CN107869314B - 用于固定竖管支撑件的系统和自主方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于固定石油生产单元中的竖管的连接器的系统。在这种情况中，本发明提供一种用于固定竖管支撑件的自主系统，所述系统包括：(i)竖管支撑件，其在其底部端部连接到浸没的竖管并且在其上部端部连接到张紧元件，(ii)包括通孔的支撑凸缘，竖管支撑件的至少一部分和张紧元件穿过通孔，(iii)位于支撑凸缘上的固定装置，其相对于支撑凸缘滑动并且由致动器驱动，其中固定装置在未锁定位置和通孔上的锁定位置之间滑动，其中，在锁定位置中，在连接器已经穿过支撑凸缘的通孔之后，固定装置可以通过锁定接合在竖管支撑件的连接器中。本发明还提供与上述系统关联的用于固定竖管支撑件的自主方法。

Description

用于固定竖管支撑件的系统和自主方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月23日提交的BR 10 2016 021963-9的优先权的权益，所述文献通过引用整体并入本说明书。
技术领域
本发明涉及用于固定石油生产单元中的竖管的连接器的系统。
背景技术
随着在不断增加的水深处发现油气生产场地，固定在海床上的刚性结构(旨在用于安装生产设备)的使用也一天天地变得更复杂。在一些情况中，由于油气生产场地所处区域的特别条件，所述刚性结构的使用已经变得不可行。
在更近一段时间内，由于浮动结构与固定结构相比通常提供了更低成本的选择，因此浮动结构代表了一种替代方案，也即越来越频繁地用于安装生产设备。
深水中的石油生产广泛使用立管(也称为竖管)。这种管道(可以为柔性的或刚性的)收集由水下油井生产的油，并且将所述油传送到浮动单元，并且随后传送到油轮，或将油直接传送到陆上装置。
在浮动单元的结构中竖管的安装和拆卸被称为拉入(pull in)和拔出(pull out)操作。连接到支撑竖管的浸没的支撑系统的拉入/拔出缆索悬挂竖管的组件和支撑系统，直到支撑系统的连接器接合在静止生产单元(SPU)的支撑件中并且能够被手动地紧固且固定。
SBM公司已经开发一种楔形结构(wedge)的系统(在图1中被示出)，所述系统用于紧固和固定支撑系统的连接器，具体地用于支撑I管类型的系统。
支撑系统的连接器的紧固和固定在潜水员的辅助下来实施，这是由于这些操作没有被完全自动化。
然而，由于在现有技术中通常采用的用于安装柔性竖管的方法需要使用潜水员和辅助船的移动，这种方法在一段时间内受到海洋条件的影响。由于对于良好的潜水条件的长的等待期，对天气条件的这种依赖可能导致项目的意外推迟。
为了解决这个问题，在现有技术中可以发现用于紧固和固定竖管支撑系统的一些技术。在下面简要地描述这些技术中的一些。
文献US7373986B2公开一种用于竖管的连接器，所述连接器包括双击固定系统。在拉入操作中，定位在竖管的上部部分中的加大部分或接头进入固定到平台的结构的壳状部(pocket)。接头或加大部分包括支撑表面，所述支撑表面包括凸起(cam)，所述凸起接合在壳状部的凹部中。所述壳状部并排布置，并且凸起的接合由引导件引导，所述引导件成角度地移动所述凸起直到所述凸起位于凹部上。然后降低竖管直到凸起接合在凹部中。
文献US5947642A描述一种用于联接柔性竖管的装置，所述装置包括张紧器和可成角度地移动的固定器，所述张紧器设置有凸出部，当张紧器被升高到圆筒形壳状部中时，所述固定器用于自动地固定所述凸出部。
文献US7967070B2也公开一种连接器，所述连接器包括待联接到水下结构的漏斗状/引导(funnel guide)组件，其中所述漏斗状/引导组件接收轴。所述轴联接到张紧器。固定组件联接到漏斗状/引导组件，其中所述固定组件包括固定装置。固定器移动进入和离开漏斗状/引导组件，其中所述固定器被插入到所述轴的凹部中以用于固定所述轴相对于漏斗状/引导组件的轴向移动。使用遥控操作装置(ROV)安装和固定所述连接器。
虽然现有技术包括用于固定竖管的支撑系统或张紧器的各种装置和系统，但这些技术中的许多技术是复杂的和/或需要用于所述固定的精确调节。此外，许多技术将至少需要ROV的辅助，这可能使得拉入/拔出操作在极端海洋条件下不可行。
如下面将详细说明的，本发明旨在提供一种用于自动安装和固定支撑系统的简单的并且低成本的替代方案。
发明内容
本公开的目标是提供用于固定竖管支撑件的一种系统和一种自主方法，所述系统和自主方法不需要用于手动连接和断开所述系统的潜水操作或对ROV的辅助的需要。
因此，为了实现这个目标，本公开提供一种用于固定或释放竖管支撑件的自主系统，其中所述自主系统包括以下特征的至少一个或更多个：竖管支撑件，所述竖管支撑件能够在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件，所述竖管支撑件具有连接器；支撑凸缘，所述支撑凸缘包括通孔，所述竖管支撑件的至少一部分和所述张紧元件可以穿过所述通孔；固定装置，所述固定装置位于所述支撑凸缘上，所述固定装置能够相对于所述支撑凸缘滑动并且由致动器驱动；其中所述固定装置构造为相对于所述通孔在未锁定位置和锁定位置之间滑动，其中，在所述锁定位置中，在所述连接器已经穿过所述支撑凸缘的通孔之后，所述固定装置可以接合所述竖管支撑件的连接器，以便防止所述连接器穿过所述通孔返回。
根据本公开的另一方面，本公开提供一种用于固定竖管支撑件的自主方法，其中所述方法包括以下步骤的一个或更多个：使竖管支撑件的至少一部分穿过支撑凸缘的通孔，所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件；和相对于所述支撑凸缘滑动位于所述支撑凸缘上的固定装置，所述固定装置由致动器驱动，其中所述固定装置相对于所述通孔在未锁定位置和锁定位置之间滑动，其中，在所述锁定位置中，在所述连接器已经穿过所述支撑凸缘的通孔之后，所述固定装置可以与所述竖管支撑件的连接器接合，以便防止所述连接器穿过所述通孔返回。
根据本公开的另一方面，本公开提供一种用于释放竖管支撑件的自主方法，其中所述方法包括以下步骤的一个或更多个：将固定装置设置在位于支撑凸缘上的锁定位置中并且与竖管支撑件接合，以便防止所述竖管支撑件穿过支撑凸缘的通孔，其中所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件；相对于所述支撑凸缘滑动所述固定装置，所述固定装置由致动器驱动，其中所述固定装置相对于所述支撑凸缘中的通孔在所述锁定位置和未锁定位置之间滑动以便从所述竖管支撑件脱开；和使所述竖管支撑件的至少一部分穿过所述支撑凸缘的通孔。
根据本公开的另一方面，本公开提供一种用于固定竖管支撑件的自主系统，所述自主系统包括：(i)竖管支撑件，所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件，(ii)支撑凸缘，所述支撑凸缘包括通孔，所述竖管支撑件的至少一部分和所述张紧元件穿过所述通孔，和(iii)固定装置，所述固定装置位于所述支撑凸缘上，所述固定装置相对于所述支撑凸缘滑动并且由致动装置致动，其中所述固定装置在未锁定位置和通孔上的锁定位置之间滑动，其中，在锁定位置中，在连接器已经穿过支撑凸缘的通孔之后，固定装置可以通过锁定接合在竖管支撑件的连接器中。
本公开还提供一种用于固定竖管支撑件的自主方法，所述自主方法包括以下步骤：(i)使竖管支撑件的至少一部分穿过支撑凸缘的通孔，所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件；和(ii)相对于所述支撑凸缘滑动位于所述支撑凸缘上的固定装置，所述固定装置由致动装置致动，其中所述固定装置在未锁定位置和通孔上的锁定位置之间滑动，其中，在锁定位置中，在连接器已经穿过支撑凸缘的通孔之后，固定装置可以通过锁定接合在竖管支撑件的连接器中。
根据本公开的一个方面，本公开提供一种用于固定竖管支撑件的自主方法，其特征在于，所述自主方法包括以下特征的一个或更多个：竖管支撑件，所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件；支撑凸缘，所述支撑凸缘包括通孔，所述竖管支撑件的至少一部分和所述张紧元件穿过所述通孔；固定装置，所述固定装置位于所述支撑凸缘上，所述固定装置相对于所述支撑凸缘滑动并且由致动器驱动；其中所述固定装置在未锁定位置和通孔上的锁定位置之间滑动，其中，在锁定位置中，在连接器已经穿过支撑凸缘的通孔之后，固定装置可以通过锁定接合在竖管支撑件的连接器中。
本公开的另外方面规定固定装置在位于支撑凸缘上的至少一个轨道上滑动。
本公开的另外方面规定固定装置能够借助于至少一个锁定销锁定在锁定位置中，所述至少一个锁定销可以接合在支撑凸缘的至少一个固定孔中。
本公开的另外方面规定所述至少一个锁定销由至少一个液压锁定缸驱动。
本公开的另外方面规定所述致动器是至少一个液压位移缸。
本公开的另外方面规定所述固定装置包括马蹄形状，在所述马蹄形状中存在前部开口，所述前部开口用于将所述固定装置围绕竖管支撑件的连接器定位。
本公开的另外方面规定所述固定装置包括上部表面，所述上部表面接触竖管支撑件的连接器，并且相对于底部表面沿至少一个方向倾斜。
本公开的另外方面规定所述固定装置的上部表面相对于至少一个方向的倾斜对应于竖管的悬链角和方位角中的至少一个。
本公开的另外方面规定竖管支撑件是I管类型或MFBM类型的支撑件。
本公开的另外方面提供一种用于固定竖管支撑件的自主方法，其特征在于，所述自主方法包括以下步骤的一个或更多个：使竖管支撑件的至少一部分穿过支撑凸缘的通孔，所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件；相对于所述支撑凸缘滑动位于所述支撑凸缘上的固定装置，所述固定装置由致动器驱动，其中所述固定装置在未锁定位置和通孔上的锁定位置之间滑动，其中，在锁定位置中，在连接器已经穿过支撑凸缘的通孔之后，固定装置可以通过锁定接合在竖管支撑件的连接器中。
本公开的另外方面规定所述自主方法包括借助于至少一个锁定销将固定装置锁定在锁定位置中的额外步骤，所述至少一个锁定销可以接合在支撑凸缘的至少一个固定孔中。
本公开的另外方面规定所述自主方法包括通过释放支撑凸缘的至少一个固定孔的至少一个锁定销解锁处于锁定位置中的固定装置的额外步骤。
附图说明
表示本公开的实施例的下面给出的详细描述涉及附图以及其相应的附图标记。
图1示出如现有技术中已知的用于紧固和固定I管类型的支撑系统的连接器的楔形结构的系统。
图2示出能够安装本公开的系统的SPU的本体的一部分的等距视图。
图3示出处于锁定位置的本公开的系统的优选实施例的详细等距视图。
图4示出处于未锁定位置的本公开的系统的优选实施例的等距视图，其中连接器还未穿过支撑凸缘(ledge)的通孔。
图5示出处于未锁定位置的本公开的系统的优选实施例的等距视图，其中连接器正穿过支撑凸缘的通孔。
图6示出处于未锁定位置的本公开的系统的优选实施例的等距视图，其中所述连接器已经穿过支撑凸缘的通孔。
图7示出处于中间位置的本公开的系统的优选实施例的等距视图，其中固定装置正被移动以用于固定连接器。
图8示出处于锁定位置的本公开的系统的优选实施例的详细等距视图。
图9示出根据本发明的优选公开的固定装置的详细等距视图。
图10示出图9的固定装置的四个视图，即前视图、侧视图、底视图和等距底视图。
具体实施方式
首先强调，下面的描述将基于本公开的优选实施例。然而，如对于本领域技术人员来说显而易见的，本发明不限于该具体实施例。
图2到图8示出安装有本公开的系统的静止生产单元(SPU)的本体10的一部分的等距视图。
本系统包括支撑凸缘20，所述支撑凸缘20是浸没的。凸缘20包括通孔22，张紧元件30可以穿过所述通孔22。张紧元件30在一些实施例中是钢索。在一些实施例中，张紧元件30是竖管支撑件32的至少一部分。支撑凸缘20相对于SPU的本体10固定。
竖管支撑件32在其底部端部处连接到浸没的竖管34，所述竖管支撑件32也可以构成所提出的系统的一部分。竖管支撑件32在其上部端部处连接到张紧元件30。
在一些实施例中，竖管支撑件32是I管类型的支撑件或多功能喇叭口(MFBM)类型的支撑件，所述竖管支撑件32通常用于支撑SPU中的竖管。
任选地，张紧元件30经过偏转滑轮36。这允许引导竖管支撑件32的加载，并且因此引导浸没的竖管34的加载。
一旦张紧元件30和竖管支撑件32的至少一部分已经穿过通孔22(如图3中所示)，由于张紧元件30的张紧，竖管支撑件32就可以借助于定位在支撑凸缘20上的固定装置40相对于支撑凸缘20固定。
固定装置40在远离通孔22的未锁定位置(图4到图6)和位于通孔22上的锁定位置(图8)之间滑动。
在一些实施例中，固定装置40在至少一个轨道24上滑动。轨道24可以位于支撑凸缘20上。如图2中的详细示出的，在一些实施例中，两个轨道设置在支撑凸缘20上以用于固定装置40的滑动。任选地，止动块25定位在任何轨道的一个端部或两个端部处，以限制固定装置40的移动。
在锁定位置中，在连接器38已经穿过支撑凸缘20的通孔22之后，固定装置40可以通过锁定接合在竖管支撑件32的连接器38中，以便防止连接器38穿过所述通孔返回。即，一旦所述连接器已经穿过通孔22而与固定装置40位于通孔22的相同的侧部上，固定装置40就可以防止连接器38返回。在一些实施例中，连接器38包括环形凸出部，所述环形凸出部用于联接到固定装置40中。
在一些实施例中，固定装置40包括马蹄形状，在所述马蹄形状中存在前部开口42，所述前部开口42用于将所述固定装置40围绕竖管支撑件32的连接器38定位并且联接到所述连接器38的环形凸出部。即，前部开口42可以适配在竖管支撑件32上的环形凸出部下方，并且竖管支撑件32中的张力随后将环形凸出部朝向固定装置40偏压，由此将竖管支撑件32抵接固定装置40固定。这在下面被更详细地讨论。
优选地，固定装置40能够借助于至少一个锁定销44锁定在锁定位置中。在一些实施例中，锁定销44可以接合在支撑凸缘20的至少一个固定孔26中(如图2中所示)。在一些实施例中，两个锁定销被设置用于联接在支撑凸缘20的两个固定孔中。
在一些实施例中，所述至少一个锁定销44由至少一个液压锁定缸46致动。因此，当固定装置40处于锁定位置时，所述至少一个液压锁定缸46致动所述至少一个锁定销44以用于联接到支撑凸缘20的所述至少一个固定孔26中并且以用于固定竖管支撑件32。即，液压锁定缸可以将锁定销44液压地推进到固定孔26中。为了断开所述系统，所述至少一个液压锁定缸46可以被致动以便将所述至少一个锁定销44从支撑凸缘20的所述至少一个固定孔26脱开。以这种方式，固定装置40变得在锁定位置和未锁定位置之间自由移动。将固定装置40滑动到未锁定位置将固定装置40从竖管支撑件32的连接器38的环形凸出部下方移除，由此从固定装置40释放竖管支撑件32。
借助于致动器48实现固定装置40在锁定位置和未锁定位置之间的滑动。在一些实施例中，致动器48是至少一个液压位移缸。所述液压位移缸可以在一个端部处固定到固定装置40。液压位移缸的另一端部可以固定到支撑凸缘20的固定元件49。
在一些实施例中，固定装置40还可以包括上部表面，所述上部表面将接触竖管支撑件32的连接器38。所述上部表面可以相对于固定装置40的底部表面沿至少一个方向倾斜，如图10中的前视图和侧视图中示出的。如可以看到的，角度X和Y沿两个相互垂直的方向形成。这促进固定装置40的上部表面与竖管支撑件32的连接器38的更好的联接。换句话说，在固定装置40处于锁定位置时，倾斜的上部表面阻止连接器38滑出固定装置40。角度X和Y将根据竖管34的悬链角(catenary angle)和/或方位角而变化。在一些实施例中，角度X和Y可以对应于竖管34的悬链角和/或方位角。角度X和Y也可以根据支撑凸缘20的角度而变化。
在一些实施例中，集中帽(centralizing cap)37(例如，参见图4)设置在竖管支撑件32的下方。此外，在一些实施例中，柔性接头(也称为弯曲接头)39设置在竖管34的上部端部处，即，如图6中所示位于竖管支撑件32下方，或者如图5中所示位于集中帽37(如果存在)下方。
任选地，本发明的系统的每个部件均可以通过滑动涂覆(在移动部分的情况下)和防污涂覆中的至少一种被处理。
本公开还提供一种与上面提出的系统相关联的方法，所述方法包括以下步骤：(a)使竖管支撑件32的至少一部分穿过支撑凸缘20的通孔22，所述竖管支撑件32在其底部端部处连接到浸没的竖管34并且在其上部端部处连接到张紧元件30；和(b)将位于支撑凸缘20上的固定装置40相对于支撑凸缘20滑动，所述固定装置40由致动器48驱动。
在提出的方法中，固定装置40可以在未锁定位置和通孔22上的锁定位置之间滑动。在锁定位置中，在连接器38已经穿过支撑凸缘20的通孔22之后，固定装置40可以通过锁定接合在竖管支撑件32的连接器38中。
所述方法的步骤可以在没有用户直接操纵的情况下被实施，并且可以替代地被远程地实施。即，例如通过远程控制的张紧或卷绕系统施加张力到张紧元件30可以控制使竖管支撑件32穿过通孔22的动作。滑动的动作可以由远程操作的致动器48控制。
在一些实施例中，所述方法可以包括借助于至少一个锁定销44将固定装置40锁定在锁定位置中的额外步骤。锁定销44可以是接合在支撑凸缘20的至少一个固定孔26中的销。
在一些实施例中，所述方法可以包括从锁定位置解锁固定装置40的额外步骤。这可以通过从支撑凸缘20的至少一个固定孔26释放至少一个锁定销44来实现。
因此，本公开提供用于固定竖管支撑件的一种系统和一种自主方法，所述系统和自主方法不需要用于手动连接和断开所述系统的潜水操作或对ROV的辅助的需要。
落在本申请的保护范围内的许多变化被允许。因此强调，本发明不限于上面描述的具体构造/实施例。对本领域技术人员来说显然的上述设备和方法的修改，可行的不同变例之间的组合，和本发明的方面的变例旨在位于权利要求的精神和范围内。

Claims (14)

1.一种用于固定或释放竖管支撑件的自主系统，其中，所述自主系统包括：
竖管支撑件，所述竖管支撑件能够在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件，所述竖管支撑件具有连接器；
支撑凸缘，所述支撑凸缘包括通孔，所述竖管支撑件的至少一部分和所述张紧元件能够穿过所述通孔；
固定装置，所述固定装置位于所述支撑凸缘上，所述固定装置能够相对于所述支撑凸缘滑动并且由致动器驱动；
其中，所述固定装置构造为相对于所述通孔在未锁定位置和锁定位置之间滑动，
其中，在所述锁定位置中，在所述连接器已经穿过所述支撑凸缘的所述通孔之后，所述固定装置能够接合所述竖管支撑件的所述连接器，以便防止所述连接器穿过所述通孔返回。
2.根据权利要求1的自主系统，其中，所述固定装置在位于所述支撑凸缘上的至少一个轨道上滑动。
3.根据权利要求1的自主系统，其中，所述固定装置能够借助于至少一个锁定销锁定在所述锁定位置中，所述至少一个锁定销能够接合在所述支撑凸缘的至少一个固定孔中。
4.根据权利要求3的自主系统，所述自主系统还包括至少一个液压锁定缸，所述液压锁定缸用于驱动所述至少一个锁定销。
5.根据权利要求1的自主系统，其中，所述致动器是至少一个液压位移缸。
6.根据权利要求1的自主系统，其中，所述固定装置包括马蹄形状，在所述马蹄形状中存在开口，在所述锁定位置中，所述开口用于将所述固定装置围绕所述竖管支撑件的连接器定位。
7.根据权利要求1的自主系统，其中，所述固定装置包括上部表面和下部表面，其中所述上部表面接触所述竖管支撑件的连接器，并且相对于底部表面沿至少一个方向倾斜。
8.根据权利要求7的自主系统，其中，所述固定装置的所述上部表面相对于至少一个方向的倾斜对应于所述竖管的悬链角和方位角中的至少一个。
9.根据权利要求1的自主系统，其中，所述竖管支撑件是I管类型或MFBM类型的支撑件。
10.根据权利要求1的自主系统，所述自主系统还包括偏转滑轮，其中所述张紧元件经过所述偏转滑轮。
11.一种用于固定竖管支撑件的自主方法，其中，所述自主方法包括以下步骤：
使竖管支撑件的至少一部分穿过支撑凸缘的通孔，所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件；和
相对于所述支撑凸缘滑动位于所述支撑凸缘上的固定装置，所述固定装置由致动器驱动；
其中，所述固定装置相对于所述通孔在未锁定位置和锁定位置之间滑动，并且
其中，在所述锁定位置中，在所述连接器已经穿过所述支撑凸缘的通孔之后，所述固定装置可以与所述竖管支撑件的连接器接合，以便防止所述连接器穿过所述通孔返回。
12.根据权利要求11的自主方法，其中所述自主方法包括借助于至少一个锁定销将所述固定装置锁定在所述锁定位置中的额外方法，所述至少一个锁定销能够接合在所述支撑凸缘的至少一个固定孔中。
13.根据权利要求12的自主方法，其中所述自主方法包括通过释放所述支撑凸缘的所述至少一个固定孔的至少一个锁定销从所述锁定位置解锁所述固定装置的额外步骤。
14.一种用于释放竖管支撑件的自主方法，其中所述自主方法包括以下步骤：
将固定装置设置在位于支撑凸缘上的锁定位置中并且与竖管支撑件接合，以便防止所述竖管支撑件穿过支撑凸缘的通孔，其中所述竖管支撑件在其底部端部处连接到浸没的竖管并且在其上部端部处连接到张紧元件；
相对于所述支撑凸缘滑动所述固定装置，所述固定装置由致动器驱动，其中所述固定装置相对于所述支撑凸缘中的通孔在所述锁定位置和未锁定位置之间滑动以便从所述竖管支撑件脱开；和
使所述竖管支撑件的至少一部分穿过所述支撑凸缘的通孔。
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