CN107109907A - 提升器组件和形成提升器组件的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于从海底位置输送流体的提升器组件(500)。提升器组件(500)包括具有柔性管的至少一个部段的提升器(501)和多个浮力补偿元件(511)，该多个浮力补偿元件(511)连接到提升器(501)并以直列式构型连接在一起以形成中线浮力区段(510)。提升器组件(500)还包括在中线浮力区段(510)上方并与其间隔开的位置处连接到提升器(501)的至少一个浮力辅助件(521)。至少一个浮力辅助件(521)形成第一分布浮力区段(520)并且具有足够的浮力以保持在第一分布浮力区段(520)和中线浮力区段(510)之间在提升器(501)上的拉力载荷。提升器组件(500)还包括至少一个另外的浮力补偿元件(531)，其在第一分布浮力区段(520)上方并与其间隔开的位置处连接到提升器(501)，以形成第二分布浮力区段(530)。第二分布浮力区段(530)配置成以波形构型支撑提升器(501)的一部分。

Description

提升器组件和形成提升器组件的方法
本发明涉及提升器组件(riser assembly)和形成提升器组件的方法。特别地但并不排他地，本发明涉及提升器组件和使用多个浮力补偿元件形成提升器组件的方法。浮力补偿元件在布置中沿提升器设置以有助于在需要时提供弯曲支撑并且在海底环境中将提升器保持为合适构型。
传统地，柔性管用于将诸如油和/或气体和/或水的生产流体从一个位置输送到另一个位置。柔性管特别适用于将海底位置(可能在水下是深的)连接到海平面位置。管的内径可以通常多达约0.6米(例如，直径可以在从0.05m直到0.6m之间)。柔性管通常形成为柔性管主体和一个或更多个端部配件的组件。管主体通常形成为分层材料的组合，其形成含压管道。管结构允许大的偏转，而不产生损害管在其使用寿命期间的功能的弯曲应力。管主体通常建造为包括聚合物层和/或金属层和/或复合材料层的组合结构。例如，管主体可以包括聚合物层和金属层，或聚合物层和复合材料层，或聚合物层、金属层和复合材料层。
在许多已知的柔性管设计中，管主体包括一个或更多个拉伸铠装层。这种层上的主要负载是拉力。在高压应用中，例如，在深水和超深水环境中，拉伸铠装层经受来自内部压力端帽负载和柔性管的自支撑重量的组合的高拉力载荷。这可能导致柔性管中的失效，这是由于在长时间内经历这种情况。即，在深水和超深水环境中，管自身的重量导致管上的高拉力载荷，这在悬挂区域(管附接到船舶或浮动设施)处将是最大的。
图4示出了适于将例如油和/或气体和/或水的生产流体从海底位置401输送到浮动设施的提升器组件400。例如，在图4中，海底位置401包括海底流量管线(sub-sea flowline)。柔性流量管线405包括柔性管，该柔性管全部或部分地搁置在海洋底层404上或埋在海洋底层下并用于静态应用中。浮动设施可以由平台和/或浮标(buoy)提供，或者图4中示出的船402。提升器组件400设置为柔性提升器，即，将船连接到海洋底层设备的柔性管403。柔性管可以是具有连接端部配件的柔性管主体的部段。
应理解，存在不同类型的提升器，如本领域技术人员所熟知的。本发明的实施方案可以与任何类型的提升器一起使用，例如，自由悬吊(自由的悬链提升器)，在一定程度上被限制的提升器(浮标、链)，完全限制的提升器或封闭在管子(I管子或J管子)中的提升器。
图4还示出了可如何将柔性管的部分用作流量管线405或跳接线(jumper)406。
过去已经尝试以某种方式减轻上述问题的一种技术是在沿提升器的长度的预定位置处添加浮力辅助件(buoyancy aid)。浮力辅助件提供朝上的升力以抵消提升器的重量，在沿其长度的不同点处有效地带走提升器的重量的一部分。与其它一些构型(例如，中层拱形结构)相比，使用浮力辅助件涉及相对较低的安装成本，并且还允许相对快的安装时间。
使用浮力辅助件来支撑提升器的已知提升器构型的示例是例如在WO2007/125276中公开并且在图1中示出的阶梯式提升器构型100，其中浮力辅助件101设置在沿柔性管103的离散位置处。提升器适用于将诸如石油和/或气体和/或水的生产流体从海底位置输送到诸如平台或浮标或船舶的浮动设施105。在一些情况下，该组件可能会约束允许的船舶漂移(vessel excursion)的量。
其它的提升器构型可能需要向柔性管添加压载重物，以减少管在一个或更多个位置处的浮力，以适应特定的海洋环境或生产流体提取装置。
如本文所使用的，术语“浮力补偿元件”用于包含用于增加浮力的浮力辅助件和用于减小浮力的压载重物。术语“浮力辅助件”用于包含用于增加浮力的元件，并且术语“压载重物”用于包含用于减小浮力的元件。
如本文所使用的，当讨论提升器的在另一部分“下方”或“低于”另一部分的一部分时，“下方”或“低”的部分在海床的方向上沿提升器更远。类似地，当讨论提升器的在另一部分“上方”或“高于”另一部分的一部分时，“上方”或“高”的部分在海平面的方向上沿提升器更远。
未结合的柔性管已经被用于深水(小于3,300英尺(1,005.84米))和超深水(大于3,300英尺)的开发。对石油日益增长的需求正在导致勘探发生在环境因素更为极端的越来越深的深度。例如，在这样的深水和超深水环境中，洋底温度增加了将生产流体冷却到可能导致管堵塞的温度的风险。增加的深度还增加了与柔性管必须在其中操作的环境相关联的压力。例如，柔性管可能需要以作用在管上的0.1MPa至30MPa范围内的外部压力操作。同样地，输送油、气体或水也可以引起从内部作用在柔性管上的高压，例如来自作用在管上的孔流体的范围为零至140MPa的内部压力。因此，增加了对来自柔性管主体的层的高水平性能的需要。
柔性管的端部配件可以用于将柔性管主体的部段连接在一起，或用于将其连接到终端装备，例如，刚性海底结构或浮动设施。因此，除其它各种用途之外，柔性管可以用于提供用于将流体从海底流量管线输送到浮动结构的提升器组件。在这样的提升器组件中，柔性管的第一部段可以连接到柔性管的一个或更多个另外的部段。柔性管的每个部段包括至少一个端部配件。
图2a和图2b示出了适用于深水和超深水的已知提升器构型的一部分。如图2a所示，多个浮力模块201以直列式构型(in-line configuration)连接到提升器200。这在本领域中称为中线浮力系统(mid-line buoyancy system)。浮力模块201有助于控制提升器中的悬挂拉力水平。然而，在使用中，由于例如可引起提升器构型中的曲率变化的船舶运动或潮汐效应，提升器承受动态载荷。当安装柔性管时也可能发生过度弯曲。通常有利的是防止过度弯曲并将这样的变化控制在预定限制内。在这个示例中，提升器在中线浮力系统和船舶悬挂部之间可能在中线浮力系统的顶部处经历松弛和随后的压缩和弯曲，如圆A所示。
对于深水，船舶偏移(船舶的竖直移动程度)可能高达水深的10-12％。因此，对于超深水(例如，2200米)，船舶偏移可能多达264m。这种移动程度可能引起提升器的显著弯曲和压缩，这可能导致提升器疲劳。
以前，当如在WO2013/079915中所公开的那样提供直列式构型的补偿元件时，顶部第一浮力模块202已经被设计成具有钟口轮廓(bellmouth profile)204(如图2b所示)，以帮助在其离开中线浮力系统时控制管的弯曲，以防止提升器压缩和过度弯曲。然而，钟口轮廓204可能不适用于所有应用。此外，成型浮力模块202需要额外的设计和制造努力。
将有用的是，提供克服或改良上述各种问题的适用于深水和超深水环境的提升器组件。
根据本发明的第一方面，提供用于从海底位置输送流体的提升器组件，包括：
提升器，其包括柔性管的至少一个部段；
多个浮力补偿元件，其连接到提升器并且以直列式构型连接在一起以形成中线浮力区段(mid-line buoyancy section)；
至少一个浮力辅助件，其在中线浮力区段上方并与中线浮力区段间隔开的位置处连接到提升器，该至少一个浮力辅助件形成第一分布浮力区段，并且具有足够的浮力以保持在第一分布浮力区段和中线浮力区段之间在提升器上的拉力载荷；以及
至少一个另外的浮力补偿元件，其在第一分布浮力区段上方并与第一分布浮力区段间隔开的位置处连接到提升器，以形成第二分布浮力区段，第二分布浮力区段配置为以波形构型支撑提升器的一部分。
根据本发明的第二方面，提供形成用于从海底位置输送流体的提升器组件的方法，该方法包括：
提供提升器，其包括柔性管的至少一个部段；
将多个浮力补偿元件连接到提升器，并且将浮力补偿元件以直列式构型连接在一起以形成中线浮力区段；
将至少一个浮力辅助件在中线浮力区段上方并与中线浮力区段间隔开的位置处连接到提升器，该至少一个浮力辅助件形成第一分布浮力区段，并且具有足够的浮力以保持在第一分布浮力区段和中线管浮力区段之间在提升器上的拉力载荷；以及
将至少一个另外的浮力补偿元件在第一分布浮力区段上方并与第一分布浮力区段间隔开的位置处连接到提升器，以形成第二分布浮力区段，第二分布浮力区段配置为以波形构型支撑提升器的一部分。
本发明的某些实施方案提供的优点是，提供适用于深水和超深水环境的提升器组件和形成提升器组件的方法。与其它构型相比，某些实施方案改进在极端条件下的提升器性能和/或降低提升器疲劳。
本发明的某些实施方案提供的优点是，提升器组件在使用中以适当的构型被支撑，同时最小化过度弯曲的风险。
本发明的某些实施方案提供的优点是，可以提供相对容易组装并且相对成本有效地提供的提升器组件。
将参考附图在下文中进一步描述本发明的实施方案，在附图中：
图1示出了已知的提升器构型；
图2示出另一个已知的提升器构型；
图3示出柔性管主体；
图4示出了提升器构型；
图5示出了提升器组件；
图6示出了图5的提升器组件的放大视图；
图7是表示沿提升器的拉力载荷的图；
图8示出了另一个提升器组件；以及
图9是图8的提升器组件的放大视图。
在附图中，相同的参考编号指代相同的部分。
在全部的该描述中，将参考柔性管。应理解，柔性管是管主体的一部分和一个或更多个端部配件的组件，管主体的相应端部终止在该一个或更多个端部配件的每一个中。图3示出了根据本发明的实施方案如何从形成含压管道的分层材料的组合形成管主体300。尽管图3中示出了多个特定的层，但是应理解，本发明可广泛地应用于包括由各种可能材料制造的两层或更多层的同轴管主体结构。例如，管主体可以由聚合物层、金属层、复合材料层或不同材料的组合形成。还应注意，层厚度仅仅是为了说明的目的示出。如本文所用，术语“复合材料”用于广泛地指由两种或更多种不同材料形成的材料，例如，由基质材料和增强纤维形成的材料。
如图3所示，管主体包括可选的最内骨架层301。该骨架提供互锁构造，其可以用作最内层，以防止由于管减压、外部压力和拉伸铠装压力以及机械破裂载荷而导致的内部压力护套302的全部或部分塌陷。骨架层通常是例如由不锈钢形成的金属层。骨架层也可以由复合材料、聚合物或其它材料或材料的组合形成。应理解，本发明的某些实施方案可应用于“平滑孔”操作(即，没有骨架层)以及这种“粗孔”应用(具有骨架层)。
内部压力护套302用作流体保持层，并且包括确保内部流体完整性的聚合物层。应理解，该层自身可以包括多个子层。应理解，当使用可选的骨架层时，本领域技术人员通常将内部压力护套称为屏障层。在没有这种骨架的操作(所谓的平滑孔操作)中，内部压力护套可以被称为衬里。
可选的压力铠装层303是增加柔性管对内部和外部压力和机械破裂载荷的耐抗性的结构层。该层还在结构上支撑内部压力护套，并且通常可以由以接近90°的铺设角度缠绕的线的互锁构造形成。压力铠装层通常是由例如碳钢形成的金属层。压力铠装层也可以由复合材料、聚合物或其它材料或材料的组合形成。
柔性管主体还包括可选的第一拉伸铠装层305和可选的第二拉伸铠装层306。每个拉伸铠装层用于维持拉伸载荷和内部压力。拉伸铠装层通常由多个线形成(以赋予该层强度)，该多个线位于内层上方并且以通常在约10°至55°之间的铺设角度沿管的长度螺旋地缠绕。拉伸铠装层通常成对地反向缠绕。拉伸铠装层通常为例如由碳钢形成的金属层。拉伸铠装层也可以由复合材料、聚合物或其它材料或材料的组合形成。
所示的柔性管主体还包括可选的带层304，其帮助容纳下面的层，并且在一定程度上防止相邻层之间的磨损。带层可以是聚合物或复合材料或材料的组合。
柔性管主体通常还包括可选的绝缘层307和外护套308，外护套308包括用于保护管免受海水和其它外部环境的渗透、腐蚀、磨损和机械损伤的聚合物层。
每个柔性管包括至少一个部分，该至少一个部分有时与位于柔性管的至少一端处的端部配件一起称为管主体300的部段或区段。端部配件提供在柔性管主体和连接器之间形成过渡的机械设备。例如图3中所示的不同的管层以便于在柔性管和连接器之间传递载荷的方式终止在端部配件中。
图5示出适合用于深海和超深海环境中的提升器组件500的实施方案。提升器501从浮动设施(在该示例中为船舶502)延伸到海床504。
提升器组件500由柔性管的至少一个部段形成，并且由在特定位置附接到提升器501的浮力补偿元件支撑。提升器组件500包括中线浮力区段510，第一分布浮力区段520和第二分布浮力区段530。图6更详细地示出了每个浮力区段。
在图5和图6的实施方案中，中线浮力区段510在最靠近海床的位置处连接到提升器，第二分布浮力区段530在最靠近船舶处连接到提升器，并且第一分布浮力部区段520在中线浮力区段510和第二分布浮力区段530之间的某点处连接到提升器。
中线浮力区段510包括以直列式构型连接到提升器501的至少一个浮力补偿元件511，即，每个浮力补偿元件511依次连接到下一个浮力补偿元件，如WO2013/079915中描述的。中线浮力区段包括多个浮力补偿元件5111-n。本示例中的浮力补偿元件是正浮力，即，浮力辅助件。
最靠近海床504定位的第一浮力补偿元件5111连接到中线连接器513的最下区段。这里，中线连接器是以背对背构型连接的一对端部配件。第二浮力补偿元件5112连接到中线连接器513的最上区段。剩余的浮力补偿元件511经由每个浮力补偿元件511之间的连接器(凸缘)附接到彼此并且附接到第二浮力补偿元件5112。
第一浮力补偿元件5111经由中线连接器513固定到提升器，并且另外的浮力补偿元件依次固定到第一浮力补偿元件或中线连接器。因此，来自后期添加的浮力补偿元件的任何力通过早先添加的浮力补偿元件传输到中线连接部。这有助于防止来自浮力补偿元件的在柔性管上的过度压缩载荷。此外，由于第一添加的浮力补偿元件附接到中线连接部，因此不会将柔性管向下滑动到不希望的位置。
第一分布浮力区段520包括连接到提升器501(在这种情况下直接夹紧至提升器501)的至少一个浮力辅助件(浮力元件)521。该至少一个浮力辅助件521在中线浮力区段510上方的位置处连接到提升器501。即，至少一个浮力辅助件521在沿船舶502(或水面)的方向比中线浮力区段510沿提升器更远的位置处连接到提升器。
在该示例中，第一分布浮力区段520包括多个浮力辅助件521。每个浮力辅助件521以同轴构型连接到提升器501。适当地，每个浮力辅助件521在与第一分布浮力区段520的相邻浮力辅助件521相距大约2米的距离处连接到提升器。
第一分布浮力区段520的净浮力足以保持在分布浮力区段520和中线浮力区段510之间在提升器上的拉力载荷。换言之，第一分布浮力区段520具有净浮力，该净浮力在使用时足以将提升器501的在第一分布浮力区段520和中线浮力区段之间的部分以大体上竖直的构型保持。
在第一分布浮力区段520和中线浮力区段510之间在提升器上的拉力载荷应足够使得管离开中线浮力区段510而没有显著的弯曲(从提升器的包括中线浮力区段510的部分偏离小于25度)，但是没有达到使管在该区段中承受过度的拉力载荷的过大的拉力。在该示例中，拉力载荷约为1500kN。本领域技术人员将理解，实际的拉伸载荷要求和限制根据管结构和质量、中线浮力区段510和分布浮力区段520之间的分离以及其它因素(例如，洋流)来确定。因此，不同的管结构、构型和位置将必然具有不同的拉力负载要求和限制，这些不同的拉力负载要求和限制在执行管设计时可以被计算。例如，第一分布浮力区段和中线浮力区段之间的提升器区段上的拉力载荷可以在50kN和3500kN之间。
在该示例中，每个浮力辅助件521有助于第一分布浮力区段520的净浮力。
当使用提升器组件500时，第一分布浮力区段520适当地设置成与中线浮力区段510的中心纵向轴线A成至多10°的角度。应理解，第一分布浮力区段520相对于中线浮力区段的中心纵向轴线A的精确角度将在提升器的整个寿命期间变化。该角度可以取决于许多环境因素，包括船舶运动、水下水流以及例如由于海洋生长物而导致的第一分布浮力区段520的净浮力变化。
第一分布浮力区段520设置在提升器上的与中线浮力区段510间隔开的位置处。即，中线浮力区段510的最上浮力补偿元件511n与第一分布浮力区段520的最下浮力补偿元件5211间隔开。因此，提升器的不具有连接到其上的浮力补偿元件的部分位于中线浮力区段510和第一分布浮力区段520之间。在该示例中，提升器在第一分布浮力区段520和中线浮力区段510之间的长度为40m。适当地，提升器在第一分布浮力区段520和中线浮力区段510之间的长度至少为20m。
第一分布浮力区段520保持第一分布浮力区段520和中线浮力区段510之间在提升器上的拉力负载。提升器的该区段上的拉力载荷有助于将提升器的离开中线浮力区段510的区段保持为大体上直的和/或竖直的构型(根据本发明的实施方案，提升器在静止的水中可以竖直地保持，然而，在现实中，洋流可以决定提升器从竖直方向倾斜的角度)。因此，提升器的离开中线浮力区段510的区段的弯曲特别地限制在与中线浮力区段510的最上浮力补偿元件511n直接相邻的部分处。
第二分布浮力区段530配置成以波形构型支撑提升器501的一部分。即，第二分布浮力区段501支撑提升器501以形成拱曲(hog bend)535和相应的垂曲(sag bend)536。
第二分布浮力区段包括在第一分布浮力区段520上方的位置处连接到提升器的至少一个另外的浮力补偿元件5311-n。即，该至少一个另外的浮力补偿元件5311-n在沿船舶502(或水面)的方向比第一分布浮力区段520沿提升器501更远的位置处连接到提升器。
在该示例中，提升器在第一分布浮力区段520的最上浮力辅助件521n与第二分布浮力区段530的最下浮力补偿元件5311之间的长度为120m。
在该示例中，第二分布浮力区段530包括多个浮力补偿元件5311-n。每个浮力补偿元件531以同轴构型连接到提升器501。在该示例中，每个浮力辅助件531在与第二分布浮力区段530的相邻浮力辅助件531相距大约2m的距离处连接到提升器。
浮力补偿元件531分布在提升器上，以在第一分布浮力区段上方形成波形构型。在该示例中，浮力辅助件531被适当地分布以形成拱曲535。
第二分布浮力区段530的波形构型用于将第二分布浮力区段530下方的提升器区段的响应与船舶运动分离。因此，船舶偏移将不会引起提升器上的过大的拉力或压缩。这种构型还允许船舶具有漂移区域，船舶在该漂移区域中可以在海面上移动而不会对柔性管产生拉力载荷。
本领域技术人员将理解，例如，浮力区段中的每一个之间的距离、每个浮力区段在水中的深度和每个浮力区段的净浮力应根据各种环境因素和特定柔性管构型选择。
例如，对于2000m的整个海洋深度和具有20cm直径的孔的典型的柔性管，中线浮力区段510的上端部的位置可以选择为距提升器的上端部在250m和1800m之间。第一分布浮力区段520的上端部的位置然后可以选择为距提升器的上端部在100m和1020m之间，并且第二分布浮力区段530的上端部的位置将为距提升器的上端部在50m和1000m之间。
中线浮力区段510的整体净浮力将为提升器系统浸没重量的约50％。第一分布浮力区段520的整体净浮力约为净提升器浸没重量的约10％，而第二分布浮力区段530的整体净浮力将为净提升器浸没重量的约20％(净提升器浸没重量的其余20％将作为船舶502上的悬挂载荷(hang-off load))。本领域技术人员将理解，这些比例将根据管设计、构型、该设计的潜在天然浮力、孔中是否具有流体，以及在不同水深度处的管区段的结构的任何差异而显著不同。例如，提升器501的底部区段可以具有较重的构造，其设计成承受2000m水深处的水的静水压力，并且因此在中线浮力510中可能需要增加的净浮力量，且然后在分布浮力区段520和530中可能需要较少的浮力，因为在提升器的上部区段中具有较轻的管构造。
现在将描述在上述实施方案(图5和图6)的构型中测试的提升器的具体示例。
柔性管被提供有如下表1所示的特性。提升器部署在2250米的深度处。
表1生产提升器的特性
项目 值
ID(mm) 203.20
OD(mm) 393.95
标称弯曲刚度EI(kN*m^2) 275.09
轴向刚度(kN) 949775
单位重量，在空气中为空的(kg/m) 272.49
操作半径(m) 3.86
内部设计压力(MPa) 7.35
外部设计压力(MPa) 34.47
内部设计温度(degC) 90
外部设计温度(degC) 90
提升器的等效总浮力为286吨(约260公吨)。
图7示出沿提升器测量的拉力载荷(提升器顶部处的弧长为0米)。可以看出，峰值拉力载荷(平均大约2200kN)处于恰好在中线浮力区段510下方的区域处，并且在第二分布浮力区段530处具有次级峰值。有效拉力从其峰值的下降由第一分布浮力520所施加的拉力减小。
其它测量如表2所示进行。
表2
最大顶部拉力(KN) 2145.5
沿提升器的最大拉力(KN) 2282.8
最大压缩(KN) 0
沿提升器的最大曲率(1/m) 0.03
沿提升器的最小弯曲半径(m) 29
最大悬吊长度(m) 2898
图8和图9示出另外的实施方案。这里，元件中的许多与图5和图6所示的第一实施方案相同，并且给出相同的参考标记。然而，在该第二实施方案中，不是第一分布浮力区段包括浮力辅助件以保持在第一分布浮力区段和中线浮力区段510之间在提升器上的适当的拉力载荷，而是拉力以另一种方式通过第一分布浮力区段620提供至提升器。
即，在这种情况下，在中线浮力区段510上方的位置处存在在中线浮力区段510和第二分布浮力区段530之间附连至提升器的两个夹具602。夹具通过系绳606拴系到大浮标(浮力辅助件)604。应理解，代替夹具，系绳606可以通过其它方式(例如，小浮标)附接到提升器。应理解，可以使用其它数量的系绳，例如，1个、3个或更多，并且系绳可以用链或绳索或其它丝状体代替。
大浮标604是正浮力，并且漂浮在中水。大浮标604具有预定的浮力，使得通过将提升器拴系到大浮标604，适当的拉力载荷被施加到提升器，以保持在第一分布浮力区段620和中线浮力区段510之间在提升器上的拉力载荷。
在第一分布浮力区段620和中线浮力区段510之间在提升器上的拉力载荷应足够使得管离开中线浮力区段510而没有显著的弯曲(从提升器的包括中线浮力区段510的部分偏离小于25度)，但是没有达到使管在该区段中承受过度的拉力载荷的过大的拉力。
可选地，如图8和图9所示，大浮标604通过附接至在海床处的锚610的系绳608被拴系在合适位置。可以适当地使用2个或更多的系绳来防止大浮标604从其在水中的位置偏离。系绳608有助于保持大浮标604的位置。
对上面描述的详细的布置进行各种修改是可能的。例如，尽管中线浮力区段已经被描述为包括正浮力的浮力辅助件，但是在其它示例中，浮力补偿元件511中的一个或更多个可以是压载重物(负浮力)。当形成提升器的柔性管自然地是自身有浮力的时，这可能是特别有用的。
中线浮力区段510可以可选地包括两个或更多个浮力补偿元件。浮力补偿元件应该被配置成为下面的提升器的区段提供足够的支撑。
中线浮力区段510可以包括适合于提升器的特定要求的任何数量的浮力补偿元件。例如，中线浮力区段510可以总共包括2个和20个之间的浮力补偿元件。适当地，中线浮力区段510可以包括6个浮力补偿元件。
尽管在上述示例中，中线浮力区段的浮力补偿元件被描述为经由中线连接器附接到提升器，但是应理解，可以使用任何技术将浮力补偿元件连接到提升器。例如，浮力补偿元件可以经由夹具、链、系绳连接到提升器，或者浮力补偿元件可以与提升器成一体，或以任何其它合适的方式连接到提升器。类似地，第一分布浮力区段和第二分布浮力区段的浮力补偿元件可以使用如上所述的任何合适的技术连接到提升器。
不是第一分布浮力区段520包括多个浮力辅助件，而是第一分布浮力区段520可选地可仅包括一个浮力辅助件。在该示例中，该一个浮力辅助件具有足够的浮力，以使提升器的在中线浮力区段和第一分布浮力区段之间的部分保持在大体上竖直的构型中。该一个浮力辅助件还应具有足够的浮力以保持在提升器的在中线浮力区段和第一分布浮力区段之间的部分上的拉力载荷。如果提供多个浮力辅助件，则所有浮力辅助件的净浮力一起应足以保持在提升器的在中线浮力区段和第一分布浮力区段之间的部分上的拉力载荷。
可选地，第一分布浮力区段可以包括围绕中线连接部安装的浮力辅助件。
根据提升器组件的设计标准(例如，最小弯曲半径)和第一分布浮力区段520的净浮力，第一分布浮力区段520可以设置成与中线浮力区段510的中心纵向轴线A成至多25°的角度。适当地，第一分布浮力区段520可以设置成与中线浮力区段510的中心纵向轴线A成至多15°的角度。更适当地，第一分布浮力区段520可以设置成与中线浮力区段510的中心纵向轴线A成至多10°的角度。该角度取决于各种环境因素，包括影响由第一分布浮力区段520提供的浮力的大小的水下水流和海洋生长物。
第二分布浮力区段530包括至少一个浮力补偿元件，并且可以可选地包括压载重物和/或浮力辅助件。压载重物和/或浮力辅助件可以根据本领域技术人员的设计要求容易地选择并且适当地连接到提升器形成波形构型。压载重物可能在由天然浮力柔性管形成的提升器的第二分布浮力区段中是特别有用的。压载重物也可以是特别有用的，以帮助在提升器中形成合适的垂曲，并且然后将必然地定位成更靠近提升器的船舶端502。因此，压载重物的位置也可以比产生拱曲的任何浮力辅助件的位置更深，结果是可以固定在比分布浮力区段520的位置更深的位置处，例如，位于水面下方100m和800m之间的位置处。
可选地，第一分布浮力区段520可以与第二分布浮力区段530组合。即，在第一分布浮力区段和第二分布浮力区段之间可能存在最小的间隙。因此，例如，第一分布浮力区段的最上浮力辅助件与第二分布浮力区段的最下浮力补偿元件之间的间隙可以小至1m或2m。
浮力区段(中线浮力区段、第一分布浮力区段和第二分布浮力区段)中的每个之间的距离(提升器的长度)可以根据各种因素而变化，这些因素包括水深、管重量和管自身的天然浮力，等。
中线浮力区段和第一分布浮力区段之间的距离可以例如在10m和50m之间，或者在10m和20m之间，或者在20m和40m之间，或者适当地为约15m。
第一分布浮力区段和第二分布浮力区段之间的距离可以例如10m和250m之间，或者在100m和140m之间，或者在1m和5m之间，或者2m，或者适当地为约120m。
可以根据例如包括整个海洋深度和提升器的重量的各种因素来选择沿管从提升器的上端到每个浮力区段的上端的相对位置。中线浮力区段的位置可以固定在距提升器的上端70m和1800m之间。适当地，中线浮力区段的位置可以固定在距上端100m和800m之间。第一分布浮力区段的位置可以固定在距上端60m和1020m之间。适当地，第一分布浮力区段的位置可以固定在距上端100m和300m之间。第二分布浮力区段的位置可以固定在距上端50m和1000m之间。适当地，第二分布浮力区段的位置可以固定在距上端80m和200m之间。
例如，还可以根据例如包括整个海洋深度和提升器的重量的各种因素来选择海面以下的各区段的深度。中线浮力区段510在海面以下的深度可以在50m和1500m之间。第一分布浮力区段520在海面以下的深度可以在40m和1480m之间。第二分布浮力区段530在海面以下的的深度可以在30m和1450m之间。应理解，每个浮力区段将跨越提升器数米，因此每个区段的不同部分将位于海中不同的深度处。
类似地，可以根据特定提升器的具体设计标准来选择每个浮力区段中的各个浮力补偿元件之间的距离。例如，中线浮力区段中的各个浮力补偿元件之间的距离可以为至多4m。适当地，中线浮力部段中的各个浮力补偿元件之间的距离可以是2m。第一分布浮力区段中的各个浮力补偿元件之间的距离可以为至多6m。适当地，中线浮力区段中的各个浮力补偿元件之间的距离可以是2m。第二分布浮力区段中的各个浮力补偿元件之间的距离可以在2m和15m之间。适当地，中线浮力区段中各个浮力补偿元件之间的距离可以是5米。
可以设想，不同尺寸的浮力补偿元件可以以不同的隔开距离(以简单或复杂的设计)组合，以产生具有下述优点的提升器形式。
利用上述布置，中线浮力区段510以相对容易组装而不会对管造成破裂载荷的直列式构型支撑提升器的在中线浮力区段510下方的下部区段的重量。
第一分布浮力区段保持在中线浮力区段上方的区域中在提升器上的适当量的拉力载荷，并且有助于最小化或消除提升器在中线浮力区段510和第一分布浮力区段520之间的压缩。这是由于第一分布浮力区段使用拉力载荷将提升器保持为相对直的构型。因此，没有出现来自中线浮力区段510的直列式浮力元件的端部的在管处的提升器过度弯曲。
第二分布浮力区段530设置为波形构型，以将船舶的移动与管的任何移动分离。
因此，通过提供提升器可以被支撑的布置，三个浮力区段一起工作以提供协同效应，该布置具有直列式浮力构型的所有优点和波形构型的优点，具有从直的形式到波形形式的平滑过渡。提升器被支撑在合适的形式中以防止或最小化过度弯曲。此外，提升器上的拉力载荷保持在允许的公差内，并且在悬挂位置(提升器连接到浮动设施的位置)处的拉力载荷减小。
另外，利用上述的布置，第一分布浮力区段和第二分布浮力区段之间的提升器区段的过度压缩或过度弯曲的风险大大降低。
利用上述布置，提升器作为整体经历最小压缩力或甚至没有压缩力。此外，与先前已知的提升器构型相比，提升器经历的最小弯曲半径较大，因此降低了提升器上的弯曲应力。
而且中水浮力件510的设计考虑也变得更简单，这是由于对于更严重的弯曲载荷和钟口元件的并入的评估和设计可能不是必需的。
利用上述布置，提升器上的最大有效拉力位于中线浮力区段和第一分布浮力区段之间的提升器区段中，而不是如已知提升器系统中在悬挂位置处。这显著改进了提升器的疲劳寿命性能，这是由于提升器中的拉力载荷减小，特别是悬挂位置处的拉力载荷减小。
对于本领域技术人员将清楚的是，关于上述任何实施方案描述的特征可以在不同实施方案之间可互换地应用。上述实施方案是示出本发明的各种特征的示例。
在本说明书的整个描述和权利要求中，词语“包括”和“包含”以及其变型意指“包括但不限于”，并且其不意图(并且不)排除其他部分、添加物、组成部分、整体或步骤。在本说明书的整个描述和权利要求中，单数涵盖复数，除非上下文另有要求。特别地，在使用不定冠词的情况下，本说明书应理解为考虑复数以及单数，除非上下文另有要求。
结合本发明的特定方面、实施方案或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学部分或组应被理解为可适用于本文描述的任何其他方面、实施方案或示例，除非与其不相容。在本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以在任何组合中被组合，除了其中这类特征和/或步骤中的至少某些是相互地排他的组合之外。本发明不限于任何前述的实施方案的细节。本发明扩展至在本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的特征或任何新颖的组合，或扩展至如此公开的任何方法或工艺的步骤中的任何新颖的步骤或任何新颖的组合。
阅读者的注意力被指向与本说明书与本申请有关的与本说明书同时地或在本说明书之前被提交的并且与本说明书一起向公众开放的所有的论文和文献，并且所有的这类论文和文献的内容通过引用并入本文。

Claims (21)

1.一种用于从海底位置输送流体的提升器组件，包括：
提升器，其包括柔性管的至少一个部段；
多个浮力补偿元件，其连接到所述提升器并且以直列式构型连接在一起以形成中线浮力区段；
至少一个浮力辅助件，其在所述中线浮力区段上方并与所述中线浮力区段间隔开的位置处连接到所述提升器，所述至少一个浮力辅助件形成第一分布浮力区段，并且具有足够的浮力以保持在所述第一分布浮力区段和所述中线浮力区段之间在所述提升器上的拉力载荷；以及
至少一个另外的浮力补偿元件，其在所述第一分布浮力区段上方并与所述第一分布浮力区段间隔开的位置处连接到所述提升器，以形成第二分布浮力区段，所述第二分布浮力区段配置为以波形构型支撑所述提升器的一部分。
2.根据权利要求1所述的提升器组件，其中，在所述中线浮力区段和所述第一分布浮力区段之间在所述提升器上的拉力载荷在50kN和3500kN之间。
3.根据权利要求1或2所述的提升器组件，其中，在使用中，所述第一分布浮力区段设置成与所述中线浮力区段的中心纵向轴线成至多25°的角度。
4.根据权利要求1或2所述的提升器组件，其中，在使用中，所述第一分布浮力区段设置成与所述中线浮力区段的中心纵向轴线成0°和10°之间的角度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的提升器组件，其中，所述中线浮力区段和所述第一分布浮力区段之间的距离在10m和50m之间。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的提升器组件，其中，所述中线浮力区段与所述第一分布浮力区段之间的距离至少为20m。
7.根据前述权利要求中任一项所述的提升器组件，其中，所述第一分布浮力区段和所述第二分布浮力区段之间的距离在10m和250m之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的提升器组件，其中，所述第一分布浮力区段和所述第二分布浮力区段之间的距离在100m和140m之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的提升器组件，其中，所述中线浮力区段设置在与所述提升器的上端相距70m和1800m之间的距离处。
10.根据前述权利要求中任一项所述的提升器组件，其中，所述第一分布浮力区段设置在与所述提升器的上端相距60m和1020m之间的距离处。
11.根据前述权利要求中任一项所述的提升器组件，其中，所述第二分布浮力区段设置在与所述提升器的上端相距50m和1000m之间的距离处。
12.根据前述权利要求中任一项所述的提升器组件，其中，所述第一分布浮力区段包括直接连接到所述提升器的所述至少一个浮力辅助件。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的提升器组件，其中，所述第一分布浮力区段包括经由一个或更多个拴系元件间接连接到所述提升器的所述至少一个浮力辅助件。
14.一种形成提升器组件的方法，所述提升器组件用于从海底位置输送流体，所述方法包括：
提供提升器，其包括柔性管的至少一个部段；
将多个浮力补偿元件连接到所述提升器，并且将所述浮力补偿元件以直列式构型连接在一起以形成中线浮力区段；
将至少一个浮力辅助件在所述中线浮力区段上方并与所述中线浮力区段间隔开的位置处连接到所述提升器，所述至少一个浮力辅助件形成第一分布浮力区段，并且具有足够的浮力以保持在所述第一分布浮力区段和所述中线浮力区段之间在所述提升器上的拉力载荷；以及
将至少一个另外的浮力补偿元件在所述第一分布浮力区段上方并与所述第一分布浮力区段间隔开的位置处连接到所述提升器，以形成第二分布浮力区段，所述第二分布浮力区段配置为以波形构型支撑所述提升器的一部分。
15.根据权利要求14所述的形成提升器组件的方法，其中，在所述中线浮力区段和所述第一分布浮力区段之间在所述提升器上的拉力载荷在50kN和3500kN之间。
16.根据权利要求14或15所述的形成提升器组件的方法，其中，在使用中，所述第一分布浮力区段设置成与所述中线浮力区段的中心纵向轴线成至多25°的角度。
17.根据权利要求14或15所述的形成提升器组件的方法，其中，在使用中，所述第一分布浮力区段设置成与所述中线浮力区段的中心纵向轴线成0°和10°之间的角度。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的形成提升器组件的方法，其中，所述中线浮力区段与所述第一分布浮力区段之间的距离在10m和50m之间。
19.根据权利要求14至17中任一项所述的形成提升器组件的方法，其中，所述中线浮力区段与所述第一分布浮力区段之间的距离为至少20m。
20.一种提升器组件，其大体上如上文参考图5和图6或图8和图9描述的。
21.一种形成提升器组件的方法，其大体上如上文参考图5和图6或图8和图9描述的。
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Inventor after: Tan Zhimin

Inventor after: Hou Yucheng

Inventor after: Tian Yuan

Inventor after: Zhang Yanqiu

Inventor after: Fabio Desozapirais

Inventor after: Karabelas George

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Inventor before: Hou Yucheng

Inventor before: Tian Yuan

Inventor before: Zhang Yanqiu

Inventor before: Fabio Desozapirais

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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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