CN117916446A - 无潜式统一支承管 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种立管支承件，该立管支承件完全结合在FPSO的立管平台中，用于刚性立管和挠性立管两者。这种新型立管支承件的基本构思是通用的，使得其允许使用具有不同内径的挠性立管或刚性立管，并且可以连接在左舷侧或右舷侧上。根据本发明的无潜式统一支承管(TSUDL)的特征在于，该无潜式统一支承管包括上锥体(1)、导引管(2)和扶正装置(3)，扶正装置用于将悬挂适配器扶正并且将弯曲加强件(11)锁定。TSUDL的使用可以减小海底组件的刚性管道的长度，因为TSUDL允许通过龙骨牵引进行连接，此外还优化了刚性立管互连操作并加速了新型固定生产单元的上升。
Description
技术领域
本发明基于用于对刚性立管和挠性立管进行支承的解决方案的发展。
背景技术
使用刚性立管和立管支承件构思来进行盐下(Pre-Salt)生产的发展，刚性立管和立管支承件构思允许在同一FPSO、比方说例如双平台中限定两种技术。
用于盐下杆的复制型FPSO船体的系列制造的可能性强调了使立管支承系统适合于仍然具有不确定性的操作条件的需要。为了允许SPU甚至在生产现场的背景布置完全明确之前被制造，结构及操作环境的普遍化导致由巴西国家石油公司(Petrobras)开发出了多功能喇叭口-MB。
为这种新型立管支承装置确立的基本构思是，MB除其他特征以外针对下述通用性：该通用性允许使用在其内径方面具有一些变化的挠性立管或刚性立管，并且可以在SPU的左舷侧或右舷侧上进行互连。MB及其主要部件的概述在图1中表示。MB与立管的顶部终端的接口取决于所采用的技术(刚性立管或挠性立管)，其中，刚性立管的锁定通过上部部分执行，并且挠性立管的锁定通过下部部分执行。
在对挠性立管进行支承的情况下，弯曲加强件使用与BSN300系列(US005947642A)相同的喇叭口构思进行锁定，其中，通过卡爪来锁定弯曲加强件安全帽(图2)，并且通过位于FPSO的上部平台上的悬挂件来锚定立管拉力。
在对刚性立管进行支承的情况下，开发了一种新的构思(图3)，在该构思中，MB可以被认为是支承管的第一种方法，其中，立管的通常被称为“悬挂适配器”的顶部终端包括联接至该顶部终端的下部部分的挠性接头或应力接头。立管的拉力锚定在MB的上锥体中，这种作用力通过楔形件传递，在MB构思的初始开发阶段中，楔形件将通过浅层潜水安装。立管产生的侧向力将由同样在图3中突出显示的锁定环支承。
在对用于Cidade de Ilhabela号FPSO的悬挂适配器进行详细设计的过程中，观察到了在该设计中的一些困难，但是这些困难在开发MB的构思阶段期间没有被识别。需要对该设计进行修改的首要阻碍问题是认识到：出于安全原因，潜水员不能安装楔形件，因为潜水员的手将被置于MB与由拉入线缆张紧的立管之间，这种情况被认为是不可接受的风险。
为该问题找到的解决方案是针对Cidade de Ilhabela号FPSO所开发的铰接式楔形件(WO2017/034009A1)。然而，该解决方案不能有效地应用于复制型FPSO，因为该装置的尺寸与复制体的立管支承平台不兼容，该立管支承平台所具有的用于安装MB的空间非常有限。另外，该装置可能需要相当大的潜水活动以用于进行其操作；特别是用于拉出步骤。
在刚性立管与Cidade de Ilhabela号FPSO互连期间观察到的另一重要的点是与原始MB构思(图3)中的“锁定环”对应的补偿器间隙系统(图4)，该补偿器间隙系统尽管能够对悬挂适配器进行侧向锁定，因而允许来自立管的剪切力的传递，但是也不能保证对立管安装的未对准进行完全抑制，并且补偿器间隙系统的启用取决于潜水操作。
基于上面的公开内容，观察到的是，支承管构思(MB或Cidade de Ilhabela号FPSO的支承管)虽然是可行的并且对于拉入操作具有一些优点(比方说例如，不需要辅助线缆来实现安装)，但是为刚性立管支承系统带来了复杂性。因此，由于接纳型支承件的简易性而决定接纳型支承件应当作为用于将刚性立管互连的标准。
随后，为了提升刚性立管与挠性立管之间的竞争力，采用了双平台构思，在双平台构思中，第一层由对挠性立管进行支承的喇叭口组成，并且在第二层中设置有用于刚性立管的接纳件，如图5中所公开的。
当确定某些SPU中需要大量的龙骨牵引互连时，图5中所示出的模式存在关于实施方面的困难。在挠性立管的互连的情况下，喇叭口解决方案无论是通过直接登船还是通过龙骨牵引均完全独立于立管的方向。然而，对于刚性立管，标准接纳型支承件解决方案将需要位于上立管平台上的大平台以实现拉入过程(图6)，该过程被评估为不适用于新的FPSO设计中的应用。
立管模块化支承管(RMoST)(图7)是作为用以通过龙骨牵引实现刚性立管互连的最小可行产品(MVP)而开发的，其对FPSO的设计具有最小的影响，该立管模块化支承管包括双凸缘型管-导引管。在带凸缘端部中的每个带凸缘端部处，必须连接适于对刚性立管进行支承的设备，这一构思限定了其模块化特性。在上凸缘上，连接有被称为“上锥体”的装置，该装置包括滑动楔形件系统，该滑动楔形件系统用以锁定立管的顶部终端，并且随后支承该立管的拉伸载荷(BR 10 2020 010231-1)。在下凸缘上，连接有被称为扶正器的装置，该装置负责侧向锁定，具有与MB构思的锁定环(参见图3)相对应的功能，并且因此使立管的顶部终端稳定。
在RMoST的使用中确定的最大限制在于，RMoST是一种仅专用于刚性立管的互连的支承件。使用包括喇叭口和RMoST的双层——类似于图5中所呈现的构思——被认为是不可行的，因为这两种类型的专用支承件的要求不兼容。由于喇叭口中的挠性立管支承要求，因此RMoST将需要如关于图5中指示的接纳件那样位于外层上，RMoST也将导致位于上立管平台上的大平台，以在RMoST上进行拉入。
这个限制表明需要开发一种新的混合型支承件(刚性立管和挠性立管)以用于未来的SPU。除了需要使立管技术更加灵活之外，还存在的目的是：提高水下操作的安全水平，尽可能使潜水员远离高度危险的任务，还允许在更不利的海洋气象条件下进行立管互连操作，通过消除与浅层潜水的同时操作来提高安装有立管的船的生产力。这些动机导致了无潜式统一支承管DUST的开发，将在下面描述DUST的解决方案、即本发明的重点。
文件WO2019232605A1公开了一种位于弯曲加强件与喇叭口之间的联接系统，该联接系统包括多个锁定机构，其中，每个锁定机构在外部固定至喇叭口，还包括向下倾斜定位的可移动凸耳，其中，凸耳进入喇叭口的内部并且由弹性元件启用，该弹性元件适合于对凸耳施加朝向喇叭口的内部的压力。此外，锁定机构包括反作用块状件(35)，弹性元件(34)安置在该反作用块状件中。
文件WO2021048592A1公开了一种具有锁定机构的刚性立管支承件，该锁定结构包括一个或更多个凸耳部分，这些凸耳部分突出到环形侧壁的内表面中并且适于与形成在联接适配器的外表面上的相应钩部分配合，以便在凸耳部分与钩部分之间产生形状联接。另外，支承件还具有类似于“线轴”的结构。
文件US20070056741A1公开了一种用于浮动结构上的钢悬链式立管(SCR)的支承件，该支承件包括：接纳件，该接纳件连接至浮动结构；挠性支承管，该挠性支承管环绕SCR并且定尺寸成支承该SCR同时允许该SCR弯曲；位于支承管上的枢转机构，该枢转结构将支承管固定至接纳件，以便允许支承管相对于浮动结构的旋转。另外，枢转机构包括锁定机构，该锁定机构选择性地操作成将枢转机构锁定在接纳件内。
所提出的现有技术文件没有提供一种能够通用并允许使用具有不同内径的挠性立管和/或刚性立管的立管支承装置。
面对上述现有技术中存在的关于挠性立管和/或刚性立管支承件解决方案的困难，需要开发一种能够提供有效性能并符合环境及安全指南的技术。上述现有技术不具有本发明的独特特征，将在下面详细介绍本发明的独特特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种立管支承装置，该立管支承装置能够通用并且允许使用具有不同内径的挠性立管和/或刚性立管。
本发明提供了一种用于立管的支承件，该支承件与FPSO立管平台完全结合，用于刚性立管和挠性立管两者。
为这种新型立管支承系统确立的基本构思具有通用性，该通用性允许使用在内径方面具有一些变化的挠性立管和/或刚性立管，并且可以在SPU的左舷侧或右舷侧上进行互连。
总体上，无潜式统一支承管(DUST)(图8)配备有上锥体(1)、导引管(2)和扶正器(3)。
附图说明
下面将参照所附的图更详细地描述本发明，这些图以示意性的方式且不限制本发明范围地表示本发明的实施方式的示例。在附图中，有：
-图1图示了如现有技术中已知的MB的概略图；
-图2图示了如现有技术中已知的MB中的挠性立管的支承；
-图3图示了如现有技术中已知的MB中的对刚性立管进行支承的初步构思；
-图4图示了Cidade de Ilhabela号FPSO的悬挂适配器的间隙补偿器-间隙消除器；
-图5图示了在巴西国家石油公司作为标准采用的双平台构思；
-图6图示了最初提出的立管支承系统。在左边为考虑喇叭口和接纳件的双平台，并且在右边为通过龙骨牵引进行的刚性立管互连，这需要用于拉入系统的大平台；
-图7图示了RMoST的概略图；
-图8图示了DUST的概略图；
-图9图示了结合到下立管平台中的DUST；
-图10图示了DUST及其关于FPSO侧的构型的截面图；
-图11图示了DUST的上锥体；
-图12图示了联接至DUST的刚性立管的顶部终端的概略图；
-图13图示了侧向锁定模块(LLM)的细节；
-图14图示了由DUST支承的挠性立管安全帽；
-图15图示了弯曲加强件锁定系统。
具体实施方式
以下是本发明的示例性的而绝非限制性的优选实施方式的详细描述。然而，本领域技术人员将清楚的是：在阅读本说明书后，本发明的可能的附加实施方式仍然被包括在其必要的和可选的特征中。
图8示出了无潜式统一支承管(DUST)的概略图。与RMoST一样，DUST可以分为三个宏观部件：上锥体(1)，该上锥体负责对刚性立管进行支承；导引管(2)，该导引管负责促进与FPSO立管平台(参见图9)的结合；以及扶正器(3)，该扶正器负责在对刚性立管进行支承时通过LLM(10)将悬挂适配器扶正，并且负责容纳弯曲加强件锁定系统(11)。
如前所述，DUST作为完全结合到FPSO立管平台设计(图9和图10)中的单个解决方案进行开发。这导致DUST的总长度相对于RMoST大幅减少，并且DUST的总长度的数量级与MB的总长度的数量级相似，这允许与挠性立管的支承要求相兼容。
为了对刚性立管进行支承，对最初针对RMoST设计的上锥体进行改进，从而使该上锥体自动化，并且通过包括侧向锁定模块-LLM(10)来改进扶正器系统(3)，侧向锁定模块是使刚性立管的侧向力稳定的液压系统。为了对挠性立管进行支承，DUST考虑对无潜式喇叭口-MB(BR 102018 011452-2)进行改装，从而考虑使用MB的弯曲加强件锁定系统(11)。下面将介绍本发明的部件中的每个部件的其他细节。
根据由MB确立的初始构思，DUST考虑了用于对刚性立管进行支承的两个宏观部件：上锥体(1)及其子部件，上锥体(1)及其子部件用于对立管的拉力进行支承；以及侧向锁定模块-LLM(10)，其用于提供立管的侧向锁定。
由于主要元件与RMoST的上锥体类似，因此DUST的上锥体(1)主要在系统的自动化方面得到了改进，并且随后减少了对人工干预的需要；也就是说，使上锥体(1)成为无潜式装置。
在图11中示出了上锥体(1)的更好的视图。对立管拉力的有效支承由楔形件(4)实现。在拉入操作期间，立管(15)的顶部终端以其下部部分与楔形件(4)接触，并且这些楔形件(4)在由杆(7)导引的向上运动中滑动通过上锥体(1)，从而由于重力以及弹簧(14)的力的作用而返回至楔形件(4)的工作位置。随着后续将立管(15)的顶部终端坐置在楔形件(4)上，立管拉力支承完成(图12)。
关于段落0032中所描述的操作，尽管立管拉力是固定的，但是立管(15)的顶部终端被以不稳定的方式支承，并且FPSO的动态运动将导致立管与DUST之间的相对运动。为了侧向稳定，一系列侧向锁定模块(10)以液压的方式或通过ROV/潜水员来致动，以消除与立管(15)的顶部终端的间隙，从而牢固地支承该立管。LLM(10)(图13)包括锥形心轴，该锥形心轴在朝向DUST的中心前进时将四个鞋状件压靠在外环上，从而导致无论液压压力如何，都将组件锁定在接近路线上的任何位置中。
在拉出操作中，凸轮保持器冠状件(5)关于其与上锥体(1)重合的轴线旋转。该运动主要由液压致动器(8)、即驻留在DUST设计中的部件执行，或者替代性地由ROV致动器(9)执行，ROV致动器是可以在第一致动方法失效或存在任何其他困难时由ROV进行安装的工具。随着凸轮保持器冠状件(5)旋转，凸轮(6)促进杆(7)的拉动作用，从而使楔形件(4)缩回并允许移除立管(15)的顶部终端。
更重要的是要强调，段落0034中所描述的操作也可以为拉入操作带来益处，因为所述操作允许通过与立管(15)的顶部终端直接接触来进行自动化楔形滑动机构(4)的预先功能测试，从而确保部件的滑动不存在阻碍，比方说例如出现水垢。替代性地，这种相同的机构可以代替自动化机构拉入时的主要致动；也就是说，液压系统(8)可以作用成使得楔形件(4)先前缩回，从而避免在拉入操作期间与立管(15)的顶部终端的任何接触。
返回至拉出操作，在凸轮保持器冠状件(5)的致动失效的情况下，杆(7)中的每个杆在其后部位置中均包括孔眼，使得楔形件(4)分别缩回。
关于在MB处采用卡爪的先前构思，观察到的是，浅层潜水涉及拉入操作的所有阶段。然而，最关键的步骤是将弯曲加强件联接至喇叭口的力矩，因为该力矩与PLSV平行地作用。在与浅层潜水的极限相比时，PLSV的极限环境条件大得多。并且由于盐下位置中的环境条件更为恶劣，因此PLSV在有利的条件下持续相当长的非生产时间(NPT)，以投放挠性管道，但是不允许支持浅层潜水的操作。
本发明中开发的用于对挠性立管进行支承的构思类似于MB构思(BR 10 2018011452-2)，其中确定的是，新的喇叭口设计不应当显著地改变巴西国家石油公司所采用的拉入程序。
对弯曲加强件进行锁定的构思与先前的喇叭口设计非常相似。本发明的主要变化是限定了优化的连接几何形状以及更有效的锁定系统，其中，这两种创新所具有的目的都是减少与将弯曲加强件连接至喇叭口的过程相关联的载荷并且减少潜水活动。在图14中表示了DUST中的弯曲加强件安全帽(16)的支承。
DUST的弯曲加强件锁定系统(11)的主要部件在图15中呈现，其中，示出了外部视图(左)和截面视图(右)，指示了机构的内部细节。弯曲加强件安全帽(16)的支承由凸耳(17)进行，其中，这些凸耳和整个锁定机构限制在被称为凸耳保持器(18)的块状件的内侧。在拉入操作期间，凸耳(17)缩回以使安全帽(16)经过，并且通过容纳在反作用块状件(20)中的弹簧(19)来实现使凸耳自动返回至伸出位置。
这种机构的显著优点在于，在拉入操作结束后，不需要浅层潜水致动以锁定凸耳(17)，而在先前的喇叭口模型中，需要手动致动来锁定卡爪。
在拉出操作中，包括手柄(22)的偏心机构(21)可以通过ROV(或者替代性地，在困难的情况下通过浅层潜水)进行操作，以使凸耳(17)缩回。对于该操作，抓环(13)为ROV提供了固定点，以通过一个操纵器来使ROV的运动稳定，同时另一操纵器作用在手柄(22)上。
为了防止在拉出操作之前的时刻，机构上的任何无意动作导致凸耳(17)缩回，具有销的夹持件(12)防止了手柄(22)的运动，其中，这些销提供了适用于通过ROV(或者替代性地，在困难的情况下，通过浅层潜水)进行解锁的接口。
Claims (16)
1.一种无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，所述无潜式统一支承管包括上锥体(1)、导引管(2)、扶正器(3)。
2.根据权利要求1所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，所述上锥体(1)是自动化的并且为无潜式类型。
3.根据权利要求1所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，扶正器(3)包括侧向锁定模块-LLM(10)和弯曲加强件锁定系统(11)。
4.根据权利要求3所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，所述LLM(10)包括锥形心轴，所述锥形心轴在朝向所述DUST的中心前进时将四个鞋状件压靠在外环上，从而导致无论液压压力如何，都将组件锁定在接近路线上的任何位置中。
5.根据权利要求1所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，立管拉力支承由楔形件(4)实现。
6.根据权利要求5所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，立管(15)的顶部终端以所述顶部终端的下部部分与所述楔形件(4)接触，在由杆(7)导引的向上运动中滑动通过所述上锥体(1)，从而在重力以及弹簧(14)的力的作用下返回至所述楔形件(4)的工作位置。
7.根据权利要求1所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，凸轮保持器冠状件(5)关于所述凸轮保持器冠状件(5)的与所述上锥体(1)重合的轴线旋转，以用于拉出操作。
8.根据权利要求7所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，液压致动器(8)或ROV致动器(9)执行所述旋转运动。
9.根据权利要求7所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，所述凸轮保持器冠状件(5)旋转，凸轮(6)从而促进所述杆(7)的拉动作用，因此使所述楔形件(4)缩回并允许移除立管(15)的顶部终端。
10.根据权利要求9所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，所述杆(7)中的每个杆在所述杆的后部位置中包括孔眼，使得在所述凸轮保持器冠状件(5)的致动失效的情况下使所述楔形件(4)各自缩回。
11.根据权利要求1所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，楔形件(4)的自动化滑动机构能够代替液压系统(8)的自动化机构拉入时的主要致动，并且确保所述楔形件(4)预先缩回，从而避免在所述拉入操作期间与立管(15)的顶部终端的任何接触。
12.根据权利要求1所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，弯曲加强件安全帽(16)的支承由凸耳(17)实现，所述凸耳被限制在被称为凸耳保持器(18)的块状件内。
13.根据权利要求12所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，所述凸耳(17)缩回以使所述安全帽(16)经过，并且通过容纳在反作用块状件(20)中的弹簧(19)来实现使所述凸耳(17)自动返回至伸出位置。
14.根据权利要求12所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，包括手柄(22)的偏心机构(21)能够通过ROV进行操作以使所述凸耳(17)缩回。
15.根据权利要求14所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，抓环(13)为所述ROV提供固定点，以通过一个操纵器来使所述ROV的运动稳定，同时另一操纵器作用在所述手柄(22)上。
16.根据权利要求14所述的无潜式统一支承管(DUST)，其特征在于，具有销的夹持件(12)防止所述手柄(22)的运动，从而避免在机构上产生使所述凸耳(17)缩回的任何无意动作。
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