專(zhuān)利名稱：一種具有分布式懸垂彎曲壓載物的柔性懸鏈形提升管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在柔性懸鏈形提升管的懸垂彎曲處分布?jí)狠d物的裝置和方法。
背景技術(shù)：
專(zhuān)利號(hào)為6，491，779申請(qǐng)于2000年4月M日的美國(guó)專(zhuān)利，名為“一種復(fù)合管組件制造方法”，所述專(zhuān)利被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人，該申請(qǐng)的全文通過(guò)引用的方式被包含于此，該專(zhuān)利公開(kāi)了一種用于海底使用的由輕型復(fù)合材料制成的軟管。在所述專(zhuān)利6，491，779的發(fā)明之前，通常已知，常規(guī)的管(相對(duì)重的管，通常為鋼管)，當(dāng)用于海底中時(shí)，其從水面上的船只到海床之間形成懸鏈形。這樣的現(xiàn)有管道系統(tǒng)需要在其表面或其他位置使用昂貴的裝置以抵消鋼管的大重量。此外，專(zhuān)利號(hào)為7，073，978申請(qǐng)于2004年8月16日的美國(guó)專(zhuān)利，，名為“輕型鏈系統(tǒng)”，所述專(zhuān)利被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人，該申請(qǐng)的全文通過(guò)引用的方式被包含于此，其公開(kāi)了用于深海裝置的輕型軟管鏈系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種海底懸鏈。海底懸鏈包括軟管，置于軟管上的一定量的壓載物，其中，壓載物分布在海底懸鏈懸垂彎曲處，呈波形狀。另一方面，本發(fā)明涉及一種將壓載物的重量承載于海底懸鏈的方法。該方法包括判定海底懸鏈軟管的懸垂彎曲處位置，并將壓載物在判定位置沿著海底管道呈波狀分布。


本發(fā)明的特點(diǎn)將從以下說(shuō)明結(jié)合附圖變得更清楚。圖1是懸鏈形提升管的正視圖。圖2是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的懸鏈形提升管。圖3是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的懸鏈形提升管。圖4是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的懸鏈形提升管。圖5是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的懸鏈形提升管。圖6是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的懸鏈形提升管。
具體實(shí)施例方式當(dāng)柔性懸鏈形提升管連接到浮式裝貨和卸貨船時(shí)(“載體”)，柔性提升管受到軸向高壓，并因靠近接地區(qū)的懸鏈的高曲率而使得其超出最小彎曲半徑，該接地區(qū)是指所述管靠近海床的區(qū)域。由于深處的洋流和流體動(dòng)力學(xué)形成的動(dòng)態(tài)彎曲波形可能使得超出最小彎曲半徑的情況惡化。為了減輕壓縮負(fù)荷和避免超出最小彎曲半徑，壓載物分布在靠近提升管的接地區(qū)上(在所述管的懸垂彎曲處)或者施加到靠近海床的部分提升管上。壓載物施加重力，并防止動(dòng)態(tài)彎曲波形的形成或者使動(dòng)態(tài)彎曲波形對(duì)柔性懸鏈形提升管的影響最小化。因此，根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，策略性地將壓載物布置在柔性懸鏈形提升管的懸垂彎曲處，在使得所述管在極端動(dòng)態(tài)變化情況下形成波形曲線。同樣地，柔性懸鏈形提升管中形成的動(dòng)態(tài)彎曲波形可以因壓載物的布置而受到控制和/或最小化。.壓載物的分布可大大改變?nèi)嵝詰益溞翁嵘軐?duì)深處流體動(dòng)力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制。 壓載物的分布可使得在特定位置形成預(yù)定波長(zhǎng)的的彎曲波形。因此，對(duì)于柔性懸鏈形提升管，可以控制動(dòng)態(tài)彎曲波形并保持在可操作的狀態(tài)下。當(dāng)軟管因加載的波動(dòng)和載體的航行受到軸向壓力，因壓載物的分布而致的波形可使得軟管受到的軸向壓力最小化。當(dāng)受到軸向壓力時(shí)，波動(dòng)的幅度會(huì)加大。換句話說(shuō)，軟管會(huì)先朝波動(dòng)出現(xiàn)的方向曲張，而不出現(xiàn)在管壁中產(chǎn)生壓應(yīng)力的軸向壓力。彎曲波形的幅度由沿柔性懸鏈形提升管的懸垂彎曲分布的壓載物的相對(duì)量級(jí)所控制。進(jìn)一步地，彎曲波形由位于提升管的壓載物的分布位置所控制。因此，可以控制各個(gè)壓載物片段的重量、長(zhǎng)度及分布有壓載物的管長(zhǎng)。壓載物可加載在半波段上，由此，一定長(zhǎng)度的壓載物(半波長(zhǎng))固定在軟管上，后隨一定長(zhǎng)度(半波長(zhǎng))的軟管，其上沒(méi)有壓載物 (即裸管)。沿提升管的懸垂彎曲處，半波的配置可用相同或不同重量、和/或相同或不同的長(zhǎng)度的壓載物交替著重復(fù)實(shí)現(xiàn)，呈波形狀。優(yōu)選地，波形的長(zhǎng)度是統(tǒng)一的，并且，每個(gè)半波段長(zhǎng)度統(tǒng)一。因此，重物可分布在預(yù)先設(shè)定波長(zhǎng)的半波段上。在這里使用的輕型軟管可為專(zhuān)利號(hào)為6，491，779.的美國(guó)專(zhuān)利中所描述的復(fù)合軟管。軟管可以完全是非金屬或基本上為非金屬的。另外，軟管可為標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)或配置。 軟管可以捆綁在一起或者分開(kāi)，如標(biāo)準(zhǔn)ISO 136^-2/API17J或ISO 13628-10/API 17K所描述的。或者，軟管可為DNV-RP-F202中描述的復(fù)合管或者名稱為“熱塑性復(fù)合提升管”的空運(yùn)復(fù)合材料白皮書(shū)中描述的復(fù)合提升管。軟管可包括輸送水流的內(nèi)壓殼，其由復(fù)合加固層和外殼所包圍。所述管可在頂端部(或者載體上安裝的)配件處排氣，這是因?yàn)闅怏w可能在內(nèi)壓殼和外殼的環(huán)形區(qū)域處積聚。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，動(dòng)態(tài)提升管分析(或建模)可用于判定壓載物的最優(yōu)分布位置。動(dòng)態(tài)提升管分析可預(yù)先判定壓載物片段的間隔和長(zhǎng)度、壓載物的重量、波形的長(zhǎng)度、片段的數(shù)量和/或壓載物在管道上安裝之前分布的其他參數(shù)。因此，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，最佳的配置可在壓載物的任何特定應(yīng)用之前設(shè)定。動(dòng)態(tài)提升管分析可說(shuō)明位于特定或預(yù)定位置的極端情況，如，可設(shè)定百年環(huán)境，用于說(shuō)明百年波形和十年水流。動(dòng)態(tài)提升管分析也可說(shuō)明近端或遠(yuǎn)端偏移。所述偏移是指相對(duì)于載體上提升管頂部連接處的平均位置偏移的橫向距離。因此，提升管設(shè)計(jì)和壓載物分布可在特定極限環(huán)境中最佳化，由此，可在安裝和/或操作過(guò)程中，預(yù)估加載于提升管的負(fù)載量?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖1，示出了懸鏈形提升管的側(cè)視圖。在圖1中，顯示具有兩根懸鏈形提升管的載體100 (可以為船、平臺(tái)或其他任何提升管支撐結(jié)構(gòu))。第一根提升管101可為常規(guī)鋼制的管狀或臍帶狀，其為不能漂浮的，因此，當(dāng)其懸垂在載體100上時(shí)形成懸鏈狀。第二根提升管102可為輕型軟管，如上所述，當(dāng)作為懸鏈形提升管懸垂在海水中為可浮的。如圖1所示，第二個(gè)提升管102的懸鏈狀因軟管的浮力不能正常形成。將重物加載到軟管以在管內(nèi)形成張力，從而在動(dòng)態(tài)情況下提供穩(wěn)定性，如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，073，978中
4所述。根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，將重物沿著靠近海床的軟管加載到預(yù)定的波形上。 如上所述，在所述管形成懸鏈狀的位置，即懸垂彎曲處，重物可以對(duì)該管增加張力并提供穩(wěn)定性?，F(xiàn)在根據(jù)圖2，示出了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的布置有壓載物的輕型軟管。輕型軟管 202可從載體200懸垂到海床上。壓載物片段220、221、222、223以及2 可分布在管202 上，呈波形狀，其中，每個(gè)壓載物片段對(duì)應(yīng)于半波長(zhǎng)。每個(gè)壓載物片段220、221、222、223及 224的重量和/或長(zhǎng)度不同，如由動(dòng)態(tài)提升管分析方法和/或本領(lǐng)域知曉的其他方法預(yù)先設(shè)定。如圖2所示，壓載物片段220、221、222、223和2M被位于懸垂彎曲處的裸管段所隔開(kāi)，由此形成壓載物分布的波形。進(jìn)一步的，如圖所示，裸管部分可因所述管的浮力而有一定曲率，而上有壓載物的管可在懸垂彎曲處容許一定可控的曲率。如圖2所示，壓載物片段220、221、222、223和2M分布在五個(gè)半波段上。但是，本技術(shù)的技術(shù)人員將理解壓載物半波段會(huì)有或多或少的變化。進(jìn)一步的，壓載物片段可不一致的分布，其長(zhǎng)度可統(tǒng)一。更進(jìn)一步，壓載物片段的重量可統(tǒng)一或者不統(tǒng)一。如上所述，壓載物片段的長(zhǎng)度、重量和/或數(shù)量可由動(dòng)態(tài)提升管分析所決定。圖2示出了位于壓載物半波段之間的漂浮管提升過(guò)程。但是，壓載物的預(yù)先分布設(shè)置成用以阻止漂浮管形成圖2所示的波狀。例如，參照?qǐng)D3，管302可從載體300處懸垂， 并在其上布置足夠的壓載物以形成光滑的懸鏈狀。壓載物片段320、321、322、323和324的分布可使懸鏈光滑。如上所述，每個(gè)壓載物片段的重量可不一致，這樣可以形成想得到的懸鏈狀?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的壓載物分布。管402可從載體 400處開(kāi)始懸垂，并可加載壓載物片段集420。壓載物片段集420的每一個(gè)片段的重量可不同，以形成想得到的懸鏈狀。進(jìn)一步的，如圖所示，壓載物分布可由一系列小的壓載物片段構(gòu)成。但是，如圖2和圖3所示，壓載物可由較大壓載物片段形成，其中單個(gè)壓載物片段形成整個(gè)半波段。仍然參照?qǐng)D4，示出了虛線403表示所述管在沒(méi)有負(fù)載壓力的狀態(tài)。無(wú)負(fù)壓的管 403可受到所述管的浮力和/或水流的影響，由此，對(duì)想要的懸鏈狀產(chǎn)生負(fù)面影響。實(shí)線402 即管402，表示負(fù)壓管，其上附加壓載物片段420。如圖所示，管402可通過(guò)改變壓載物的重量來(lái)達(dá)到想得到的懸鏈狀和/或使得水流對(duì)管的影響最小化?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，示出了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的壓載物波形分布。管502 可從載體(未示出)懸垂于海底，以在海床附近形成懸鏈狀，其可以為柔性復(fù)合管。壓載物的重量可分布在管502的外表面以形成想得到的懸鏈狀，正如通過(guò)動(dòng)態(tài)提升管分析所預(yù)定的懸鏈狀。如所示，設(shè)置四個(gè)半波壓載物以形成想得到的懸鏈狀。管502的波長(zhǎng)510、511、 512和513可為一個(gè)預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)。因此，管502的波長(zhǎng)510、511、512和513可為統(tǒng)一的波長(zhǎng)，進(jìn)而表示負(fù)載管的波長(zhǎng)(或波)。管502的波長(zhǎng)510、511、512和513中的任何一個(gè)可各自包括一個(gè)半波(或半波長(zhǎng))的壓載物520、521、522和523。進(jìn)一步的，管502的片段510、511、512和513中的任何一個(gè)可各自包括半波(或半波長(zhǎng))的裸管530、531、532和533，而其分別對(duì)應(yīng)壓載物520、 521、522和523的半波。如上所示，盡管圖中示出裸管的四個(gè)波(或波長(zhǎng))，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境和/或有關(guān)操作參數(shù)，可以提供或多或少的波長(zhǎng)以獲得使想要的懸鏈形狀，。如此，可將壓載物沿管分布成波狀，而該波由壓載物的半個(gè)波和裸管的半個(gè)波構(gòu)成，并使其在海床附近形成懸鏈狀。如圖5所示，壓載物520、521、522和523的半波可分別交替連著裸管530、531、532和533的半波，由此形成負(fù)載管的波長(zhǎng)。裸管的每個(gè)半波可為統(tǒng)一的長(zhǎng)度和統(tǒng)一的重量，因?yàn)槁愎艿拿總€(gè)部分并沒(méi)有額外的負(fù)重。壓載物的每個(gè)半波可為統(tǒng)一的長(zhǎng)度，但是，與裸管部分相比，可為不同的重量。而其重量不同可使得管在環(huán)境條件中呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)牧黧w動(dòng)力響應(yīng)，并在靠近下部區(qū)域形成穩(wěn)定的懸鏈狀?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，示出了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的懸鏈形提升管。管602可從載體600處懸垂，并可在其上分布?jí)狠d物或浮子。如圖6所示，管602上可加載一個(gè)或多個(gè)壓載物640。進(jìn)一步的，管602上可加載一個(gè)或多個(gè)浮子模塊650。因此，可通過(guò)分布?jí)狠d物和浮子模塊兩者結(jié)合來(lái)形成想要的懸鏈狀。如此，管602的動(dòng)態(tài)波狀可設(shè)置成最適應(yīng)特定環(huán)境的形狀。如圖6所示，壓載物片段640和浮子模塊片段650可分布成如上所述的波狀。片段640和650可分別為半波段，其與相鄰壓載物模塊和/或浮子模塊之間具有半波段的裸管。有利的是，根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，對(duì)海底懸鏈產(chǎn)生不利影響的波動(dòng)和流體動(dòng)力可通過(guò)海底懸鏈上壓載物半波部分的分布得到控制、防止和/或最小化。因此，可提供一種用輕型軟管低成本地實(shí)現(xiàn)海底提升管的方法。而且，根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，深海提升管可配有輕型軟管。如在此公開(kāi)，壓載物分布可對(duì)常規(guī)管進(jìn)行改造。因此，施加在常規(guī)管上的相關(guān)浮子模塊可撤銷(xiāo)，進(jìn)而得到一個(gè)簡(jiǎn)單、可靠的懸鏈，由此得到低成本的提升管。而且，根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提升管不是必須為輕型軟管。所述管可為 ISO 13628-2/API Specification 17J中所描述的鋼裝甲的無(wú)束縛軟管。對(duì)于較重的軟管， 通過(guò)在管上交替分布?jí)狠d物和浮子模塊可得到壓載物區(qū)/浮子模塊區(qū)的半波或全波?？蛇x地，將浮子模塊應(yīng)用到輕型軟管上，以得到短于半波的部分波長(zhǎng)，進(jìn)而得到全波，或者增大波的幅度。波的優(yōu)化可通過(guò)對(duì)壓載物和/或浮子模塊的最佳間隔布置得到，這些間隔可為非統(tǒng)一的，以形成壓載物和/或浮子模塊聚集群。進(jìn)一步的，連續(xù)的大塊聚集群可沿著提升管分布以最小化或消除接地點(diǎn)附近對(duì)管壁的壓力。而且，根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，統(tǒng)一的壓載物分布可保持懸鏈的底部穩(wěn)定性。進(jìn)一步的，如在此公開(kāi)，可通過(guò)軟管和分布的壓載物適應(yīng)近端或遠(yuǎn)端的偏移。雖然已經(jīng)相對(duì)于有限的實(shí)施例說(shuō)明了本公開(kāi)，但是得益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以設(shè)計(jì)不背離本公開(kāi)這里所述的保護(hù)范圍的實(shí)施例。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該僅僅由所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種海底懸鏈，包括 軟管，以及加載到軟管上特定量的壓載物，其中，壓載物呈波形分布在海底懸鏈的懸垂彎曲處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底懸鏈，所述波形包括壓載物部分的半波段和裸管部分的半波段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底懸鏈，所述波形包括由壓載物部分構(gòu)成的至少三個(gè)半波段，和由裸管部分構(gòu)成的至少三個(gè)半波段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底懸鏈，所述的波形由動(dòng)態(tài)提升管分析決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底懸鏈，所述波形的波片段的長(zhǎng)度是統(tǒng)一的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底懸鏈，所述波形的波片段的長(zhǎng)度是非統(tǒng)一的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底懸鏈，所述海底懸鏈還包括加載到軟管上特定量的浮子模塊，所述浮子模塊呈波形分布在海底懸鏈的懸垂彎曲處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底懸鏈，所述波形包括壓載物的部分波段和裸管的部分波段。
9.一種施加壓載物到海底懸鏈的方法，所述方法包括 確定海底懸鏈軟管的懸垂彎曲位置，以及將壓載物施加到海底管的確定位置上，呈波形分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述波形分布包括壓載物的半波段和裸管的半波段。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述的波形分布包括由壓載物部分構(gòu)成的至少三個(gè)半波段，和由裸管部分構(gòu)成的至少三個(gè)半波段。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括對(duì)壓載物最佳波形分布進(jìn)行建模。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，根據(jù)最佳波形分布確定所述壓載物呈波形分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在波形分布中加載浮子模塊。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)，所述的軟管包括復(fù)合軟管。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)，所述的海底懸鏈包括提升管。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)，所述的海底懸鏈布置在水深大于500米的海中，所述海底懸鏈從漂浮載體處懸垂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海底懸鏈及一種在管上布置壓載物的方法。海底懸鏈包括軟管，置于軟管上的一定量的壓載物，其中，壓載物呈波形布置在海底懸鏈懸垂彎曲處。該方法包括確定海底懸鏈的軟管的懸垂彎曲的位置，并將壓載物呈波形地在所確定位置沿著海底管分布。
文檔編號(hào)E21B43/01GK102482922SQ201080037791
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者卡蒂克·莎瑪, 珊卡·巴特, 馬克·卡爾曼 申請(qǐng)人:迪普弗萊克斯有限公司