用於在海床上的設備和海面單元之間傳送流體的裝置的製作方法

2023-08-11 01:32:36

專利名稱：用於在海床上的設備和海面單元之間傳送流體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在海床上的設備(如井口裝置)和海面單元(可以包括一浮動平臺或船艦)之間傳送流體的裝置。
在石油生產中，要用一個或多個軟管將源油(如石油)從一個或多個井口裝置和/或海床上的管道線輸送至海面單元(surface unit)。
在1985年9月由本申請人公司出版的名為「動態柔性提升器」的手冊中提出了各種結構的裝置和方法，這種結構還在「軟管推薦經驗」一文中出現(API Recommanded Practice 17B，第一版，1998年6月1日)。
主要的結構是「LAZY S」,「LAZY WAVE」,「STEEP S」,「STEEPWAVE」。在這些結構中，連接海床設備和海面單元的軟管或管子與中間元件有關，中間元件是具有正浮力的元件，它由浮子(float buoys)或弓架(arch)構成，中間元件將每個軟管分成兩個部分-上部和下部，並將上部形成為朝向海面單元的凹面。
本申請人在FR-A-2,627,542中提出了一種重要的改進，這種改進包括軟管下部的固定；和海床上固定點連接的保持構件，它使上述下部形成為朝向井口裝置和/或連接組件(管道線)的凹面，所以上述下部的一個區域均勻彎曲。該文件中，那些公共、相似或等同的部分此處引以為參考。
美國專利5505560涉及一種用於傳送流體的系統，它包括兩個中間元件-一上元件和一下元件，它們將軟管分成三個部分一上部，該區域具有朝向海面單元的凹面；一中間部分，位於兩個中間元件之間，其凹面也朝向海面單元；和一下部，其一個區域具有朝向海床的凹面，下部的自由端和海床設備連接。上中間元件包括一弓架，弓架通過一連接纜線與海床上的一固定點連接，下中間元件包括一浮子，它圍繞在軟管周圍。事實上這是「LAZYS」和「LAZY WAVE」結構的組合。
歐洲專利申請0251488介紹了一種用於安裝流體傳送系統的方法，該傳送系統可以用來執行這種方法。該方法包括提供一中間元件，該中間元件相對於沿垂直於海面方向延伸的線側向偏離；將軟管從海面降低直至與中間元件連接，從而將管子下部的重量傳到中間元件上。
以前技術的所有結構都是設計並用於幾百米深的水中。當海床設備用於淺水海邊石油生產場地時，軟管和有關元件會受到很高的流體載荷和動應力的作用。
另外，由於軟管重複運動的振幅作用，軟管的損壞和早期動態老化會很明顯。在一個包括多個軟管和臨時纜管及連接纜如繫繩纜的雜亂環境中，管邊的各種纜線由於動態應力的作用，會撞到一起，這樣會損壞上述管子和/或連接或繫繩纜線。
開始，重要的是必須指出在過度彎曲時，管子不會變形，管子的上述最大允許變形可以用最小彎曲半徑或稱MBR來表達。
MBR是軟管在不會損壞的前提下可以接受的最小彎曲半徑。過分的彎曲會導致管子的損壞，損壞的形式有多種，可以參考API文件中描述的多種形式。
在淺水中，一般淺於100米深，起伏運動使海面單元產生垂直和水平運動。當由于波動而引起的水平和/垂直位移一振幅相對於水深不輕微時，就認為是淺水海。實際上，當振幅超過深度的10％時，這種海被認為淺水。在石油生產場地中。用支撐弓架來支撐軟管或管線，海面單元的運動向軟管或管的中間支撐元件傳遞明顯的流體載荷。這種流體載荷的一個結果是使上述弓架產生明顯的水平運動，它會導致軟管的動態變形。當表面單元相對於海床設備側移一很長距離時，和上述美國專利描述的情況相同，這就需要一非常長的軟管，這樣水下安裝的總體費用就增加，由於表面單元和中間單元正浮力元件之間以及中間浮力元件和海床設備之間所用軟管長，軟管的變形就會或多或少地被吸收。然而，當海面單元和海床設備基本在一條直線上或與之垂直時，容易理解，弓架以及軟管的側向位移可能會使管子產生明顯的變形使其半徑小於MBR。
本發明的目的是提供一種用於在海床上的設備和海面單元之間傳送流體的裝置，不管海床設備和海面單元相距多遠都可以使用。
本發明的主題是上述類型的裝置，它包括至少一個垂曲線形軟管；一中間浮力和支撐元件，它與管子有關，將管子分成兩部分-上部和下部，中間元件使上部的凹面朝海床；保持構件，它用於保持管下部的至少一個區域，上述保持構件通過連接元件與固定點連接，以張緊位於中間元件和保持構件之間的部分，上述保持構件和固定點影響著位於保持構件和管端部之間的區域，使之形成半徑均勻地彎曲，凹面朝著海床上的設備，其中，中間元件與上述固定點連接，上述連接元件的長度等於軟管的最小彎曲半徑。
本發明的一個優點在於當用於淺水石油生產時非常有益。
本發明的另一優點在於它可以用於相對於海面單元側向平移的或位於包含有產生平臺的海面單元下面的海床設備。
其它優點在于波動不會使連接海面單元和海床設備的軟管或纜線產生過分變形，也就是說，本發明可以使變形的彎曲半徑小於管子上每一點處的MBR。
參考附圖，通過對本發明的一優選實施例的介紹，本發明的其它特徵和優點就會更加明顯，其中

圖1是石油生產裝置的透視圖，其中包含一海面單元、海床設備以及本發明的裝置；圖2是本發明裝置的簡圖；圖3是圖2中圓圈內部分的局部放大圖。
本發明裝置是石油生產裝置的一部分，它包括海面單元(如平臺1)，它保持在海的表面2上；海床設備，更具體地說，它包括一個或多個井口裝置(圖1中簡單地用標號3表示)；軟管(flexible pipes)和/或纜線(umbilicals)4；和一中間支撐和浮力元件5。
支撐和浮力元件5包括一弓架，將軟管或管和/或纜線至少分成三個部分。這裡只參考一個懸垂線延伸的軟管，這對其它的軟管和/或纜線，以及一般地對由支撐和浮力元件所支撐的元件都適用。軟管的上部或第一部分6位於平臺1和弓架5之間，它包括一個區域6a，其凹面朝海面2。軟管的第二部分7包括一個區域，它位於弓架5上面，其凹面朝海床8。第三部分9位於弓架5和海床8之間，它包括有一區域10，其凹面朝井口裝置3，井口裝置3可能直接位於平臺1的下面(見圖1)，或沿側向平移，與平臺1相隔一定距離，連接區域10和上述井口裝置的管子部分如圖2中左手部分所示，管子的該部分構成軟管的第四部分11。
一靜負載(deadweight)12或設備的其它等同件以合適的方法固定到海床8上。
軟管4的第三部分9至少在其包含區域10的部分與靜負載12連接，該連接是通過纜線或繫繩線13來實現的，繫繩線13的一端固定到靜負載12上，另一端固定到上述第三部分9的連接件14上的一點上。連接件14可以包括一卡箍15，卡在管子周圍，卡箍15可以包括兩個軸對準的相對元件，纜線或繫繩13固定其上，當使用時，固定到靜負載12上的相同繫繩點16上。
對於一給定的軟管4，也就是直徑和結構已知的軟管，最小的彎曲半徑或MBR(minimum bend radius)是確定的。一旦最小彎曲半徑或MBR已知，錨固繫繩13的長度L就給定了，它至少等於上述MBR，它還有使區域10的變形限制在某一平均值內的作用，該平均值大於上述管的MBR，這樣可以防止出現上述API文件所介紹的任何類型的不可避免的損壞。
這樣一實施例已使之成為可能，一方面，根據繫繩上所產生的張力來調整管子的張力，另一方面，當管子由於逆流的作用而發生傾斜時，保持夾緊卡箍15兩側的管子軸向對準。所以，管子的區域10的平均彎曲半徑在兩個極限值之間，平均彎曲半徑是管子直徑和使用條件的函數。
弓架5通過一錨固纜線或繫繩17與靜負載連接，纜線和繫繩的一端直接固定到上述弓架上，或固定到固定在上述弓架底部的兩個小纜線19的連接點18上。錨固纜線的另一端固定到靜負載12上，最好是固定在軟管14的錨固點16上。
根據本發明的另一實施例，軟管4的第三部分9的區域10通過一系列鉸接裝甲波導管20，上述一系列裝甲波導管將上述區域的彎曲量限制在一預定值範圍內。此時，夾緊卡箍15可能固定在一系列裝甲波導管20周圍或位於上述兩個裝甲波導管21之間，並直接夾在軟管周圍；最好，夾緊卡箍15置於一系列裝甲波導管20長度的中間。當軟管4的最小彎曲半徑已知時，一系列裝甲波導管的長度L′是這樣確定的，它至少等於MBR的兩倍(最好是三倍)。
至於弓架5所用錨固繫繩的長度L＂，它取決於海面2和海床8之間的水深P，錨固繫繩17的長度L＂決定著上述弓架5的浸沒深度。長度L＂最好也是生產區可能發生的波的振幅的函數，上述振幅可能在15米數量級或更大，用D來表示。弓架5至少在等於D的深度處被浸沒從而儘可能地減小海水運動對上述弓架5的影響。最好，弓架5的浸沒深度在深度P的20％-70％之間，最好為50％。
所以，既使在水的波動非常明顯且存在遞流時，軟管也不會發生過份變形，所產生的變形仍在管彎曲變形平均值允許範圍內。
所以，根據本發明，可以使用較短的管子，而不用害怕會產生過分的變形，否則，在軟管受到流體應力作用時，會使軟管引起不可回復的損壞。
權利要求
1．一種用於在海床(8)上的設備(3)和海面單元(1)之間傳送流體的裝置，它包括至少一個垂曲線形軟管(4)；一中間浮力和支撐元件(5)，它與所述管(4)相聯，將後者分成包括上部(6)和下部(9)的兩個部分，中間元件(5)將上部(6)的區域(7)形成為朝向海床的凹面；用以保持管(4)的下部(9)的至少一個區域(10)的構件(15,20)，所述保持構件(15,20)通過連接元件(13)與固定元件(12)連接，用於緊張所述下部，所述固定元件(12)放在海床(8)上或海床內，所述保持構件(15,20)和固定元件將管子下部的所述區域(10)形成為具有一預定彎曲半徑的凹面，其凹面朝向海床上的設備，其中，中間元件(5)與所述固定元件(12)連接，所述連接元件(13)的長度(L)至少等於所述軟管(4)的最小彎曲半徑(MBR)。
2．如權利要求1所述的裝置，其中，保持構件包括一卡箍(15)，它夾緊在軟管(4)周圍。
3．如權利要求1所述的裝置，其中，保持構件還包括一系列裝甲波導管，它延伸在管下部(9)的彎曲區域(10)之上，所述一系列裝甲波導管的長度至少等於所述管的最小彎曲半徑(MBR)的三倍。
4．如權利要求2或3所述的裝置，其中，卡箍(5)放在位於一系列裝甲波導管(20)的長度(L)中間附近。
5．如權利要求4所述的裝置，其中，卡箍是固定在管子周圍和兩個裝甲波導管(21)之間。
6．如權利要求1-5的任一項所述的裝置，它可以用於給定深度(P)的淺水中，其中，中間元件包含一弓架(5)，它浸沒在給定深度(P)的20％-70％處。
7．如權利要求6所述的裝置，其中，弓架(5)通過一繫繩纜線(17)與海床上的固定元件(12)連接，繫繩纜線的長度L″確定所述弓架被浸沒的深度。
8．如權利要求1-7的任一項所述的裝置，其中，系軟管(4)的下部(9)的元件和中間元件(5)包括一靜負載(12)，後者包括一固定點(16)，連接軟管(4)的元件(13)和連接中間元件(5)的元件(17)固定在它上面。
全文摘要
在海床上的設備和海面單元之間傳送流體的裝置,包括垂曲線形軟管;中間浮力和支撐元件,與管相聯,將後者分成上部和下部,中間元件將上部的區域形成為朝向海床的凹面;用以保持下部的至少一個區域的構件,通過連接元件與固定元件連接,用於緊張下部,固定元件放在海床上,保持構件和固定元件將區域形成為具有預定彎曲半徑的凹面,凹面朝向海床上的設備,中間元件與固定元件連接,連接元件長度至少等於軟管最小彎曲半徑。
文檔編號E21B17/00GK1208807SQ9811616
公開日1999年2月24日 申請日期1998年7月23日 優先權日1997年8月1日
發明者皮埃爾·A·D·薩維 申請人:科菲萊克西普公司