CN103237953A

CN103237953A - 立管支撑物

Info

Publication number: CN103237953A
Application number: CN2011800536070A
Authority: CN
Inventors: 谭志敏; 张艳秋; 侯玉成
Original assignee: Wellstream International Ltd
Current assignee: Co., Ltd of oil and natural gas Britain of General Electric
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: BR112013010758A2; US20130216317A1; MY175577A; AU2011327938A1; US9341031B2; CN103237953B; EP2638235B1; US20160168921A1; WO2012063035A2; CA2814788A1; US9896888B2; AU2011327938B2; BR112013010758B1; WO2012063035A3; DK2638235T3; EP2638235A2

Abstract

公开了一种用于支撑立管的装置和方法。该装置包括用于将立管锚定到固定结构的锚定元件(420)和配置成支撑柔性管(406)的一节的支撑部分(412)，该支撑部分具有承载面，该承载面用于所述柔性管的一节抵靠从而抑制该柔性管向上移动。

Description

立管支撑物

技术领域

本发明涉及一种用于支撑立管的方法和装置以及一种立管组件本身。具体但不排除地，本发明涉及一种适合于用在石油和天然气行业中的装置，向可以经历严峻的环境条件的立管提供改进的支撑物。

背景技术

传统上，柔性管被用于从一个位置向另一位置输送产品流体，诸如油和/或气体和/或水。柔性管在连接海底位置到海平面位置中特别有用。柔性管通常形成为管体和一个或多个端部配件的组件。该管体通常形成为形成承压导管的层状材料的复合物。管结构允许大挠度，而不会导致损害管在其寿命内的功能的弯曲应力。管体通常被制成为包括金属层和聚合物层的复合结构。

在已知的柔性管设计中，管包括一个或多个拉伸铠装层(tensile armourlayer)。这种层上的主载荷是张力。在高压力应用中，拉伸铠装层经受来自内压端盖载荷和重量的高拉伸载荷。这可以在柔性管中导致故障，因为这种情况经历很长时间。

一种在过去已经尝试以在某种程度上缓解上述问题的技术为：使用水中拱形物结构(mid-water arch structure)来支撑立管的一部分，例如通过承受立管的中间部分的重量。图1a和图1b示出了使用水中拱形物结构的已知配置的示例，图1a和图1b分别示出了“陡峭型S(steep S)”配置和“惰型S(lazy S)”配置。在这些配置中，提供了适合于从海底位置向浮动设施202(诸如，平台或浮标或船)输送产品流体(诸如，油和/或气体和/或水)的立管组件200。该立管被提供为柔性立管(即，包括柔性管)。立管组件200还包括搁在海床204上的水中拱形物208，用于通过承受其重量来支撑立管的一节。立管高效地搭在水中拱形物的弯曲表面上。立管可以被夹紧到拱形物208，以便帮助避免可能由潮汐或移动的船舶导致的水移动所造成的立管的任何移动，或者例如由海洋生长物(甲壳类动物和其他海洋生命和/或依附到立管的海洋残骸)所造成的变化重量。水中拱形物和柔性管的定位可以被布置成产生陡峭型S配置206₁或惰性S配置206₂。

然而，与其他技术(诸如，使用浮力辅助工具)相比，这些S配置需要相对较高的安装成本和相对较长的安装时间。这是因为安装水中拱形物结构的时间和成本是相对较高的。

此外，有时，立管的移动和/或浮力变化可以变得足够强大，以能够使立管从其在拱形物上的位置滑动，或者事实上使将立管保持到拱形物的夹具弄坏并且允许立管从水中拱形物结构的支撑升起。在没有迅速注意的情况下，已经挣脱水中拱形物的立管可能造成严重问题，包括立管本身的故障和相关问题。

发明内容

本发明的一个目的在于至少部分地缓解上述问题。

本发明的实施例的一个目的在于提供一种立管组件和一种用于支撑立管组件的方法，该立管组件比已知的组件对由潮汐、移动的船舶、重量变化和/或海洋生长物所造成的移动更有弹力。

本发明的实施例的一个目的在于提供一种立管组件和一种用于支撑立管组件的方法，该立管组件被锚定到固定结构(诸如海床)，并且针对上述立管升起问题的可能性而配置。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于支撑立管的装置，所述立管包括至少一段柔性管，所述装置包括：锚定元件，所述锚定元件用于将立管锚定到固定结构；以及支撑部分，所述支撑部分被配置成支撑柔性管的一节，所述支撑部分具有承载面，所述承载面用于所述柔性管的一节抵靠从而抑制所述柔性管向上移动。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于从海底位置输送流体的立管组件，包括：立管，所述立管包括至少一段柔性管；支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述柔性管的至少一部分，所述支撑装置包括具有承载面的支撑部分，所述承载面用于所述柔性管的部分抵靠从而抑制所述柔性管向上移动；以及至少一个浮力元件，所述至少一个浮力元件用于向所述立管的一部分提供浮力。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于支撑柔性管的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括至少一段柔性管的立管；提供用于支撑所述立管的至少一部分的支撑装置，所述支撑装置包括具有承载面的支撑部分，所述承载面用于所述柔性管的部分抵靠从而抑制所述柔性管向上移动；以及提供用于向所述立管的一部分提供浮力的至少一个浮力元件。

本发明的某些实施例提供了以下优势：立管被适当地锚定成帮助避免与立管的移动相关联的问题，同时具有将防止上述立管上升问题的配置。整个或部分的支撑部分主体被定位在立管之上，以便充当固体障碍物而防止立管朝水面向上移动。沿着立管在支撑装置的旁边额外使用浮力模块可以确保足够部分的立管重量被支撑，以帮助避免立管上的高拉伸载荷，并且还帮助将立管配置成其可以位于支撑部分的下方或穿过支撑部分的构造。

本发明的某些实施例提供了以下优势：支撑部分的承载面还可以充当弯曲限制器，允许立管中仅存在预定的弯曲度，以便帮助防止立管受损。

本发明的某些实施例提供了以下优势：与已知的装置相比，水中拱形物结构具有改善的寿命和总体性能。

附图说明

在下文中，参照附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1a示出了一种已知的立管组件；

图1b示出了另一已知的立管组件；

图2示出了柔性管体；

图3示出了另一立管组件；

图4示出了本发明的支撑装置；

图5示出了本发明的支撑装置的另一视图；

图6示出了本发明的支撑装置的又一视图；

图7示出了本发明的另一支撑装置；

图8示出了图7的支撑装置的放大视图；以及

图9示出了显示本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记指代相同部件。

在整个说明书中，将参照柔性管。应当理解的是，柔性管是管体的一部分和一个或多个端部配件的组件，该管体的相应端部终止于每个端部配件。图2示出了管体100如何根据本发明的实施例由形成承压导管的层状材料的复合物形成。虽然图2示出了许多具体层，但是，应当理解的是，本发明可广泛地适用于包括由各种可能的材料制成的两层或更多层的复合管体。应进一步注意，该层厚度仅为说明目的而示出。

如图2所示，管体包括可选的最内部的胎体层(carcass layer)101。该胎体提供了互锁构造，该互锁构造可以被用作最内部的层，以全部地或部分地防止由管减压、外部压力以及拉伸铠装压力和机械压碎载荷所导致的内部压力护套102的损坏。应当理解的是，本发明的某些实施例适合于“滑膛(smooth bore)”应用和这样的“粗膛”应用。

内部压力护套102充当流体保留层，并且包括确保内部流体完整性的聚合物层。应当理解的是，该层自身可以包括多个子层。应当理解的是，当使用可选的胎体层时，内部压力护套通常被本领域技术人员称为阻挡层。在没有这种胎体的操作(所谓的滑膛操作)中，内部压力护套可以被称为衬里(liner)。

可选的压力铠装层103是具有布设角度(lay angle)接近于90°的结构层，该结构层提高了柔性管对内部和外部压力以及机械压碎载荷的抵抗力。该层也在结构上支撑内部压力护套。

柔性管体还包括可选的第一拉伸铠装层105和可选的第二拉伸铠装层106。每个拉伸铠装层都是具有通常在20°和55°之间的布设角度的结构层。每个层都被用于承受拉伸载荷和内部压力。拉伸铠装层通常成对地相对缠绕。

所示的柔性管体还包括可选的带层104，这些可选的带层104帮助包含下层，并且在某种程度上防止相邻层之间的磨损。

柔性管体通常还包括可选的绝缘层107和外护套108，外护套108包括用于保护该管免受海水和其他外部环境的渗透、腐蚀、磨损以及机械损伤的聚合物层。

每个柔性管包括管体100的至少一个部分(有时被称为段或节)和位于该柔性管的至少一端处的端部配件。端部配件提供在柔性管和连接器之间形成过渡的机械器件。例如图2中所示的不同管层以在柔性管和连接器之间转移载荷的方式终止于端部配件中。

图3示出了适合于从海底位置301向浮动设施302输送产品流体(诸如，油和/或气体和/或水)的立管组件300。例如，在图3中，海底位置301包括海底流动管线(flow line)。柔性流动管线305包括柔性管，该柔性管全部地或部分地搁在海床304上或者被埋在海床下，并且用于静态应用。浮动设施可以由平台和/或浮标或者如图3所示的船提供。立管300被提供为柔性立管，也就是说，将船连接到海床装置的柔性管。

应当理解的是，正如本领域技术人员所周知的，存在不同类型的立管。本发明的实施例可以与任何类型的立管一起使用，诸如，自由悬浮式的(自由的、悬链式立管)、某种程度上受限的立管(浮标、链条)、完全受限的立管或封闭在管(I形管或J形管)内的立管。

图3还示出了柔性管体的部分是如何可以被用作流动管线305或跨接器306的。

图4示出了本发明的立管支撑装置410。应当注意的是，本发明的立管支撑装置在本说明书中可以或者被称为水中拱形物结构(由于其从传统的水中拱形物结构的发展)。立管支撑装置410被示出在使用中作为支撑立管406的立管组件400的一部分，立管组件400可以由至少一段柔性管(即，柔性管体的一节或多节)和一个或多个端部配件组成，该管体的相应端部终止于每个端部配件中。立管406从浮式生产储存卸货装置(FPSO)402延伸至海床404。立管组件400还包括多个浮力模块408。在图4所示的示例中，示出了二十个浮力模块。当然，应当清楚的是，可以使用更少或更多的浮力模块以适应具体情况的需要。

图5中示出了本实施例的装置410，该剖视图在与图4所示的视图成90度的平面内。图6示出了装置410的透视图，柔性管的一部分位于该装置下方。

正如图4至图6中所看到的，装置410由包括正浮力的浮力元件414的主体412(支撑部分)和连接至该浮力元件414的鞍状元件416组成。该鞍状元件起到至少部分地包围立管406的柔性管的作用。在该实施例中，鞍状元件416是通过钢条418连接至浮力元件414的钢板。鞍状元件416提供用于柔性管的一部分(上部分)抵靠的支撑表面。与已知的水中拱形物结构相比，鞍状元件416被倒转地安装在浮力元件414上。装置410还包括锚定元件420，该锚定元件420在该实施例中是用于将浮力元件414拴到位于海床404上的锚重块422的链。在本发明的其他实施例中，该锚定元件可以是非柔性的，例如金属结构。或者，该锚定元件可以是绳或其他这样的系链或束缚辅助设备，或是它们的某些组合。该主体可以采取许多形式，只要提供柔性管抵靠的承载面即可。

这样的配置高效地将立管的一部分锚定在预定位置中。装置410的主体被定位在其接触的柔性管的这部分的上方。柔性管被锚定，以便防止该管能够在严酷的环境条件下挣脱束缚并且向上上升。

本发明的装置的另一实施例在图7中被示出，并且以放大视图的形式在图8中被示出。装置510由主体512组成，主体512包括由中央线轴产品(centralspool work)514所形成的大体V形体，中央线轴产品514在其每个端部处被连接至端部配件516。立管506的柔性管的各节以一种已知的方式与端部配件516连接。每个端部配件516被连接至弯曲加强件518，以便逐渐地使柔性管变硬以匹配端部配件的刚度。主体512被连接至锚定元件，该锚定元件在该实施例中是用于将该装置(经由锚重块或类似物)拴到海床504的链。

该配置高效地将立管的一部分锚定在预定位置中。柔性管被连接至装置510，以防止该管能够在严酷的环境条件下挣脱束缚并且向上上升。

正如第一实施例，该锚定元件可以是非柔性的，并且该主体可以采取其他形式，提供承载面以至少部分地包围柔性管并且防止该柔性管向上上升。

正如在上述两个实施例中所示的，在立管组件中，本发明的水中拱形物结构在其两侧处设置有浮力模块。这些浮力模块以一种已知的方式与立管连接或者与立管成为一体。这些浮力模块起到承受立管的重量并且减小拉伸载荷的作用。如图4和图7所示，在水中拱形物结构的两侧处提供浮力模块还有助于将立管配置成大体上U形或V形，使得柔性管的必要部分可以坐落或者附接至水中拱形物组件。

在浅水域应用(小于1000英尺/304.8米)中，多个浮力模块可以对由海洋生长物、由移动或一般磨损导致的浮力损失，等等所造成的立管重量的变化特别敏感。在这样的环境中，浮力模块可能彻底地偏离其初始位置，并且突然出现在水面上或者下沉至海床。这还可以导致妨碍相邻的立管或船舶。然而，通过使用本发明的水中拱形物结构，立管的一节被牢固地锚定在预定位置处以防止这样的横向或竖直移动。

在本发明的另一实施例中，多个浮力模块可以被提供为是正浮力的，即，具有浮力模块趋于朝水面向上上升的足够浮力。水中拱形物结构通过抑制这样的移动而提供反向力。因此，锚定元件处于恒定张力下，并且浮力元件和立管组件的超过海床的高度通常是固定的。

应当理解的是，水中拱形物结构可以根据具体情况的需要而形成。一般来说，可以形成大体上U形或V形。装置可以被设计成充当弯曲限制器，即，具有构造为防止立管弯曲多于预定曲率半径的承载面。本发明的水中拱形物结构将导致立管的柔性管通常以向上角度或路径离开承载面。

本发明的一种支撑柔性管的方法包括：提供包括至少一段柔性管的立管；提供用于支撑所述立管的至少一部分的支撑装置，所述支撑装置包括具有承载面的支撑部分，所述承载面用于柔性管的所述部分抵靠从而抑制所述柔性管向上移动；以及提供用于向所述立管的一部分提供浮力的至少一个浮力元件，例如正如图9中的流程图示意性示出的。这些步骤不必按照所述顺序来执行。

使用上述的本发明，增强的支撑物被提供给立管以帮助防止立管在安装之后不需要的移动。这可能在严酷的环境情况下尤其有用。此外，该装置被牢固地锚定到固定结构，仍然配置为避免立管摆脱水中拱形物的束缚并且远离该水中拱形物向上上升的可能性。

本领域的技术人员应清楚，涉及上述任何实施例所描述的特征可以在不同实施例之间替换应用。上述实施例是阐述本发明各种特征的示例。

在整个此说明书的描述和权利要求中，词语“包括”和“含有”及其变型意味着“包括但不限于”，并且它们不会(且不)排除其他部分、添加物、部件、整数或步骤。在整个此说明书的描述和权利要求中，除非上下文另有要求，否则单数形式包括复数。特别是在使用不定冠词时，除非上下文另有要求，否则本说明书将理解为考虑多个以及单个。

结合本发明的特定方面、实施例或示例所描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团将理解为适用于本文所描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不相容。此说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)所公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任意结合的方式相结合，除了至少一些这些特征和/或步骤相互排斥的结合。本发明并不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展到此说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的特征的任何一个新特征或任何新特征的组合，或扩展到如此公开的任何方法和过程的步骤的任何一个新步骤或任何新步骤的组合。

读者的注意力被引至与此申请相关的本说明书同时或之前递交的且与此说明书一起公开给公众查阅的所有论文和文献，并且所有这些论文和文献的内容通过引用方式并入本文中。

Claims

1.一种用于支撑立管的装置，所述立管包括至少一段柔性管，所述装置包括：

锚定元件，所述锚定元件用于将立管锚定到固定结构；以及

支撑部分，所述支撑部分被配置成支撑柔性管的一节，所述支撑部分具有承载面，所述承载面用于所述柔性管的一节抵靠从而抑制所述柔性管向上移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述支撑部分被配置成以大体上U形的或大体上V形的配置来支撑所述柔性管的一节或柔性管的多节。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在使用中，所述支撑部分被配置成在所述支撑部分的下侧处支撑所述柔性管的一节或柔性管的多节。

4.根据前述任一权利要求所述的装置，其中，所述支撑部分具有大体上U形的或大体上V形的配置。

5.根据前述任一权利要求所述的装置，其中，所述支撑部分具有弯曲表面。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述支撑部分是V形的连接器。

7.根据前述任一权利要求所述的装置，其中，系链元件至少部分地是柔性的。

8.一种用于从海底位置输送流体的立管组件，包括：

立管，所述立管包括至少一段柔性管；

支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述柔性管的至少一部分，所述支撑装置包括具有承载面的支撑部分，所述承载面用于所述柔性管的部分抵靠从而抑制所述柔性管向上移动；以及

至少一个浮力元件，所述至少一个浮力元件用于向所述立管的一部分提供浮力。

9.根据权利要求8所述的立管组件，其中，所述至少一个浮力元件被提供在所述支撑装置的每一侧。

10.根据权利要求8或9所述的立管组件，其中，所述支撑装置包括锚定元件，所述锚定元件用于将所述立管锚定到固定结构。

11.根据权利要求10所述的立管组件，其中，所述支撑部分具有大体上U形或大体上V形的配置。

12.一种用于支撑柔性管的方法，所述方法包括以下步骤：

提供包括至少一段柔性管的立管；

提供用于支撑所述立管的至少一部分的支撑装置，所述支撑装置包括具有承载面的支撑部分，所述承载面用于所述柔性管的部分抵靠从而抑制所述柔性管向上移动；以及

提供用于向所述立管的一部分提供浮力的至少一个浮力元件。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在所述支撑装置的每一侧提供至少一个浮力元件。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述支撑装置包括用于将所述立管锚定到固定结构的锚定元件。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述支撑部分具有大体上U形的或大体上V形的配置。

16.一种装置，所述装置参照附图大体上如上所述。

17.一种立管组件，所述立管组件参照附图大体上如上所述。

18.一种方法，所述方法参照附图大体上如上所述。