CN111232142B - 一种顶张式立管横向柔性支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶张式立管横向柔性支撑结构，包括：支撑主体，水平分布在所述浮式平台上的顶张式立管穿过的月池内，所述支撑主体与所述月池之间为柔性连接，所述支撑主体上形成有供所述顶张式立管以及海底设备穿过的多个开口，所述开口的数量以及位置与所述浮式平台上的所述顶张式立管的数量和位置相对应；每一所述开口上活动设置限位机构，所述限位机构在所述浮式平台进行在位作业时限制所述顶张式立管的水平运动。本发明的横向柔性支撑结构能够减小立管与平台的相对水平位移，避免立管与平台结构的干涉碰撞，同时能降低立管在支撑结构处的弯矩。

Description

一种顶张式立管横向柔性支撑结构

技术领域

本发明涉及一种用于抑制顶张式立管横向自由运动的支撑结构，特别涉及一种顶张式立管横向柔性支撑结构，属于深水海洋油气开发技术领域。

背景技术

我国海洋油气开发已有40多年历史，逐步从近海浅水区域不断往远海深水区域发展。立管系统是海洋油气开发的关键组成部分,但也是薄弱易损的构件之一。顶张式立管是以垂直或近似垂直的方式连接海底与海洋平台，将海底的石油天然气等资源运输到平台上进行处理。顶张式立管的顶部连接到位于平台甲板上的张紧器，底部连接到固定于海底的井口装置。顶张式立管可用于钻井、完井和生产等。采用顶张式立管的浮式平台通常称为干式开采平台或干树平台。干树平台由于具备钻修井成本低、生产可靠、油气采收率高等优点而倍受工业界的青睐。

深水浮式平台在外部环境载荷作用下一般会产生较大的水平(横向)位移。顶张式立管由于顶部随着平台的运动而运动，但其底部固定不动，所以立管会由垂直变成倾斜。立管与垂线的偏移随着离立管顶部的距离增加而增加。平台基线面、平台浮箱或平台的下浮箱/垂荡板是离平台顶部最远的结构；如果立管倾斜过大，倾斜的立管可能会与平台基线面的结构发生干涉或碰撞。另外，在平台运动、环境载荷和内流共同作用下，紧密排列的相邻立管具有不同的运动响应，可能会引发立管之间的干涉或碰撞，影响立管的安全运行。

对于传统的张力腿平台(TLP)，由于浮箱内侧间距较大，一般不会发生顶张式立管与平台结构的干涉碰撞现象；但是立管与平台相互作用点位于很高的张紧器处，恶化了平台的运动性能。对于紧凑型平台(如Spar，SeaStar TLP平台等)或基线离立管顶部距离很大的平台(如Spar，带有下浮箱/垂荡板的干树半潜式平台等)，大的平台位移则可能会导致立管与平台结构发生干涉碰撞。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种顶张式立管横向柔性支撑结构，该横向柔性支撑结构能够减小立管与平台的相对水平位移，避免立管与平台结构的干涉碰撞，同时能降低立管在支撑结构处的弯矩。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种顶张式立管横向柔性支撑结构，包括：支撑主体，水平分布在所述浮式平台上的顶张式立管穿过的月池内，所述支撑主体与所述月池之间为柔性连接，所述支撑主体上形成有供所述顶张式立管以及海底设备穿过的多个开口，所述开口的数量以及位置与所述浮式平台上的所述顶张式立管的数量和位置相对应；每一所述开口上活动设置限位机构，所述限位机构在所述浮式平台进行在位作业时限制所述顶张式立管的水平运动。

优选地，所述限位机构包括均匀布设于所述开口的四周的多个臂形结构，每一所述臂形结构包括转动连接在所述开口的边缘上的连接臂，以及固定设置在所述连接臂的第一端上的孔臂；所述多个臂形结构在进行所述顶张式立管的安装或回收时竖直布设在所述开口的四周，使得所述开口的大小足够海底设备和顶张式立管穿过，所述多个臂形结构在所述浮式平台进行在位作业时水平分布在所述开口内，多个所述孔臂围设在所述顶张式立管的外部，构成限制所述顶张式立管水平运动的限位孔。

优选地，所述孔臂为弧形臂，所述限位孔为圆形开孔，所述圆形开孔的内径大于所述顶张式立管的外径。

优选地，所述孔臂的内壁设置有防撞材料，所述防撞材料采用弹性材料。

优选地，所述支撑主体通过柔性连接件水平设置在所述浮式平台的月池内。

优选地，所述支撑主体包括钢架结构以及设置在所述钢架结构上的浮力块；所述钢架结构上留有供所述顶张式立管以及海底设备穿过的多个开口，所述浮力块提供的浮力与所述支撑主体的重力相当。

优选地，所述钢架结构由板和/或管连接形成，板和/或管之间采用焊接或铆接的连接方式。

优选地，顶张式立管横向柔性支撑结构设置在所述浮式平台的基线面附近的月池内；

优选地，所述支撑主体设置在所述浮式平台的基线面附近的浮箱或垂荡板的月池内。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明的顶张式立管横向柔性支撑结构，包括水平设置在浮式平台上的顶张式立管穿过的月池内的支撑主体，支撑主体与平台结构之间为柔性连接，支撑主体上配置有供顶张式立管和海底设备穿过的的多个开口，每一开口内设置在浮式平台进行在位作业时限制顶张式立管水平运动的限位机构，本发明的横向柔性支撑结构能够减小立管与平台的相对水平位移，避免立管与平台结构的干涉碰撞，同时能降低立管在支撑结构处的弯矩。

附图说明

图1是本发明与平台结构连接的结构示意图；

图2是本发明臂形结构的示意图；

图3是本发明限位机构在开口上竖直布设的结构示意图；

图4是本发明限位机构在开口内水平分布的结构示意图；

图5是本发明浮式平台的结构示意图；

图6是深水浮式平台在环境载荷作用下产生位移时，顶张式立管与深水浮式平台相对位置示意图；其中，6a表示深水浮式平台未安装横向支撑结构时顶张式立管与深水浮式平台的相对位置示意图；6b表示深水浮式平台安装横向柔性支撑结构时顶张式立管与深水浮式平台的相对位置示意图。

图中，1、浮式平台；4、顶张式立管；5、张紧器装置；6、月池；7、支撑主体；71、钢架结构；72、浮力块；8、柔性连接件；9、开口；10、限位机构；101、连接臂；102、孔臂；11、防撞材料。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1、图5所示，本发明提供的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其包括支撑主体7，水平分布在浮式平台1上的顶张式立管4穿过的月池6内，支撑主体7与月池6之间为柔性连接，支撑主体7上形成有供顶张式立管4以及海底设备穿过的多个开口9，开口9的数量以及位置与浮式平台1上的顶张式立管4的数量和位置相对应；每一开口9上活动设置限位机构10，限位机构10在浮式平台1进行在位作业时限制顶张式立管4的水平运动。

在一个优选实施例中，如图2～4所示限位机构10包括均匀布设于开口9的四周的多个臂形结构，每一臂形结构包括转动连接在开口9的边缘上的连接臂101，以及固定设置在连接臂101的第一端上的孔臂102；多个臂形结构在进行顶张式立管4的安装或回收时竖直布设在开口9的四周，使得开口9的大小足够海底设备和顶张式立管4穿过，多个臂形结构在浮式平台1进行在位作业时水平分布在开口9内，多个孔臂102围设在顶张式立管4的外部，构成限制顶张式立管4水平运动的限位孔。

在一个优选实施例中，孔臂102为弧形臂，限位孔为圆形开孔，圆形开孔的内径大于顶张式立管4的外径，使得顶张式立管4能够穿过限位孔，并能够在限位孔内上下运动，以补偿浮式平台1的垂荡运动。

在一个优选实施例中，孔臂102的内壁设置有防撞材料11，防止顶张式立管4的外壁与孔臂102的内壁之间发生刚性(如钢-钢)接触；其中，防撞材料可以采用橡胶等弹性材料。

在一个优选实施例中，支撑主体7通过弹簧或缆绳等柔性连接件8水平设置在浮式平台1的月池6内。

在一个优选实施例中，支撑主体7包括钢架结构71以及设置在钢架结构71上的浮力块72；钢架结构71上留有供顶张式立管4以及海底设备穿过的多个开口9，浮力块72提供的浮力与支撑主体7的重力相当，避免支撑主体7的重量对柔性连接件8造成大的垂向力。

在一个优选实施例中，钢架结构71由钢板和/或钢管或其他材料的板和/或管等连接在一起形成；其中，钢板和/或钢管或其他材料的板和/或管之间的连接方式可以是焊接、铆接等形式。

在一个优选实施例中，如图5所示，浮式平台1的基线面距离顶张式立管4的顶部(即顶张式立管4与张紧器装置5的连接处)最远，当浮式平台1发生移动时，位于浮式平台1的基线面附近处的顶张式立管4与浮式平台1的相对水平位移最大，最有可能与浮式平台1发生干涉碰撞，故顶张式立管横向柔性支撑结构一般设置在浮式平台1的基线面附近的月池6内，如，支撑主体7设置在浮式平台1的基线面附近的浮箱或垂荡板的月池6内。

在一个优选实施例中，如图5所示，浮式平台1为深水浮式平台，可以是张力腿平台TLP、干树半潜或其他任何的浮式平台，顶张式立管4以垂直或近似垂直的方式连接海底井口装置和平台甲板上的张紧器装置5，顶张式立管4穿过浮箱或垂荡板的月池6。

如图6所示，浮式平台1在环境载荷作用产生位移情况下，对比浮式平台1上未安装横向支撑结构和安装有本发明的横向柔性支撑结构两种情况下，顶张式立管4与浮式平台1的相对位置；

在浮式平台1产生位移的情况下，顶张式立管4的顶部连接张紧器装置5是随着浮式平台1运动而运动的；但底部连接海底井口装置是固定的。如果在浮式平台1的底部基线附近(如浮箱、下浮箱或垂荡板的月池内)没有设置横向支撑结构，顶张式立管4维持直线形状(如图6中的6a所示)，由于顶张式立管4和平台1的底部横向相对位移较大，他们之间会发生干涉碰撞；另外，浮式平台1的顶部的张力器装置5也会承受较大的横向拉伸载荷和弯矩。如果在浮式平台1的底部基线附近(如浮箱、下浮箱或垂荡板的月池内)设置本发明的横向柔性支撑结构，顶张式立管4在平台位移情况下(如图6中的6b所示)，顶张式立管4在支撑结构处与平台1底部的相对位移减小，顶张式立管4在顶部的张力器装置5处承受的载荷减小，使得立管4既不会与平台1底部结构发生干涉碰撞，也不会承受大的弯矩载荷。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于，包括：支撑主体(7)，水平分布在浮式平台(1)上的顶张式立管(4)穿过的月池(6)内，所述支撑主体(7)与所述月池(6)之间为柔性连接，所述支撑主体(7)上形成有供所述顶张式立管(4)以及海底设备穿过的多个开口(9)，所述开口(9)的数量以及位置与所述浮式平台(1)上的所述顶张式立管(4)的数量和位置相对应；每一所述开口(9)上活动设置限位机构(10)，所述限位机构(10)在所述浮式平台(1)进行在位作业时限制所述顶张式立管(4)的水平运动；

所述限位机构(10)包括均匀布设于所述开口(9)的四周的多个臂形结构，每一所述臂形结构包括转动连接在所述开口(9)的边缘上的连接臂(101)，以及固定设置在所述连接臂(101)的第一端上的孔臂(102)；所述多个臂形结构在进行所述顶张式立管(4)的安装或回收时竖直布设在所述开口(9)的四周，使得所述开口(9)的大小足够海底设备和顶张式立管(4)穿过，所述多个臂形结构在所述浮式平台(1)进行在位作业时水平分布在所述开口(9)内，多个所述孔臂(102)围设在所述顶张式立管(4)的外部，构成限制所述顶张式立管(4)水平运动的限位孔。

2.如权利要求1所述的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于：所述孔臂(102)为弧形臂，所述限位孔为圆形开孔，所述圆形开孔的内径大于所述顶张式立管(4)的外径。

3.如权利要求1所述的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于：所述孔臂(102)的内壁设置有防撞材料(11)，所述防撞材料采用弹性材料。

4.如权利要求1所述的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于：所述支撑主体(7)通过柔性连接件(8)水平设置在所述浮式平台(1)的月池(6)内。

5.如权利要求1所述的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于：所述支撑主体(7)包括钢架结构(71)以及设置在所述钢架结构(71)上的浮力块(72)；所述钢架结构(71)上留有供所述顶张式立管(4)以及海底设备穿过的多个开口(9)，所述浮力块(72)提供的浮力与所述支撑主体(7)的重力相当。

6.如权利要求5所述的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于：所述钢架结构(71)由板和/或管连接形成，板和/或管之间采用焊接或铆接的连接方式。

7.如权利要求1所述的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于：顶张式立管横向柔性支撑结构设置在所述浮式平台(1)的基线面附近的月池(6)内。

8.如权利要求7所述的一种顶张式立管横向柔性支撑结构，其特征在于：所述支撑主体(7)设置在所述浮式平台(1)的基线面附近的浮箱或垂荡板的月池(6)内。

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