CN103052562B - 软管系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在海底设施(7)和海面设施(6)之间传送流体的软管系统。该软管系统包括具有支承部段(3)的固定海底结构(2)和具有沿其长度的轴线的以水平距离和竖直距离来布置的海面端(4)和海底端(5)的柔性输送单元(1)。海面端(4)被连接到海面设施(6)，并且海底端(5)是柔性输送单元(1)的触地点或是沿着柔性输送单元(1)的连接到始终距离海面端(4)的水平距离较短的海底设施(7)的点。柔性输送单元在由限定柔性输送单元海面长度(1b)的软管支承区域(1a)处由固定海底结构的支承部段(3)支承，柔性输送单元海面长度是柔性输送单元从其海面端延伸到软管支承区域的长度。柔性输送单元(1)的至少一部分可沿其轴线相对于固定海底结构(2)的支承部段(3)移动，从而使柔性输送单元海面长度(1b)能在最小柔性输送单元海面长度和最大柔性输送单元海面长度之间变化。

Description

软管系统

技术领域

本发明涉及用于在海底设施和海面设施之间输送流体的软管系统。本发明的软管系统例如用于将含烃流体从海底设施如油井输送到海面设施如浮式平台或船舶。

背景技术

上述类型的软管系统在本领域是公知的，并且通常用于输送转移到海面设施，尤其是浮式海面设施，比如浮动平台和船舶或从其转移出的流体、电力、电磁波和其它介质。

从海面设施悬垂至海底设施的软管由于气象条件如风、水流和海浪的干扰，会受到很多外力和运动的影响。在海面设施是浮式设施的情况下，软管受到的外力和运动的影响甚至会更大。为避免在海面设施延和海底设施之间延伸的软管损坏，例如避免软管受到小于软管的允许弯曲半径(通常称为软管的最小弯曲半径)的弯曲，在现有技术中已经提出多种软管系统。

大量的软管系统配置例如已经在API(美国石油组织)17B“软管操作建议规程”(2002年第三版)的11.4.10章节有所描述，例如分别以“低弯度S型(LAZYS)”或“低弯度波形(LAZYWAVE)”和“陡S型(STEEPS)”或“高弯度波形(STEEPWAVE)”命名的举油配置。

在这些配置中，软管在海面设施和中间正浮力件之间呈悬链状延伸，中间正浮力件能在软管部分长度上对软管施加转向海底的凹弯曲构形。为给软管提供足以允许风标船受到天气影响时移动的长度，现有的浅水系统通常构造成将软管布置成具有波状构形，如“S”形或类波状，例如在US4,793,737中描述的那样。

在这样的波状构形中，软管在距离海底的一段距离处由支承装置如像水中隔水导管和水中夹套那样的海底结构。

US4,906,137所描述的软管系统包括海底输油软管的下部，这部分软管在安装在软管上的一个或多个浮力装置和海底的固定点之间保持拉紧。

为提供具有一定额外长度的软管以便移动，同时避免软管与海底和/或例如船舶产生不期望的接触，在US6,857,822所描述的系统中包括防止过度松弛的张紧机构。US6,857,822的系统中包括位于海底的基座，该基座具有能沿彼此相反的第一和第二方向转动离开平衡位置的刚性臂。刚性臂包括张力施加件。布置成从海底设施向船舶输送流体的软管被如此夹到刚性臂上，将使刚性臂响应于由船舶移动在升管中产生的张力而转动。

实践证明上述系统的适用范围有限，尤其是因为其很难将张紧机构调节到这样的位置，在该位置，该张紧机构能施加足够大的张力，同时还能避免转动臂的不可控摆动以及软管可能有的过度弯曲。

本发明的目的是提供一种软管系统，包括用于在海底设施和海面设施之间传递流体的柔性输送单元，该柔性输送单元能适应由于天气条件及海面设施和/或海底设施的运动而施加到其上的力，同时还能对柔性输送单元的运动提供高度的稳定性及可控性，从而降低破坏柔性输送单元的风险。

本发明的另一目的是提供一种易于制造安装的软管系统。

发明内容

本发明的目的由权利要求书所限定的软管系统来实现。具有其它优点的附加的有利技术方案由从属权利要求限定并在下文中加以描述。

本发明的软管系统尤其适用于在海底设施和海面设施之间传送流体。

该软管系统包括具有支承部段的固定海底结构和具有沿其长度的轴线的且以水平距离和竖直距离布置的海面端和海底端的柔性输送单元。海面端被连接到海面设施。海底端是柔性输送单元的触地点或是沿柔性输送单元的连接到始终距离海面端的水平距离较短的海底设施的点。柔性输送单元的触地点是柔性输送单元与海底接触的点。

柔性输送单元在由限定柔性输送单元海面长度的软管支承区域处由固定海底结构的支承部段支承，该柔性输送单元海面长度是柔性输送单元从其海面端延伸到软管支承区域的长度。柔性输送单元的至少一部分可沿其轴线相对固定海底结构的支承部段移动，以使柔性输送单元海面长度能在最小柔性输送单元海面长度和最大柔性输送单元海面长度之间变化。

如下所述，软管系统可包括至少两个柔性输送单元，但在下文中主要对一个柔性输送单元进行描述。

因此，本发明的软管系统提供具有波状构形的柔性输送单元，此构形在下文中被称为“滑动S”构形，“滑动S”构形给柔性输送单元提供了长度余量，同时确保由这种长度余量而导致软管系统破坏的风险相比于之前的系统降低了。

同时，柔性输送单元因过度弯曲或触底以及在海底拖拉和/或被过度的拉伸而可能导致损坏柔性输送单元的风险被降到最低。

海面设施实际上可能是位于海面上或海面附近的任何设施，此处的术语“附近”用于表示相比于海底而言更靠近海面，优选海面以下达20米。海面设施的多个例子包括平台和船舶。在一个实施例中，海面设施是浮式装置，优选船舶和浮式平台。

在一个实施例中，海面设施是系泊浮式设施。

当海面设施是船舶例如风标船或是散射系泊定位船时，软管系统是最有优势的。

风标船经常用于浅水。浅水系统一个例子包括风标船，在一个实施例中，在共同未决的专利申请DKPA200901333中描述的风标船可与本发明结合使用。在另一个实施例中，如在共同未决的专利申请DKPA200901376中描述的包括风标船的悬挂系统可以与本发明结合使用。然而应当明白，任何风标船和任何散射系泊定位船实际上都能用作本发明中的海面设施。

“浮式风标船”或仅“风标船”是这样的船舶，一个或多个柔性输送单元从其延伸至海底结构。这样的风标船及散射系泊定位船对本领域技术人员来说是公知的，它们通常包括外部转塔系统或内部转塔系统。内部转塔系统引导柔性输送单元经过船体底部，而外部转塔系统引导柔性输送单元从顶部悬挂结构延伸越过船体和船栏杆。风标船常被系泊到海底，但在某些情况下也可被系泊到至少一个固定结构，并且其通常被系泊成仍有很大的运动自由度以适应例如由风、水流、波浪作用于风标船的力。

在浅水中，天气状况对于船舶运动有很大的影响，即使风标船被系泊，风标船运动也可能变得相当剧烈。

术语“海底”一般是用于表示海底面，海底设施是指位于海底或与海底相接触的设施。

海底设施可以是例如固定设施如油井、锚固设施和/或辅助固定海底结构，本领域技术人员应当理解，海底设施的类型对于本发明来说通常并不重要，因此任何海底设施都能够被应用在本发明中。

大部分情况下，海底端是柔性输送单元的触地点。但在某些情况下，海底端是柔性输送单元的连接到海底设施的点，就是说在柔性输送单元被连接到海底设施而在海上设施和海底设施之间没有任何触地点的情况下。

软管系统可包括一个或多个柔性输送单元。柔性输送单元可以是用于海上应用场合的任何一种柔性输送单元。在一个实施例中，一个或多个柔性输送单元包括至少一个未粘合海上软管。在一个实施例中，一个或多个柔性输送单元包括至少一个粘合海上软管。柔性输送单元例如可以是柔性升管或管缆。浅水系统优选包括多个柔性输送单元，例如包括多个提升装置如多个升管和可能有的至少一根管缆。柔性输送单元有时也称为跨接管线例如升管和管缆是本领域所公知的。升管常被用于将石油化学产品从海底输送到向海面设施。管缆常被用于向和/或从海底或远离海底的设施输送流体、电力、信号和其它介质。

在一个实施例中，柔性输送单元包括至少一根软管。在一个实施例中，柔性输送单元包括至少一根管缆。在一个实施例中，柔性输送单元包括至少一根柔性升管，例如跨接管线。

在一个实施例中，柔性输送单元包括相互连接且彼此流体连通的至少两根管。对于本领域技术人员来说，如何相互连接这些管以获得流体连通是公知的。至少两根连接在一起的管可以是相似类型或不同类型的，只要这些管中的至少一根管是软管。

在一个实施例中，柔性输送单元包括基本刚性的刚性管段，该刚性例如由施加到柔性输送单元的软管的一段上的基本刚性的包覆层提供。

在一个实施例中，柔性输送单元包括彼此连接且流体连通的刚性管和软管。

在一个实施例中，软管系统包括至少两个柔性输送单元，这些柔性输送单元优选相互并排布置。柔性输送单元可以是相似类型或不同类型的，具有相似或不同的尺寸。

海面端是柔性输送单元连接到海面设施的位置。取决于海面设施的类型和布置，这种连接可提供流体连通或仅仅是固定。在一个实施例中，海面端流体连通到海面设施。

在一个实施例中，海底端是柔性输送单元的触地点。大部分情况下，海底端是柔性输送单元的触地点，在海面端和海底端之间的水平距离能在最短水平距离和最长水平距离之间变化。由于本发明提出的结构，在海底触地点拖拉柔性输送单元的风险大大降低。在最短水平距离和最长水平距离之间的差值优选为约50米或更小，例如约40米或更小，约30米或更小，约25米或更小，约20米或更小，约15米或更小，约10米或更小。在触地点和触地点附近沿着管的区域可以被在本领域中公知的额外的外部加强结构覆盖。

在一个实施例中，在海面端和海底端之间的竖直距离是基本固定不变的距离。在此情况下，这个基本固定不变的距离也被称为竖直最短距离。

在一个实施例中，竖直距离可在最短竖直距离和最长竖直距离之间变化，在这里最短竖直距离和最长竖直距离之间的差值优选为约10米或更小，例如5米或更小。

在一个实施例中，海底端是柔性输送单元连接到海底设施的点。取决于海底设施的类型和布置，这种连接可提供流体连通或仅仅是固定。在一个实施例中，海底端流体连通到海底设施。

在一个实施例中，在海面端和海底端之间的水平距离是基本固定不变的距离。在此情况下，它也被称为水平最短距离。在一个实施例中，在海面端和海底端之间的竖直距离是基本固定不变的距离，并且在这种情况下它也被称为竖直最短距离。

海底结构优选是以相对刚性的固定方式固定到海底的基本刚性结构。海底结构可以通过任何方式固定于海底，例如通过重锚件(固定负载)保持在海底，通过部分埋入海底或者例如通过设有沿竖直方向敲入海底的一个或多个桩来固定。

在一个实施例中，海底设施在这样的位置固定至海底，该位置在海面设施的至少一个位置上显著低于海面设施。在此实施例中，海面端和海底端之间的最短水平距离是相对短的，例如30米或更短，20米或更短，15米或更短，10米或更短。如果在海面端和海底端之间的最短水平距离太短，则柔性输送单元发生过度弯曲的风险会增大。在这些情况下，柔性输送单元可按照这样的结构布置，即以离海面设施和海底设施的最短水平距离往复蜿蜒延伸，该最短水平距离大于海面端和海底端之间的最短水平距离。

在一个实施例中，海面设施是具有船体的风标船，海底结构如此安置在海底，其在风标船的至少一个位置上将会处于风标船船体下方。

在一个实施例中，海底结构在这样的位置被固定到海底，该位置具有至经过柔性输送单元的海面端和海底端的软管竖直平面的最短距离，该最短距离可达柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离的约100%，例如约75%，约50%，约40%，约30%，约20%，约10%，约5%，海底结构优选在基本处于软管竖直面上的某一位置被固定到海底。从海底结构到软管竖直面的最短距离基本垂直于软管竖直面来确定。软管竖直面是一个假想面，它仅用于描述软管系统中各构件相互之间的位置关系。

当海底结构在基本处于软管竖直面内的位置固定于海底时，柔性输送单元能以基本笔直的最小水平方向安置在海面端和海底端之间。

在一个实施例中，海底结构是桩结构，包括一个或多个桩例如单桩。优选单桩是因为它们安装简单且节省成本。而多桩结构可能更结实更稳定，在某些应用场合中是更优的选择。

在一个实施例中，海底设施是静负载结构，该结构的自重大到能够将海底结构固定到海底。

固定海底结构的支承部段是海底结构的适合以滑动方式支承柔性输送单元的部分。在大部分情况下，支承部段是海底结构的最上端部分，因为这样的配置能将柔性输送单元最简单安装到支承部段。然而应当理解，支承部段无须是海底结构的最上端部分，该海底结构的多个部分可以竖向突出超过支承部段。

在一个实施例中，海底结构的支承部段按照离海面的距离D-_海面和离海底的距离D-_海底安置，距离D-_海面优选显著大于距离D-_海底。

除非另有说明，否则所有离海面的距离都应在落潮时的静水位来确定。

在不损坏软管系统且海面设施完整系泊(如果有)情况下，柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离可以被确定为最短距离。

柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短竖直距离在涨潮时的静水位来确定。

在一个实施例中，距离D-_海底为至少约1米，例如至少约2米，至少约3m，至少约4米，至少约5米，至少约6米，至少约7米，至少约8米，至少约10米，至少约25米，至少约50米，至少约100米。

在一个实施例中，距离D-_海底为海面和海底之间距离的至少约0.1%，例如至少约1%，至少约2%，至少约3%，至少约4%，至少约5%，至少约10%，至少约15%，至少约20%，至少约30%，至少约40%，至少约50%，至少约60%，至少约70%，如高达约100%，如高达约90%，高达约80%。

应当明白，本发明的软管系统非常适合应用在浅水中，例如应用在水深约200米，如优选深度达约100米，约80米，约70米，约60米，约55米，约50米，约45米，约40米，约35米，约30米，约25米，约20米，约15米，约10米处。然而，由于软管系统的稳定性和简单性，本发明的软管系统可以被应用于深水中，例如深度高达3000米或更深，这将在下文中进行阐述。

海底结构的支承部段优选成形为能提供良好的滑动面，以允许柔性输送单元相对于支承部段滑动。在一个实施例中，海底结构的支承部段包括曲面，该曲面优选具有适于支承柔性输送单元的拱形形状。

在一个实施例中，海底结构具有宽度和垂直于该宽度的长度。该宽度优选基本上平行于上述软管竖直面。支承部段优选具有拱形形状，该拱形沿其长度的至少一部分是一致的。支承部段的长度应优选至少与柔性输送单元的至少滑动部段的外径一样长，其中该滑动部段是当柔性输送单元相对于支承部段从柔性输送单元海面长度处于最大值的位置滑动到柔性输送单元海面长度处于最小值的位置时该柔性输送单元的包括软管支承区域的长度部段。

在一个实施例中，支承部段的长度足以支承并排的至少两个柔性输送单元。为避免至少两个柔性输送单元彼此相对滑动，可以在这些柔性输送单元之间安置分隔板。

在一个实施例中，海底结构的支承部段具有沟槽结构，其优选包括具有沟道底部支承面和一对侧板的沟道，柔性输送单元支承于沟道内。如果软管系统包括由相同的支承部段支承的多个柔性输送单元，则该沟槽结构可以是包括用于每个柔性输送单元的沟道的多沟道沟槽结构。

所述侧板可以具有相同或不同的尺寸及形状。在一个实施例中，这些相互独立的侧板具有从沟道底部支承面起的高度(优选最小高度)，该高度为柔性输送单元在其软管支承区域的外径的至少约10%，例如至少约20%，至少约30%，至少约40%，至少约50%，至少约60%，至少约75%，至少约100%，至少约500%，直至高达约1000%。

沟道的长度不是重要的，只要它的长度足以提供稳定的支承。在一个实施例中，沟道具有长度并且沿沟道长度该沟道底部支承面呈拱形曲面，而且侧板的距离沿该沟道长度是基本恒定的。

在一个实施例中，沟道具有长度，沟道底部支承面沿沟道长度呈拱形曲面，并且侧板在更接近海面端和海底端之一的第一和第三沟道段处的距离充分大于沿在第一和第三沟道段之间的第二沟道段的距离。因此，所述侧板允许柔性输送单元水平移动。

在一个实施例中，海底结构的支承部段包括低摩擦材料涂层，该涂层具有足够小的摩擦，足以使在支承部段和柔性输送单元的支承区域之间的摩擦力低于没有使用低摩擦涂层时的摩擦力。低摩擦材料可以是能在海水中有足够的强度和耐用性的任何低摩擦材料。在一个实施例中，低摩擦材料选自聚合物，例如粉状聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)；陶瓷涂料例如包括氧化铬和/氧化铝，以及碳化钨涂料；金属涂料例如包括锌、铝、不锈钢和/或镍。本领域技术人员应当理解也可以应用任何其它低摩擦材料。

为减小支承部段和柔性输送单元之间的摩擦，支承部段可包括机械减摩结构，该机械减摩结构可包括由于支承部段和柔性输送单元之间的相对运动而移动或转动的多个元件。

在一个实施例中，海底结构的支承部段包括一个或多个可旋转杆件，用于减小柔性输送单元的软管支承区域和海底结构支承部段之间的摩擦。

在一个实施例中，海底结构支承部段包括可旋转轮子和可旋转套筒，用于减小柔性输送单元的软管支承区域和海底结构支承部段之间的摩擦。

上述的软管系统可应用在浅水和深水中。在一个实施例中，柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离为至少约2米，例如至少约4米，至少约6米，至少约8米，至少约10米，至少约15米，至少约20米，至少约30米，至少约40米，至少约50米，至少约75米，至少约100米，至少约200米，至少约500米，高达约3000米，高达约2000米，高达约1000米。

在一个实施例中，柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短竖直距离为约3000米或更短，例如2000米或更短，1000米或更短，约500米或更短，约400米或更短，约300米或更短，约200米或更短，约100米或更短，约60米或更短，约50米或更短，约40米或更短，约30米或更短，约20米或更短，约10米或更短。

柔性输送单元的滑动部段原则上可具有任何长度，只要其具有足够合理的布置以避免柔性输送单元与海底不期望的接触。柔性输送单元的滑动部段如前文所述。如将在下文中描述地，一个或多个浮力件可以沿柔性输送单元海面长度布置，以提供具有W-波状构形的柔性输送单元，由此降低或消除柔性输送单元和海底之间产生不期望接触的风险。

柔性输送单元的滑动部段为至少约1米，例如至少约2米，至少约3米，至少约4米，至少约5米，至少约6米，至少约7米，至少约8米，至少约9米，至少约10米，至少约11米，至少约12米，至少约13米，至少约14米，至少约15米，例如高达约50米，高达约40米，高达约35米，高达约30米，高达约25米，高达约20米。

在一个实施例中，最大柔性输送单元海面长度高达柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离和最短竖直距离之和的约两倍，最好为从大约最短水平距离加最短竖直距离的10%之和到大约最短水平距离加最短竖直距离的300%之和，例如从大约最短水平距离加最短竖直距离的20%之和到大约最短水平距离加最短竖直距离的200%之和，如从大约最短水平距离加最短竖直距离的50%之和到大约最短水平距离加最短竖直距离的150%之和，如从大约最短水平距离加最短竖直距离的75%之和到大约最短水平距离加最短竖直距离的100%之和。

在一个实施例中，最小柔性输送单元海面长度比最大柔性输送单元海面长度短达到约X米，其中X为至少约0.5米，例如至少约1米，至少约2米，至少约3米，至少约4米，至少约5米，至少约6米，至少约8米，至少约10米，至少约15米，至少约20米，至少约25米，至少约30米，至少约40米，至少约50米，至少约60米，如高达约100米。因此，在不会造成任何破坏或施加拉伸力的情况下，可以对柔性输送单元施加一定的推或拉。

在一个实施例中，最小柔性输送单元海面长度至少约为柔性输送单元的海面端和海底端之间的直线距离，例如至少约为柔性输送单元的海面端和海底端之间最短水平距离和最短竖直距离之和，例如从大约最短水平距离加最短竖直距离的50%之和到大约最短水平距离加最短竖直距离的400%之和，例如从大约最短水平距离加最短竖直距离的125%之和到大约最短水平距离加最短竖直距离的200%之和。

从上述内容可以很清楚得出，柔性输送单元没有夹持到固定海底结构的支承部段而不能滑动。柔性输送单元优选不夹持到固定海底结构的支承部段。

根据本发明的一个实施例，柔性输送单元能够相对于固定海底结构的支承部段滑动，从而使柔性输送单元海面长度改变，以便于柔性输送单元能够适应加载到其上的力的变化和海面设施的可能有的移动。

在一个实施例中，柔性输送单元布置成当柔性输送单元中的来自海面设施的张力增加超过最大允许张力限值时，能相对于固定海底结构的支承部段滑动，以将柔性输送单元海面长度延长到这样的位置，在该位置上，柔性输送单元中的来自海面设施的张力基本上不超过最大允许张力限值。

最大允许张力限值优选数值足够低，以确保柔性输送单元和海底结构都不会受到这种张力的破坏。

软管系统可包括在柔性输送单元海面长度和/或柔性输送单元海底长度上直接或间接连接到柔性输送单元上的一个或多个压载物，以增大对柔性输送单元相对支承部段滑动的控制。

本领域的技术人员将能够根据包括下面的多个例子的本文教导计算出这样的压载物的有用位置和重量。

在一个实施例中，柔性输送单元包括一个或多个压载物，以提供拉力使柔性输送单元能相对于固定海底结构的支承部段滑动，从而缩短柔性输送单元海面长度到某一位置，在该位置上，柔性输送单元中的来自海面设施的张力基本不超过最大允许张力限值，当柔性输送单元已经到达其最小柔性输送单元海面长度位置时，一个或多个压载物的合力可优选布置和选择成使得基本上没有合拉力作用在柔性输送单元上。

为了控制柔性输送单元的滑动部段的长度，在一个实施例中，理想的情况是给柔性输送单元和/或海底结构提供滑动止挡，例如呈实体块状阻挡件的形式。

在一个实施例中，柔性输送单元包括滑动止挡，布置成阻止柔性输送单元滑动越过滑动止挡，滑动止挡优选由实体阻挡件提供。

滑动止挡例如由附接到柔性输送单元上的夹具提供并布置成能在固定于海底结构上的夹具壳体内滑动，夹具壳体优选具有滑动长度，滑动长度为至少约1米，例如至少约2米，至少约3米，至少约4米，至少约5米，至少约6米，至少约8米，至少约10米，至少约15米，至少约20米，至少约25米，至少约30米，至少约40米，例如长达约50米。

在一个实施例中，海底结构是辅助固定海底结构，海底端被夹持到辅助固定海底结构上并且与布置成作为柔性输送单元的延长部分的软管流体连通。辅助固定海底结构优选具有离海底的高度，该高度至少为海面和海底之间距离的至少约0.1%，例如至少约1%，至少约2%，至少约3%，至少约4%，至少约5%，至少约10%，至少约15%，至少约20%，至少约30%，至少约40%，至少约50%，至少约60%，至少约70%，高达约100%，高达约90%，高达约80%。与海底结构相比，辅助固定海底结构可具有相同或不同的高度。大部分情况下，希望辅助固定海底结构的高度是海底结构支承部段高度的至少50%。

辅助固定海底结构优选具有高度并布置成使柔性输送单元位于海底结构和辅助固定海底结构之间的部段比海底结构和辅助固定海底结构之间的距离长，此时柔性输送单元海面长度具有其最大柔性输送单元海面长度，并且还要短到足以使海底结构和辅助固定海底结构之间没有触地点，因此，当柔性输送单元海面长度具有其最小柔性输送单元海面长度时，该柔性输送单元不会落在海底。

如上文所述，软管系统可包括布置成支承柔性输送单元的一个或多个浮力件。

这样的浮力件在本领域是公知的，并且本领域技术人员能够根据软管的类型和重量来选择适用于支承的合适尺寸和形状的浮力件。

在一个实施例中，软管系统包括至少一个浮力件，用于在柔性输送单元海面长度上支承柔性输送单元。如上面提到的，这样的浮力件可以被用于减少或消除发生柔性输送单元和海底破坏性接触的任何风险。

在一个实施例中，柔性输送单元以悬链状构形延伸，这些构形优选自last-s、低弯度S型(LAZYS)和陡S型(STEEPS)。

根据本发明的一个实施例，提供一种软管系统，其中柔性输送单元布置成可相对海底结构支承部段滑动，从而柔性输送单元海面长度在任何时候都足够长，以避免由于风标船的拉动而造成的损坏，同时柔性输送单元海面长度也足够短以避免与海底接触。

根据本发明的一个实施例，提供一种软管系统，其中柔性输送单元被布置成可随着柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离和最短竖直距离的变化而相对于海底结构支承部段滑动。

软管系统的一个或多个部分可涂覆有防污涂层，以避免或减少海洋生物的生长；这样的防污涂层可包括环氧树脂或防污漆。这样的防污涂层是公知的。

本发明的其它应用范围将从下文所给出的描述中得到体现。然而人们应当理解，体现本发明的优选实施例的详细描述和具体示例只是以说明方式给出，因为在本发明的精神和范围内对该细节描述的变化和改进对本领域技术人员而言是显而易见的。

本发明由独立权项的特征所限定。优选实施例由从属权项限定。权项中的任何附图标记都不打算限制它们的范围。

附图说明

以下，结合优选实施例并参考附图来详细说明本发明，其中：

图1是本发明的软管系统的示意图。

图1a是图1所示相同软管系统的视图，但已经示出了最短水平距离和最短竖直距离。

图2是本发明软管系统的示意图，该软管系统是图1所示软管系统的一个变型。

图3是本发明软管系统的示意图，该软管系统是图1所示软管系统的另一变型。

图4是另一种软管系统的侧剖视图。

图5和图6分别在两个不同的位置示出了图4中软管系统的一部分。

图7是图6中的一部分的放大视图。

这些附图都是示意性的，并且为了清楚而进行了简化。在所有的附图中，同样的附图标记用于相同的或相应的部分。

具体实施方式

图1和图1a所示的软管系统包括具有支承部段3的固定海底结构2以及具有海面端4和海底端5的柔性输送单元1，海面端和海底端之间的水平距离为HD，竖直距离为VD。海面端4连接到海面设施6，在这里具有悬挂转塔系统6a的船舶优选为散射系泊定位船舶或风标船。海底端5是柔性输送单元1的触地点，即柔性输送单元1接触海床的点。尽管触地点5是柔性输送单元1的海底端，但柔性输送单元1超出海底端5一截柔性输送部段5a，该柔性输送部段连接到海底结构7例如油井设施。柔性输送单元1在软管支承区域1a处由固定海底结构2上的支承部段3支承，这限定了沿柔性输送单元从其海面端4到软管支承区域1a之间的柔性输送单元海面长度1b。柔性输送单元的至少一部分可以沿其轴线相对于固定海底结构2的支承部段3移动，从而柔性输送单元海面长度1b可在最短柔性输送单元海面长度和最长柔性输送单元海面长度之间变化。在海面设施6移动时，海面设施6会使柔性输送单元1内的张力增加超过最大允许张力限值，这会造成柔性输送单元的位于海底端5和软管支承区域1a之间的海底部段1c被部分拉到支承部段3上的某一位置，在该位置，在柔性输送单元1内基本上没有来自海面设施6的超过最大允许张力限值的张力，从而使海底部段1c的长度减小，而柔性输送单元海面长度1b的长度增加。线8表示海面线。

在图1的实施例中，支承部段3具有曲形形状，这由具有大致圆形横截面的形状提供。为了提供低摩擦表面，支承部段支承部段3例如包括布置在其与柔性输送单元1的软管支承区域1a相接触的部分中的一个或多个可转动杆。在另一个类似的实施例中，海底结构2的支承部段3可呈可旋转轮的形式，或者可设有可旋转套筒，以降低柔性输送单元1的软管支承区域1a和海底结构的支承部段3之间的摩擦。

图2所示的软管系统包括具有支承部段13的固定海底结构12以及具有海面端14和海底端15的柔性输送单元11，海面端14连接到海面设施16，海底端15是柔性输送单元11的触地点，柔性输送单元11接触海底的点。柔性输送单元11稍微超过海底端15延伸到连接至海底设施17的柔性输送部段，柔性输送单元11具有柔性输送单元海面长度11b和海底部段11c。柔性输送单元11具有滑动止挡19，例如由夹具或安装在柔性输送单元11上的类似机构提供，以确保柔性输送单元11不会在支承部段13上滑动超出软管的期望位置。如双向箭头SL所示，柔性输送单元11可在支承部段13上滑动长度SL，使得柔性输送单元海面长度11b可以在最短柔性输送单元海面长度和最长柔性输送单元海面长度之间变化。当柔性输送单元11具有海面长度11b时，柔性输送单元11的触地点15比在任何位置都更接近柔性输送单元11的海面端14时，柔性输送单元11的海面端14和海底端15之间的水平距离是柔性输送单元11的海面端14和海底端15之间的最短水平距离。

图3所示的柔性输送单元包括具有支承部段23的固定海底结构22以及具有连接到海面设施26的海面端24和连接到海底设施27的海底端25的柔性输送单元21，海底设施27在这里是辅助固定海底结构。海底端25被夹持到辅助固定海底结构27上并且与软管21d流体连通，软管21d可以是柔性输送单元21的延长部分。在所示实施例中，辅助固定海底设施27具有高度，该高度基本上与海底结构22的高度接近。

柔性输送单元21具有柔性输送单元海面长度21b和海底部段21c。海底部段21c具有压载物29用以确保柔性输送单元21的滑动不会导致柔性输送单元海面长度21b变得太长。柔性输送单元21能够在支承部段23上滑动，从而柔性输送单元海面长度21b能够在最短柔性输送单元海面长度和最长柔性输送单元海面长度之间变化。

辅助固定海底结构27确保海底部段21c具有足够的长度，足以允许柔性输送单元21发生滑动，而不会在海底部段21c内产生不期望有的张力。同时辅助固定海底结构27确保海底部段21c不会和海底接触。线28表示海面线。

图4至图7所示的软管系统包括具有支承部段33的固定海底结构32以及具有海面端34和海底端35的柔性输送单元31，海面端34连接到海面设施36，海底端35是柔性输送单元31的触地点。柔性输送单元31超出海底端35一截柔性输送部段39，该柔性输送部段被连接到未示出的海底设施。海面设施36在这里是船舶悬挂转塔系统，船舶优选为散射系泊定位船或风标船。柔性输送单元31具有柔性输送单元海面长度31b和海底部段31c。海底部段31c设有呈重块形式的压载物39a，以控制柔性输送单元31的滑动，使柔性输送单元海面长度31b处于期望的位置。

柔性输送单元31的海底部段31c具有滑动止挡，它由附接到柔性输送单元的海底部段31c上的夹具41提供并布置成在由下夹具挡块42、上夹具挡块43和刚性连接件44限定的夹具壳体内滑动，刚性连接件44提供夹具41可从下夹具挡块42移动到上夹具挡块43的距离。夹具壳体42、43、44连接到海底结构32，使它从支承部段33延伸到辅助支承部段45，辅助支承部段45通过刚性侧杆46连接到海底结构32。支承部段33和支承部段45均设有未示出的沟槽结构，为柔性输送单元31提供有效支承。

在图5中，夹具41处于其低位且柔性输送单元31处于使柔性输送单元海面长度31b具有最小值的位置，并且在图6中，夹具41处于其高位且柔性输送单元31处于使柔性输送单元海面长度31b具有最大值的位置。当夹具41处于其低位置时，重块39a位于海底。当例如从海面设施36给柔性输送单元31施加张力时，柔性输送单元31将开始在支承部段33上滑动。随着柔性输送单元31在支承部段33上滑动，且夹具41朝向其高位置移动时，重块39a会被从海底提升起来，从而移动柔性输送单元31的触地点离开海底结构32。当不再对柔性输送单元31施加张力时，重块39a将会产生一个回滑力，直到从海面设施36施加的张力增大了重块39施加的张力，或是重块39a再次落在海底。当重块39a再次落在海底时，柔性输送单元31的触地点35会比在其它任何位置时更接近柔性输送单元31的海面端34，并且柔性输送单元31的海面端34和海底端35之间的水平距离是柔性输送单元31的海面端34和海底端35之间的最短水平距离。

虽然以上示出一些优选实施例，但需要强调的是，本发明并不限于这些优选实施例，而是可以按照在以下权利要求书中的主题内所限定的其它方式予以体现。

Claims (59)

1.一种用于在海底设施和海面设施之间传送流体的软管系统，该软管系统包括具有支承部段的固定海底结构和具有沿其长度的轴线的且以水平距离和竖直距离来布置的海面端和海底端的柔性输送单元，该海面端被连接到该海面设施，并且该海底端是柔性输送单元的触地点或是沿该柔性输送单元的连接到始终距该海面端的水平距离较短的海底设施的点，该柔性输送单元在由限定柔性输送单元海面长度的软管支承区域处由该固定海底结构的支承部段支承，该柔性输送单元海面长度是该柔性输送单元从其海面端延伸到软管支承区域的长度，该柔性输送单元的至少一部分可沿其轴线相对该固定海底结构的支承部段移动，以使柔性输送单元海面长度能在最小柔性输送单元海面长度和最大柔性输送单元海面长度之间变化，其中，该柔性输送单元能够沿其轴线相对于该固定海底结构的支承部段滑动，从而使该柔性输送单元海面长度发生变化。

2.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海面设施是浮式设施。

3.根据权利要求2所述的软管系统，其特征是，该海面设施是系泊的浮式设施。

4.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底设施是固定设施。

5.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，所述柔性输送单元包括至少一根软管。

6.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，所述柔性输送单元包括管缆或柔性升管。

7.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，所述柔性输送单元包括相互连接且彼此流体连通的至少两根管。

8.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，所述柔性输送单元包括基本刚性的刚性管段。

9.根据权利要求8所述的软管系统，其特征是，该刚性管段由施加到该柔性输送单元的软管的一段上的基本刚性的包覆层提供。

10.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该软管系统包括至少两个柔性输送单元。

11.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构是以刚性的固定方式固定到海底的基本刚性结构。

12.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构在这样的位置被固定到海底，该位置具有至经过所述柔性输送单元的海面端和海底端的软管竖直平面的最短距离，该最短距离可达到该柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离的约100％。

13.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构是桩结构，包括一个或多个桩。

14.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构是静负载结构，该结构的自重大到足以将该海底结构固定到海底。

15.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构的支承部段按照离海面的距离D-_海面和离海底的距离D-_海底来布置，其中距离D-_海面显著大于距离D-_海底。

16.根据权利要求15所述的软管系统，其特征是，该距离D-_海底为至少1米。

17.根据权利要求15所述的软管系统，其特征是，距离D-_海底为海面和海底之间距离的至少0.1％。

18.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构的支承部段包括曲面，该曲面具有适于支承该柔性输送单元的拱形形状。

19.根据权利要求17所述的软管系统，其特征是，该海底结构具有宽度和垂直于该宽度的长度，该宽度基本平行于所述软管竖直面，该支承部段具有拱形形状，该拱形至少沿其长度的一部分是一致的。

20.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构的支承部段具有沟槽结构，该沟槽结构包括具有沟道底部支承面和一对侧板的沟道，所述柔性输送单元支承在该沟道内。

21.根据权利要求20所述的软管系统，其特征是，相互独立的侧板中的每一个具有从沟道底部支承面起的高度，该高度为柔性输送单元在其软管支承区域的外径的至少10％。

22.根据权利要求20或21所述的软管系统，其特征是，该沟道具有长度，该沟道底部支承面沿该沟道的长度呈拱形曲面，并且所述侧板的距离沿该沟道的长度是基本恒定的。

23.根据权利要求20或21所述的软管系统，其特征是，沟道具有长度，所述沟道底部支承面沿该沟道的长度呈拱形曲面，并且所述侧板在更接近海面端和海底端之一的第一和第三沟道段处的距离显著大于沿在第一和第三沟道段之间的第二沟道段的距离。

24.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，所述海底结构的支承部段包括低摩擦材料涂层，该涂层具有足够小的摩擦，以使在该支承部段和该柔性输送单元的支承区域之间的摩擦力低于没有使用低摩擦涂层时的摩擦力。

25.根据权利要求24所述的软管系统，其特征是，该低摩擦材料选自聚合物；陶瓷涂料；金属涂料。

26.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构的支承部段包括一个或多个可旋转杆件，用于减小所述柔性输送单元的该软管支承区域和该海底结构的支承部段之间的摩擦。

27.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底结构的支承部段包括可旋转轮子和可旋转套筒，用于减小所述柔性输送单元的该软管支承区域和该海底结构支承部段之间的摩擦。

28.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离为至少2米且高达3000米。

29.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短竖直距离为30米至3000米。

30.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，所述最大柔性输送单元海面长度高达该柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离和最短竖直距离之和的约两倍。

31.根据权利要求30所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离为从最短水平距离加最短竖直距离的10％之和到最短水平距离加最短竖直距离的300％之和。

32.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该最小柔性输送单元海面长度比最大柔性输送单元海面长度短达到X米，其中X为至少0.5米。

33.根据权利要求32所述的软管系统，其特征是，X为至少20米并高达100米。

34.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该最小柔性输送单元海面长度至少约为柔性输送单元的海面端和海底端之间的直线距离。

35.根据权利要求34所述的软管系统，其特征是，该最小柔性输送单元海面长度至少为柔性输送单元的海面端和海底端之间最短水平距离和最短竖直距离之和。

36.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底端是该柔性输送单元的触地点。

37.根据权利要求36所述的软管系统，其特征是，在该海面端和该海底端之间的水平距离能在最短水平距离和最长水平距离之间变化，在该最短水平距离和该最长水平距离之间的差值优选为50米或更小。

38.根据权利要求36或37所述的软管系统，其特征是，在该海面端和该海底端之间的竖直距离是形式上为竖直最短距离的基本固定不变的距离或者该竖直距离可在最短竖直距离和最长竖直距离之间变化，其中该最短竖直距离和最长竖直距离之间的差值为10米或更小。

39.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底端是该柔性输送单元连接到该海底设施的点。

40.根据权利要求39所述的软管系统，其特征是，在该海面端和该海底端之间的距离是形式上为水平最短距离的基本固定不变的距离，在该海面端和该海底端之间的竖直距离是形式上为竖直最短距离的基本固定不变的距离。

41.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元没有被夹持到该固定海底结构的支承部段上。

42.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元布置成当所述柔性输送单元中的来自该海面设施的张力增加超过最大允许张力限值时，能相对该固定海底结构的支承部段滑动，以将该柔性输送单元海面长度延长到这样的位置，在该位置上在柔性输送单元中基本上没有超过最大允许张力限值的来自该海面设施的张力。

43.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元包括一个或多个压载物，以提供拉力使该柔性输送单元能相对于该固定海底结构的支承部段滑动，从而缩短该柔性输送单元海面长度到某一位置，在该位置来自该海面设施的该柔性输送单元中的张力基本不超过最大允许张力限值。

44.根据权利要求43所述的软管系统，其特征是，当该柔性输送单元已经到达其最小柔性输送单元海面长度位置时，所述一个或多个压载物的合力可布置和选择成使得基本上没有合拉力作用在所述柔性输送单元上。

45.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元包括滑动止挡，其布置成阻止该柔性输送单元滑动越过该滑动止挡，该滑动止挡由实体阻挡件提供。

46.根据权利要求45所述的软管系统，其特征是，该滑动止挡由附接到该柔性输送单元的夹具提供并布置成能在固定于该海底结构的夹具壳体内滑动。

47.根据权利要求46所述的软管系统，其特征是，该夹具壳体具有滑动长度，该滑动长度为至少1米且长达50米。

48.根据权利要求45所述的软管系统，其特征是，该滑动止挡由具有绳索的夹具提供，该夹具布置成能防止该柔性输送单元沿其轴向相对于该固定海底结构的支承部段滑动超过沿该柔性输送单元的选定点。

49.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该海底设施是辅助固定海底结构，该海底端被夹持到该辅助固定海底结构并且与布置成作为该柔性输送单元的延长部分的软管流体连通。

50.根据权利要求49所述的软管系统，其特征是，该辅助固定海底结构优选具有高度并布置成当该柔性输送单元海面长度具有其最大柔性输送单元海面长度时使该柔性输送单元的位于该海底结构和该辅助固定海底结构之间的部段比该海底结构和该辅助固定海底结构之间的距离大许多，并且还要短到足以在该柔性输送单元海面长度具有其最小柔性输送单元海面长度时不会落到海底。

51.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，还包括布置成支承该柔性输送单元的一个或多个浮力件。

52.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元以悬链状构形延伸。

53.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，所述海面设施是具有船体的风标船，该海底结构如此安置在海底，使该海底结构在该风标船的至少一个位置上处于该风标船的船体之下。

54.根据权利要求53所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元布置成可相对该海底结构的支承部段滑动，从而该柔性输送单元的柔性输送单元海面长度在任何时候都足够长，以避免由来自风标船的拉动而造成的损坏，同时也短到足以避免与海底接触。

55.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该柔性输送单元布置成可随着该柔性输送单元的海面端和海底端之间的最短水平距离和最短竖直距离的变化而相对于该海底结构的支承部段滑动。

56.根据权利要求1所述的软管系统，其特征是，该软管系统的至少一部分涂覆有防污涂层，以避免或减少海洋生物的生长。

57.根据权利要求12所述的软管系统，其特征是，该海底结构在基本处于软管竖直面上的某一位置被固定到海底。

58.根据权利要求24所述的软管系统，其特征是，该低摩擦材料选自粉状聚合物；氧化铬、氧化铝、碳化钨涂料；锌、铝、不锈钢和镍。

59.根据权利要求58所述的软管系统，其特征是，该粉状聚合物为聚四氟乙烯(PTFE)。