设计成吸收由三个漂浮部分24、24＇、24″施加的全部张力。
Claims (10)
1.一种连接组件，用于将至少一个柔性管(20)连接到置于海洋环境的水底(10)上的水下设施(18)，所述柔性管被设计为在所述水下设施(18)和浮在所述海洋环境的水面上的水面设施(16)之间延伸，所述柔性管(20)首先具有与水底端(28)相反的水面端(22)，其次具有设置成接近所述水底端的接触部分(26)，和在所述接触部分(26)和所述水面端(22)之间延伸的漂浮部分(24)，所述水面端和所述水底端(28)被设计为分别连接到所述水面设施(16)和所述水下设施(18)，而所述接触部分(26)在所述水下设施(18)附近与所述水底(10)接触，并且所述漂浮部分(24)在所述水底和所述水面之间延伸，所述漂浮部分(24)能够对所述接触部分(26)施加牵引力；
其特征在于，所述接触部分(26)包括弯曲部件(40)，所述弯曲部件将所述接触部分(26)分成面向所述水下设施(18)的第一部分(36)和与所述漂浮部分(24)相连的第二部分(38)；以及
所述弯曲部件(40)在锚固点(42)处被锚固到所述水底(10)，所述锚固点(42)与所述水底端(28)和所述漂浮部分(24)两者均相对，由此将所述第一和第二部分(36、38)保持为大致平行于所述水底，从而吸收由所述漂浮部分(24)施加在所述接触部分(26)上的所述牵引力。
2.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述弯曲部件(40)具有与上表面(41)相对的下表面，并且所述弯曲部件在所述上表面(41)上被锚系。
3.根据权利要求1或2所述的连接组件，其特征在于，所述弯曲部件(40)是刚性的。
4.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述弯曲部件(40)具有彼此相对的两个连接端，所述两个连接端分别连接到所述接触部分(26)的所述第一和第二部分(36、38)，并且每个连接端配置有加强护套(46)。
5.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述接触部分(26)配置有加重模块(32)，以将所述接触部分(26)保持在所述水底(10)上。
6.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述弯曲部件(40)通过系泊设备(44)被锚系到所述锚固点(42)，所述系泊设备被定向为相对于所述接触部分(26)的所述第二部分(38)并且相对于所述接触部分的所述第一部分(36)在90°和180°之间的角度变动。
7.根据权利要求6所述的连接组件，其特征在于，所述弯曲部件(40)通过可延伸的系泊设备(44)被锚系到所述锚固点(42)。
8.根据权利要求6或7所述的连接组件，其特征在于，所述系泊设备(44)由包括聚合物纤维的材料构成。
9.根据权利要求6或7中任一项所述的连接组件，其特征在于，所述系泊设备(44)在所述一个弯曲部件(40)和所述锚固点(42)之间被连接到另外的柔性管(20＇；20＇＇)的另外的接触部分(26＇；26＇＇)的另外的弯曲部件(40＇；40＇＇)。
10.根据权利要求9所述的连接组件，其特征在于，所述另外的接触部分(26＇；26＇＇)具有分别大致平行于所述第一和第二部分(36、38)的另外的第一部分(36＇；36＇＇)和另外的第二部分(38＇；38＇＇)。
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