CN115320797A - 一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，连接于浮式结构物和吸力锚，包括沿浮式结构物周向分布的多个系泊缆组，所述系泊缆组包括多根系泊缆，所述系泊缆包括上锚链、上聚酯缆、共线浮筒、下聚酯缆和下锚链，所述上锚链的一端通过锚机与浮式结构物铰接，所述上锚链的另一端、上聚酯缆、共线浮筒、下聚酯缆和下锚链依次连接，所述下锚链通过第一连接件连接于吸力锚；本发明适用于有较高内波流的海域，可以为海上石油天然气开采过程中使用的浮式结构物提供永久可靠系泊限位，且安装解脱方便，重量远小于传统系泊系统，制造维护成本低，有利于系泊系统在浮式生产设施上的应用与普及。

Description

一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统

技术领域

本发明涉及海洋石油技术领域，具体而言，特别是涉及一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统。

背景技术

系泊系统是用来将浮式生产设施（例如圆筒型FPSO，半潜式生产平台等）限制在预设工作海域的一种限位系统。浮式结构物在风、浪、流等海洋环境荷载作用下会有明显的（水）平面内运动特性，通过系泊系统，可将其运动限制在一个可接受的小范围内，以便石油天然气生产。浮式生产设施通常应用于中等深度或深水区域的油气田开发，海洋环境复杂多变且多见极端载荷，系泊系统是保证其安全生产的核心结构，主要限制包括横荡、纵荡在内的（水）平面内运动。

浮式生产设施一般会受到沿任意方向传播的载荷，因此需要限制平面内任意方向的运动。然而，对于某一特定海域，环境载荷的主要传播方向会相对固定，因此也同样需要对不同方向的（水）平面内运动限制程度做相应取舍，以得到最大的经济效益。

浮式生产设施在海洋环境荷载作用下也会有诸如垂荡、纵摇等（水）平面外运动，而系泊系统（特别是与生产设施连接的部分）需要与生产设施一同运动，这就意味着系泊缆与生产设施间的夹角始终变化。因此，完全刚性连接会增加失效概率。

系泊系统的两端分别固定在浮式生产设施和海底锚桩上。由于内波流、洋流等载荷的存在，系泊系统所受高频流致振动难以避免，而这一振动是疲劳载荷的重要组成部分，选取具有良好疲劳特性的材料是主要解决办法。

中水浮筒是普遍用来解决钢缆、聚酯缆等系泊缆与海底碰撞或摩擦的设备，但是高频涡激载荷和传统的气球式连接方式（浮筒通过安装量连接到系泊缆上，构成浮筒+安装链+系泊缆的气球或称倒单摆形式）严重威胁着浮筒与系泊系统间的连接。

综上，一种可限制（水）平面内各个方向运动，且各方向限制程度可调节，同时各组成部分均具备良好疲劳特性的系泊系统是浮式生产设施（例如半潜生产生产平台，圆筒型FPSO等）能够安全作业的重要保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于中深水由共线浮筒支撑并且可限制浮式结构物在平面内各方向运动的系泊系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，连接于浮式结构物和吸力锚，包括沿浮式结构物周向分布的多个系泊缆组，所述系泊缆组包括多根系泊缆，所述系泊缆包括上锚链、上聚酯缆、共线浮筒、下聚酯缆、下锚链和相应连接件，所述上锚链的一端通过锚机与浮式结构物铰接，所述上锚链的另一端、上聚酯缆、共线浮筒、下聚酯缆和下锚链依次连接，所述下锚链通过第一连接件连接于吸力锚。

根据本发明优选的一个实施例，所述第一连接件为带有转动轴的“眼环-卸扣”型结构。

根据本发明优选的一个实施例，所述上锚链与上聚酯缆之间通过第二连接件连接，所述第二连接件为“卸扣-眼环-嵌环”型结构。

根据本发明优选的一个实施例，所述上聚酯缆和下聚酯缆均通过第三连接件与共线浮筒连接，所述第三连接件为装有多个转动轴承的“M型链接件”。

根据本发明优选的一个实施例，所述多个系泊缆组沿浮式结构物周向等间距布置。

根据本发明优选的一个实施例，所述系泊缆组的数量为3-4个。

根据本发明优选的一个实施例，所述系泊缆的数量为2-4根。

根据本发明优选的一个实施例，所述上聚酯缆和下聚酯缆均由高分子纤维编织组成。

根据本发明优选的一个实施例，所述共线浮筒由两个对称分布的浮力块通过刚性轴承连接组成。

根据本发明优选的一个实施例，所述浮力块为方形圆角浮块。

本发明的技术效果在于：

1、本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，在浮式结构物发生（水）平面内运动时，上锚链由其铰接连接方式随浮式结构物共同运动，从而带动上聚酯缆和下聚酯缆被拉长，由上聚酯缆和下聚酯缆伸长和其轴向刚度共同提供的与运动方向相反的力可限制浮式结构物的运动，从而实现限制浮式结构物在平面内各方向运动的有益效果。

2、本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，主要回复力由聚酯缆提供，代替了传统的金属缆或重力式锚链，在强海流（洋流或内波流）环境条件下，聚酯缆无需在高频结构振动条件下进行疲劳校核。因此，使用聚酯缆为主要回复力提供材料有利于系泊系统的在强海流条件下长期使用，有利于提高系泊系统的可靠性。

3、本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，在限制过程中提供回复力的系泊缆的对侧聚酯缆或变为松弛状态，由于聚酯纤维间的空隙较大（容易附着细小颗粒物），同时纤维本身较为柔软（不抗剪切）的特性，聚酯缆要求不能与海底发生接触，使用共线浮筒提供额外浮力保持聚酯缆与海底间的距离。共线浮筒与系泊缆在同一直线上，且沿水深方向尺寸较小，前者避免了‘浮筒-安装链’结构形成的具有长固有周期的气球构型（或称倒单摆），后者则减小了出现高频流载荷的可能性，两者共同减小了高频流致局部共振的可能性，使局部连接件具备长期（约30年以上）使用的可能。这也就使得整个系泊系统以及浮式生产设施的在强流载荷（内波流，洋流等）区域的适用性显著提高。

附图说明

图1是本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统的系泊缆组分布示意图；

图2是本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统的系泊缆的结构示意图；

图3是本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统的第二连接件的结构示意图；

图4是本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统的共线浮筒的结构示意图；

图5是本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统的第三连接件的结构示意图；

图6是本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统的第四连接件的结构示意图；

图7是本发明一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统的第一连接件的结构示意图。

附图标记：1-浮式结构物；2-上锚链；3-第二连接件；4-上聚酯缆；5-共线浮筒；6-下聚酯缆；7-第四连接件；8-下锚链；9-系泊缆组；10-系泊缆；11-吸力锚；12-第三连接件；31-第二卸扣；32-第二嵌环；33-第二眼环；34-上聚酯缆端部；71-下聚酯缆端部；72-第四眼环；73-第四嵌环；74-第四卸扣；111-第一眼环；112-底部锚链端部；113-第一卸扣。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对发明的限定。

如图1至图7所示，一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，连接于浮式结构物1和吸力锚11，包括沿浮式结构物1周向分布的多个系泊缆组9，所述系泊缆组9包括多根系泊缆10，所述系泊缆10包括上锚链2、上聚酯缆4、共线浮筒5、下聚酯缆6和下锚链8，所述上锚链2的一端通过锚机与浮式结构物1铰接，所述上锚链2的另一端、上聚酯缆4、共线浮筒5、下聚酯缆6和下锚链8依次连接，所述下锚链8通过第一连接件连接于吸力锚11。

进一步，第一连接件为带有转动轴的“眼环-卸扣”型结构，同时释放两者间的垂向转动约束。

进一步，上锚链2与上聚酯缆4之间通过第二连接件3连接，第二连接件3为“卸扣-眼环-嵌环”型结构，该结构可以释放上聚酯缆4和上锚链2间的转动自由度，使两者可构成任意夹角。

进一步，上聚酯缆4和下聚酯缆6均通过第三连接件12与共线浮筒5连接，第三连接件12为装有多个转动轴承的“M型链接件”，使两段聚酯缆不会有苛刻的生产长度要求。

进一步，系泊缆组9的数量为3-4个，多个系泊缆组9沿浮式结构物1周向等间距布置，以提供（水）平面内各个方向运动的回复力。

进一步，系泊缆10的数量为2-4根，每组系泊缆10的数量，类型可根据主要环境载荷方向不对称布置。

进一步，上聚酯缆4和下聚酯缆6均由高分子纤维编织组成，这种纤维材料具有较好的疲劳和耐腐蚀属性，且重量远低于传统钢缆和锚链，其不能与海底接触，在强背景流（包括内波流，洋流等）作用下，虽然可能有明显的高频振动，但是其较好疲劳载荷特性使其不会在正常的使用年限内（约30年）发生疲劳破坏。

进一步，共线浮筒5由两个对称分布的浮力块通过刚性轴承连接组成，浮力块为方形圆角浮块，共线浮筒5保证下聚酯缆6在任何情况下都不会与海底接触。

进一步，上锚链2与浮式结构物1间通过锚机在导缆孔处形成类似铰接连接，使上锚链2可随浮式结构物1在垂直面内自由运动，且不会对上锚链2造成明显损坏。

如图1至图7所示，一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，主要用于限制浮式石油、天然气生产设施的（水）平面内运动，以保证其在预设的工作位置附近作业，没有过大位移。系泊系统通常可由3-4簇沿浮式结构物1周向等间距布置的系泊缆10组成，每簇内通常包含2-4根系泊缆10。每根系泊缆10由上锚链2、第二连接件3、上聚酯缆4、共线浮筒5，下聚酯缆6、第四连接件7、下锚链8和吸力锚11组成，上锚链2与浮式结构物1连接，下锚链8与吸力锚11连接。浮式结构物1发生（水）平面内运动时，带动上锚链2一起运动，吸力锚11不动，上聚酯缆4和下聚酯缆6的伸长和轴向刚度共同为浮式结构物1提供（水）平面内运动的回复力。

图1所示本发明的一个具体实施例，系泊系统由三簇系泊缆10组成，每簇包含四根相同系泊缆10。另一个实施例中，系泊系统由四簇系泊缆10组成，每簇中同样包含四根缆10。这两个实施例中，通过三或四簇系泊缆10为（水）平面内任意方向运动提供回复力，且每簇完全相同。但这并不意味着每簇必须相同，在明确主要环境载荷方向的条件下，非对称布置是更为合理的选择。

如图3和图6所示，上聚酯缆4和下聚酯缆6分别与上锚链2和下锚链8间通过‘卸扣-眼环-嵌环’机械结构相连。第二卸扣31位于上锚链2上聚酯缆4端部34，它和第二嵌环32组成了近似于转动轴的连接件，第四卸扣74位于下锚链8与下聚酯缆6端部71，它和第四嵌环73组成了近似于转动轴的连接件，在保证轴向刚性连接的前提下，释放了水平方向的转动自由度，以减小连接件由于浮式结构物1（水）平面外运动（垂向运动）引起的载荷，延长使用寿命，扩大适用荷载范围。

如图4和图5所示，共线浮筒5代替了传统的离线浮筒，它与整个系泊缆由第三连接件12固定在同一直线上，省去了安装链减少建造成本。同时，避免了由“浮筒-垂向安装链-相邻聚酯缆”组成的“气球”（或称“倒单摆”）系统，减少了浮筒所受高频流致载荷引起的振动。图5中的共线浮筒5由完全对称的两个浮力块组成，它们受相同的流致载荷，避免了单一浮子受扭转力矩引起的转动。

如图7所示，下锚链8通过“第一眼环111-第一卸扣113”’机械结构与吸力锚11连接，在保证轴向刚性连接的前提下，释放了水平方向的转动自由度，以减小链接件的受力。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，连接于浮式结构物和吸力锚，其特征在于，包括沿浮式结构物周向分布的多个系泊缆组，所述系泊缆组包括多根系泊缆，所述系泊缆包括上锚链、上聚酯缆、共线浮筒、下聚酯缆和下锚链，所述上锚链的一端通过锚机与浮式结构物铰接，所述上锚链的另一端、上聚酯缆、共线浮筒、下聚酯缆和下锚链依次连接，所述下锚链通过第一连接件连接于吸力锚。

2.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述第一连接件为带有转动轴的“眼环-卸扣”型结构。

3.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述上锚链与上聚酯缆之间通过第二连接件连接，所述第二连接件为“卸扣-眼环-嵌环”型结构。

4.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述上聚酯缆和下聚酯缆均通过第三连接件与共线浮筒连接，所述第三连接件为装有多个转动轴承的“M型链接件”。

5.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述多个系泊缆组沿浮式结构物周向等间距布置。

6.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述系泊缆组的数量为3-4个。

7.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述系泊缆的数量为2-4根。

8.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述上聚酯缆和下聚酯缆均由高分子纤维编织组成。

9.根据权利要求1所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述共线浮筒由两个对称分布的浮力块通过刚性轴承连接组成。

10.根据权利要求9所述的一种用于中深水由共线浮筒支撑的聚酯缆分布式系泊系统，其特征在于，所述浮力块为方形圆角浮块。

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