CN102869567B

CN102869567B - 用于操纵传输装置的系统

Info

Publication number: CN102869567B
Application number: CN201180008000.0A
Authority: CN
Inventors: G·伊文森
Original assignee: Framo Engineering AS
Current assignee: Framo Engineering AS
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-02-02
Also published as: EP2531399B1; AU2011213355A1; AU2011213355B2; WO2011096819A3; CN102869567A; BR112012019331A2; US20130157535A1; WO2011096819A2; EP2531399A2; US8944871B2

Abstract

一种用于操纵将来自在水下或集成到采油设施(1)中的存储设施的负载传输到海面(2)上船只的传输装置(10)的系统，其包括：捡拾绳(11)，其包括连接到所述传输装置(10)的第一末端(11a)和在所述海面(2)处可用的第二末端(11b和11c)；连接装置(13)，其用于将所述传输装置(10)连接到张力浮筒(14)；回转装置(20)，其用于使所述连接装置(13)相对于所述张力浮筒(14)旋转；以及位置限制装置(21)，其固定到所述连接装置(13)，用于限制所述捡拾绳(11)相对于所述张力浮筒(14)的位置。

Description

用于操纵传输装置的系统

技术领域

本发明涉及用于操纵将来自水下张力浮筒的流体负载传输到海面上船只的传输装置的系统。

背景技术

为了将来自海床上的储罐的石油和天然气流体传输到运输油船，已知使用由通过刚性主立管锚定到海床的张力浮筒支撑的装载立管。来自装载立管末端的捡拾绳连接到漂浮在海面上的标志浮筒。张力浮筒和装载立管维持在海面下方。通常来说，只有标志浮筒在海面上明显可见。然而，在油船拖动标志浮筒以拉起装载立管时，已经遇到了刚性主立管与装载立管之间的缠结问题。

下文参考图1和图2详细描述了这种系统的一个实施例。

图1和图2中示出用于将来自储罐1(定位为水下独立单元或集成到采油平台/船只)的负载传输到海面上的油船2的现有技术系统。此处，负载是包含石油、天然气和/或来自储罐1的其它组分的烃类流体，其经由出油管线1a流到立管基座3并且进一步向上流到主立管4，穿过张力浮筒14，并且进一步穿过主动传输装置(共同由13和20表示)。

位于张力浮筒14顶部上的主动传输装置包括转体20和从装载主管10引入的鹅颈管13。装载主管10可以是柔性立管或软管，其在未使用(即，待用)时如图2中所示从张力浮筒14上的转体/鹅颈管自由地悬挂下来。在处于使用中时，装载主管10连接到油船2，并且由于风在装载期间改变方向，所以如图1中所示，转体鹅颈管13可以自由回转以便使油船2保持于张力浮筒14之下风向。

为了将装载主管10从待用模式(悬挂下来)转换到装载模式(在将其连接到油船2时)，需要捡拾系统。捡拾系统能够以多种方式来实施，但与本发明相关联的捡拾系统可以包括以下已知的元件：捡拾绳11从装载主管10的自由端(尾阀)延伸到邻近张力浮筒14水位的弹簧浮筒15。中间捡拾绳11a延伸到海面5以下15米某处的主连杆16。上部捡拾绳11b从主连杆16延伸到海面处的标志浮筒17。本发明也可以与其它配置的捡拾系统一起运作。因此，捡拾系统并不是本发明的部分。

在连接期间，油船移动靠近标志浮筒17，捡拾标志浮筒17并且将其连接到油船拉绳18，从而连接到主连杆16。油船拉绳18连接到为油船张力浮筒19的一部分的绞车。绞车被起动，并且将拉绳18和捡拾绳11a朝向张力浮筒19拉动。装载主管10尾阀追随所述捡拾绳，并且在捡拾绳被拉到其末端时与张力浮筒19啮合。现在可以开始烃的传输。

在将负载传输到油船之后，需要将装载主管10与捡拾系统11断开。油船拉绳18直到主连杆16出现在油船张力浮筒19上的连接装置中才松开。这时，装载主管10再次处于垂直位置。然后将上部捡拾绳11b和标志浮筒17连接到主连杆16，并且断开拉绳18。上部捡拾绳11b和标志浮筒17再次与捡拾系统11成为一体。然后，所述上部捡拾绳11b和所述标志浮筒17被扔出船外，同时油船离开作业现场。系统现在再次处于待用模式。

上文所描述的系统是非常简单的捡拾系统。所述系统在装载操作和断开操作期间表现良好，但其在待用模式操作期间冒着转体20/鹅颈管13的细物变得缠结和所述转体/鹅颈管环绕刚性立管4卷绕的重大风险。如果出现这种情况，那么捡拾过程在远程控制车辆未帮助解开系统的情况下不可能进行。这就是这一行业在过去采用更为精密和更为昂贵的捡拾系统的原因，在这种情况下，这种特定风险才可被消除。从深水操作的角度来说，这些系统变得极其昂贵和不便，并且这些系统在某一深度处最终不再是可行的替代方案。

本发明的目标在于防止捡拾绳变得缠结，同时防止捡拾绳环绕刚性立管卷绕。本发明允许使用诸如上文所描述的简单的捡拾系统。因此，对于与上文所描述的装载系统相似的装载系统(或类似的系统)来说，水深不再是重要参数。

发明内容

本发明的机构是位置限制装置21，例如，位于转体/鹅颈管主动传输装置上方的圆轮(直径显著大于张力浮筒的直径)形式的装置。圆轮中心处于垂直回转运动的中心线上，并且所述圆轮中心与转体一起旋转。

圆轮圆周配备有在接触捡拾绳时“捕获”所述捡拾绳的装置。因此，位置限制装置21也可以表示为“捕获圆轮(catching wheel)”或“捕获圆轮(catchwheel)”。

本发明提供一种用于操纵将来自水下张力浮筒的流体负载传输到海面上船只的传输装置的系统，其包括：

-连接装置，其用于将传输装置连接到张力浮筒，其中所述传输装置在未传输流体负载时从所述连接装置悬挂下来；

-捡拾绳，其包括连接到传输装置的第一末端和在海面处可用的第二末端；

-回转装置，其连接于连接装置与张力浮筒之间，以使连接装置相对于张力浮筒旋转；

-位置限制装置，其固定在所述连接装置上方，用于限制捡拾绳相对于张力浮筒的位置；其中所述捡拾绳提供为处于张力状态且至少上升到所述位置限制装置的水位。

在一方面，回转装置被提供来用于使连接装置根据来自大海的影响而大体在水平面上进行自由旋转。

在一方面，位置限制装置包括用于捕获和固持捡拾绳的捕获装置。

在一方面，捕获装置包括用于将捡拾绳从所述捕获装置释放的释放机构。

在一方面，释放装置被提供来用于在捡拾绳中的牵引力达到预定限制时释放所述捡拾绳。

在一方面，捕获装置包括大体平行于位置限制装置且在位置限制装置周边外部提供的一对捕获臂，其中开口提供在所述一对捕获臂之间，用于将捡拾绳捕获于捕获臂与位置限制装置周边之间。

在一方面，所述一对捕获臂之间的开口具备用于防止捡拾绳通过开口从所述捕获装置离开的锁定装置。

在一方面，捕获臂以可枢转的方式紧固到位置限制装置的周边部件。

在一方面，捕获臂通过弹簧装置来预加张力。

在一方面，捕获装置包括从位置限制装置突出的大体呈T形的捕获元件。

在一方面，位置限制装置大体呈圆形。

附图说明

现将参考附图通过举例方式来详细描述本发明(和典型现有技术)的具体实施方案，在附图中：

图1示出用于将来自水下存储装置的负载传输到海面的现有技术系统的侧视图，

图2示出所述现有技术系统的侧视图，

图3、图3a和图3b示出根据本发明的一个实施方案的处于适当位置的系统的侧视图，

图4a示出图1的现有技术系统的捡拾绳区。

图4b示出图3的系统的捡拾绳区。

图5示出图3中实施方案的细节。

图6示出图5的位置限制装置的透视图。

图7示出图6中示出的位置限制装置的捕获装置的实施方案。

图8示出捕获装置的替代实施方案，以及

图9a至图9d示出捕获装置的组件的变体。

具体实施方式

如上文参考图1所述，包括鹅颈管13和装载主管10的主动传输装置提供在张力浮筒14的顶部。传输装置的元件可以是柔性软管/立管10，其在未使用时从张力浮筒14自由地悬挂下来。由于张力浮筒14和装载主管10都被浸没在大海中，所以海面5上的船只或恶劣的天气条件都不会对所述张力浮筒14和所述装载主管10造成损害。

如图2中所示，在将负载从张力浮筒14传输到海面5上的船只2时，捡拾绳11、11a、11b用于捡拾来自大海的装载主管10。捡拾绳11在其远离张力浮筒14的末端处连接到装载主管10。所述捡拾绳11通向弹簧浮筒15。弹簧浮筒15连接到中间捡拾绳11a、主连杆16和在海面处可用的标志浮筒17处终止的上部捡拾绳11b。一个或若干标志浮筒17可以提供在上部捡拾绳11b的第二末端，以便于从船只接近。

所述系统包括用于将装载主管10连接到张力浮筒14的转体装置20。转体装置20确保能够与张力浮筒14进行流体连通，以便于油船2可以相对于张力浮筒14具有不同的位置。本领域的技术人员熟悉转体装置20。图5中示出了转体装置的更多细节。

或者，垂直回转装置20可以位于张力浮筒14下方。因此，张力浮筒14也可以根据天气条件与装载主管10和捡拾绳11一起进行定向。

上文提及的最后的替代方案提及极深水域。此处，垂直回转功能有时可以由刚性立管的弹性旋转来替代。因此，不再需要垂直转体。

对于所有的替代方案来说，“捕获圆轮”适于进行同等良好的运作。

所述系统进一步包括用于使装载主管10和捡拾绳11相对于张力浮筒14旋转的水平回转装置。然后装载主管10和捡拾绳11将根据诸如大海中的波浪/海流的天气条件的影响而对其自身进行定向。

根据本发明，所述系统进一步包括固定到转体20的位置限制装置21，用于限制捡拾绳11相对于张力浮筒14的位置。位置限制装置21可以位于鹅颈管连接装置13上方。参考图4a和4b对所述位置限制装置进行更为详细的说明。

在图4a(现有技术)中，区域A示出从与垂直转体一起旋转的协调系统的上方看到的捡拾绳11相对于张力浮筒14可能具有的不同位置。边界是以转体开始回转以用于产生也足够强大来将捡拾绳拉动到区域A边缘上方的海流的方式来推算。边界曲线称为捡拾绳包络。

在可设想的最恶劣的海流情境中，捡拾绳将转移到区域A的边缘。如果海流量级和海流方向的组合现进一步加强，那么捡拾绳将在固定的协调系统内移动，但转体和鹅颈管也会在所述协调系统内移动。净效应是所述捡拾绳总是停留在捡拾绳包络之内。

因此，区域A随着回转装置环绕其旋转轴一起旋转(即，在图4a和图4b中，海流的主要方向如箭头I所示是自左向右)。以数学方式计算图4a中的区域A，并且所述区域A取决于诸如旋转摩擦、弹簧浮筒15的尺寸/浮力和鹅颈管连接装置13的几何形状的因素。海流剖面也输入等式，并且所使用的海流剖面是水柱的量级和方向的可设想的最坏组合。

水柱的量级和方向的可设想的最坏组合是数学结构，其不可能被水柱的海流速度和海流方向的任何物理组合超越。因此，海流强度和海流方向的组合独立于世界各处的当地的海流模式。

在图4b中示出的本发明中，位置限制装置21与区域A的周边相交，并且将所述区域分成三部分。显而易见的是，捡拾绳可以不再在位置限制装置21内转移，由区域C表示。但鉴于上文描述的原因，也将阻止捡拾绳环绕限制装置进行转移。因此，假如油船沿区域A的方向扔下捡拾绳(始终如此，如前所述)，那么区域B也是禁止入内的。

因此，位置限制装置21限制捡拾绳11的可能位置。所以，既然区域C被排除在外，那么捡拾绳就不会被转体13或张力浮筒14上的任何细物缠结。由于区域B也被排除在外，所以捡拾绳就不会环绕张力浮筒14或刚性立管4变得卷绕。这正是本发明旨在实现的。

图5中更详细示出了位置限制装置21。位置限制装置21可能大体呈圆形，如图9a中所表示，例如，提供为具有辐条的圆轮或替代地提供为大体呈圆形的板装置。然而，所述位置限制装置21也可以具有其它形状，诸如图9b和图9c中示出的大体呈半圆形的形状或如图5所示弯曲面的外周边朝向区域A的大体呈弯曲的形式。

在图6示出的实施方案中，位置限制装置21是装配式圆轮结构，其包括处于旋转中心中的轮轴22和从轮轴22径向延伸到周边部件24的辐条23，在本实施方案中，所述位置限制装置21是圆轮。轮轴22固定到连接装置13，即，周边部件24的旋转通过位置限制装置21来执行。位置限制装置21也可以包括浮力元件。这些浮力元件对本发明来说是次要的，但在一些情况下可以是优选的。

对于这种配置，两种基本替代方案是可能的。

A．用于转体和位置限制装置的可能维护的安装运行工具的一体化。替代方案A是针对世界上传统转体替换所必须的大型且昂贵的船只的可用性受到限制的那些地方。

B．对主动传输装置13和10的偏心的浮力中心的调整。替代方案B是针对具有相对较高的海面海流的水域。

参考图7，位置限制装置21可以包括用于捕获和固持捡拾绳11的捕获装置30。所述捕获装置30可以提供在圆轮24的周边上。

在图7示出的实施方案中，捕获装置30包括大体平行于位置限制装置21且在位置限制装置21的周边的外部提供的一对捕获臂31a、31b。在这种设置中，位置限制装置21的周边与圆轮24的周边类似。开口32提供在所述一对捕获臂31a、31b之间，用于将捡拾绳捕获在捕获臂31a、31b与位置限制装置21的周边之间。

因此，在捡拾绳11移动到邻近于位置限制装置21的周边的位置时，所述捡拾绳11将沿其滑动，并且将会进入开口32。在这种情境下，捡拾绳11将被捕获在捕获臂31a、31b中的一个捕获臂与位置限制装置21或圆轮24的周边之间。

所述一对捕获臂31a、31b之间的开口32可以具备用于防止捡拾绳通过开口32从所述捕获装置30离开的锁定装置33。锁定装置33可以包括固定到邻近于开口32的捕获臂各端的曲面板，其中每块曲面板都突出到圆轮24的周边与捕获臂之间的区域中。这样一来，曲面板可以引导捡拾绳穿过开口32，同时所述板防止捡拾绳11通过开口32而离开。

沿位置限制装置21的周边/圆轮24的周边提供了若干对这种捕获臂。此外，每对捕获臂之间的空间34可以具有遮板(未示出)以引导捡拾绳11进一步来到最近的开口32。

每个捕获臂31a、31b能够以可枢转的方式(例如，通过枢轴或紧固销35)紧固到位置限制装置21的圆轮24的周边部件。对每个捕获臂预加张力，并且如图7中所示将所述捕获臂固持在其初始位置。举例来说，所述捕获臂可以通过弹簧装置(未示出)来预加张力。

因此，捕获装置30包括用于将捡拾绳11从所述捕获装置释放的释放机构。释放机构被提供来用于在捡拾绳11中的牵引力达到预定限制时释放所述捡拾绳11。设置预定限制以使得释放机构不因海流等而激活，而只在油船开始拉动捡拾绳时进行激活。应注意，在通常情况下，船只并不位于张力浮筒上方，而位于(例如)距离张力浮筒1420至60米处——参见图3c。因此，来自船只的牵引力具有相当大的水平分量。

图8中示出了捕获装置30的替代实施方案。此处，捕获装置30包括从位置限制装置21的周边径向突出的大体呈T形的捕获元件39。

在这个实施方案中，在捡拾绳11移动到邻近于位置限制装置21的周边的位置时，所述捡拾绳11将沿其滑动，并且将由T形捕获元件39捕获。此将会防止捡拾绳沿着圆轮圆周进一步滑动。但每当海流改变方向时，捡拾绳都可能滑出T形捕获件，并且将再次进入如图4b中所示的捡拾绳保留的区域A。如我们早先所见，所述捡拾绳可以在不造成任何问题的情况下无限制地停留在这一区域，但所述捡拾绳当然也会定期再次进入T形捕获件39。

现在，如果油船2在捡拾绳处于图4b上的区域A时靠近，那么在没有任何限制的情况下就可以出现捡拾。如果所述捡拾绳在捡拾时处于T形捕获元件39的内部，那么将发生以下情况：

一旦捡拾绳中的牵引力增大，位置限制装置21和鹅颈管连接装置13就会一起环绕回转装置的旋转轴旋转，直到T形捕获元件39处于沿T形下方的斜面再次释放捡拾绳的状态。

发明优点

位置限制装置使得捡拾绳远离张力浮筒顶部上的复杂细物。因此消除了缠结。

位置限制装置的重要参数或圆周尺寸足够大以防止海流使得捡拾系统环绕位置限制装置。选中的参数大于这个值。因此，消除了刚性立管的卷绕。

本发明在待用周期期间主要处于主动状态。图3a示出具有在待用状态安装的位置限制装置21的装载系统。图3b示出装载期间的情境。如图可见，位置限制装置21并不会影响装载操作，并且在捡拾操作期间对操作起到了重大的作用。

Claims

1.一种用于操纵将来自水下张力浮筒(14)的流体负载传输到海面(2)上船只的传输装置(10)的系统，其包括：

连接装置(13)，其用于将所述传输装置(10)连接到所述张力浮筒(14)，其中所述传输装置(10)在未传输流体负载时从所述连接装置(13)悬挂下来；

捡拾绳(11)，其包括连接到所述传输装置(10)的第一末端(11a)和在所述海面(2)处可用的第二末端(11b、11c)；

回转装置(20)，其连接于所述连接装置(13)与所述张力浮筒(14)之间，以使所述连接装置(13)相对于所述张力浮筒(14)旋转；

位置限制装置(21)，其固定在所述连接装置(13)上方，用于限制所述捡拾绳(11)相对于所述张力浮筒(14)的位置；其中所述捡拾绳(11)提供为处于张力状态且至少上升到所述位置限制装置(21)的水位。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述回转装置(20)被提供来用于使所述连接装置(13)根据来自大海的影响而大体在水平面上进行自由旋转。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述位置限制装置(21)包括用于捕获和固持所述捡拾绳(11)的捕获装置(30)。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述捕获装置(30)包括用于将所述捡拾绳(11)从所述捕获装置释放的释放机构。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述释放机构被提供来用于在所述捡拾绳(11)中的牵引力达到预定限制时释放所述捡拾绳(11)。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述捕获装置(30)包括大体平行于所述位置限制装置(21)且在所述位置限制装置(21)的周边的外部提供的一对捕获臂(31a、31b)，其中开口(32)提供在所述一对捕获臂(31a、31b)之间，用于将所述捡拾绳捕获在所述捕获臂(31a、31b)与所述位置限制装置(21)的所述周边之间。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述一对捕获臂(31a、31b)之间的所述开口(32)具备用于防止所述捡拾绳通过所述开口(32)从所述捕获装置离开的锁定装置(33)。

8.根据权利要求6-7中任一项所述的系统，其中所述捕获臂(31a、31b)以可枢转的方式紧固到所述位置限制装置(21)的周边部件(24)。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述捕获臂(31a、31b)通过弹簧装置来预加张力。

10.根据权利要求3所述的系统，其中所述捕获装置包括从所述位置限制装置(21)突出的大体呈T形的捕获元件。

11.根据权利要求1-7、9-10中任一项所述的系统，其中所述位置限制装置(21)大体呈圆形。