專利名稱：豎井管的相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與豎井管相關(guān)的裝置，特別是在海底的第一構(gòu)件和在海面的第二構(gòu)件之間輸送液體的裝置，包括一個(gè)大致垂直伸延并在其上端與海面構(gòu)件連接的上部部份，一個(gè)沿其長(zhǎng)度的至少一部份連接一個(gè)或多個(gè)浮體元件的豎井管的中間部分，和一個(gè)其下端被連接到海底構(gòu)件上的下部部分。
從海底向海面輸送液體已知有許多不同類型的豎井管。通常的構(gòu)造有諸如“Lazy S”和“Steep S”型，它們都使豎井管通過(guò)一個(gè)中間區(qū)域伸向海底。在中間部分，豎井管被連接到一個(gè)或多個(gè)浮力元件上，所述浮力元件提起豎井管的相應(yīng)部分并形成一個(gè)向下凹的曲面。
從上述中間區(qū)域，在“Lazy S”構(gòu)造中，豎井管向海底以平緩的曲線延伸，而在“Steep S”構(gòu)造中，豎井管向海底的一個(gè)錨以較直的一條線延伸，它還包括一個(gè)用在管線上的耦合器，所述管線延伸在錨定和海底構(gòu)件之間。
一個(gè)關(guān)于“Lazy S”構(gòu)造的缺點(diǎn)是它需要較多的空間，使得它具有豎井管相互靠近并被損壞的危險(xiǎn)。這使得它難于用在具有許多豎井管和大深度的較大的構(gòu)造中。
錨定“Steep S”的解決方案較好的控制了豎井管的垂直方向及水平方向的移動(dòng)，但是，在錨定于海底的方式中，耦合連接是比較復(fù)雜的，并且為了完成連接需要專用設(shè)備。還有，如果錨定被破壞，豎井管將會(huì)上浮到海面上，這樣它就會(huì)從根本上變得不穩(wěn)定。
在這兩個(gè)選擇方案之間的一個(gè)解決方案顯示在US4906137中。在這種情況下，錨被固定在豎井管的下部部分，以便在耦合到中間部分的浮力元件與海底之間獲得一個(gè)可伸延段，使得豎井管獲得一個(gè)如“Steep S”方案那樣的相當(dāng)清楚并且緊湊的改進(jìn)。錨被連接到豎井管上，使得豎井管具有一個(gè)從垂直到水平的具有預(yù)定曲率的平滑的彎曲過(guò)渡通道。豎井管可以進(jìn)一步向海底構(gòu)件伸延，或以一個(gè)通常的方式與一個(gè)在海底的管道連接。由于錨的原因，如果海底構(gòu)件或錨出了問(wèn)題，該技術(shù)方案也容易受到損壞。同樣在豎井管上錨之間的耦合點(diǎn)易于受到拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的影響從而可能被破壞，這是由于船或平臺(tái)所引起的在豎井管頂部的大的移動(dòng)。
上述美國(guó)專利的缺點(diǎn)是它相對(duì)于豎井管上的大的移動(dòng)柔性很小。而且它需要以一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的操作將錨連接到海底上的豎井管上。
本發(fā)明涉及一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案用以獲得一個(gè)近似于“SteepS”構(gòu)造的豎井管，由于在豎井管安裝過(guò)程中，固定在豎井管上的配重元件可以在海面上的裝配船中被安裝，因而將豎井管連接到海底不需要復(fù)雜的操作。
將配重元件連接到一個(gè)適當(dāng)預(yù)裝的錨上也會(huì)比上述美國(guó)專利所描述的現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)單，這是由于錨鏈可以一個(gè)松弛狀態(tài)被安裝，如此簡(jiǎn)化了連接操作。
上述豎井管的相關(guān)裝置已由本發(fā)明獲得，并且其特征也由權(quán)利要求1給出。
由此，所獲得的一個(gè)技術(shù)解決方案，它既有像“Lazy S”構(gòu)造一樣的伸縮性又同時(shí)幾乎像“Steep S”一樣緊湊。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說(shuō)明，附圖顯示了本發(fā)明可能的實(shí)施例。


圖1a顯示完整的豎井管構(gòu)造。
圖1b顯示另一個(gè)與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)造。
圖2a和2b顯示上述圖1b所示構(gòu)造的細(xì)節(jié)。
圖3顯示具有配重元件的豎井管下部的細(xì)節(jié)。
圖4是一個(gè)顯示兩個(gè)安裝在豎井管上的配重元件的剖面圖。
圖1a中，顯示一個(gè)浮動(dòng)平臺(tái)1。一個(gè)豎井管2通過(guò)安裝到一個(gè)在安裝甲板上的耦合部件與所述平臺(tái)連接。對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)平臺(tái)自身并不重要，而豎井管的上部當(dāng)然可能被耦合到其它構(gòu)件上，如船舶，特別是一個(gè)潛水轉(zhuǎn)臺(tái)的裝載船或開采船。
圖中，豎井管的上部2a基本上垂直地垂掛著。中間部分2b以已知的方式，具有許多浮力元件8，浮力元件設(shè)置在中間部分上用于使豎井管在這一部分上彎曲。
豎井管也包括一段在浮力元件以下的下部部分2c。下部部分2c至少向下伸到海底，最好沿海底伸延。許多配重元件3被設(shè)置在下部上，以便平衡浮力元件產(chǎn)生的浮力，它同時(shí)起限制豎井管垂直運(yùn)動(dòng)的作用。最好使至少一個(gè)配重元件位于海底，這樣產(chǎn)生一個(gè)限制與豎井管正交的水平移動(dòng)的作用，從而在豎井管間相互碰撞的危險(xiǎn)被減少了。由于豎井管的上升會(huì)使配重元件從海底被提起，這樣就增加了豎井管浮在水中部分的重量，由此又將豎井管向下拉，這也起到穩(wěn)定豎井管在水中垂直位置的作用。
本發(fā)明的一個(gè)特別的實(shí)施例顯示在圖1b中，其中一個(gè)或多個(gè)被從海底提起的配重元件3b通過(guò)第一錨鏈或類似部件被連接到一個(gè)浮體12，浮體12進(jìn)一步通過(guò)一個(gè)第二錨鏈或類似部件13連接到一個(gè)錨14而被錨定在海底。這樣給出了配重元件的上部的一個(gè)附加的錨定，它抵制著豎井管水平方向的移動(dòng)并且同時(shí)減少了豎井管下部部分2c的曲率變化的可能性。當(dāng)豎井管的上部以與下部部分2c的彎曲相同的方向被拉動(dòng)的時(shí)候，如由于平臺(tái)1的漂流，則所述曲率半徑一般被減少。所述錨定一般會(huì)抑制上述曲率半徑的減少，這是由于鋪設(shè)在海底的錨鏈被從海底向上拉，而該錨鏈被固定在配重元件上，這樣有助于逐漸增加水平方向抵制豎井管移動(dòng)的力。這樣與配重元件的剛度一同有助于避免豎井管下部部分的曲率半徑減小到臨界限度以下。
如圖1b所示，當(dāng)海面構(gòu)件被設(shè)置在海底構(gòu)件的正上方時(shí)，附加錨定11、12、13、14是特別有利的，例如其中一個(gè)鉆井管15從平臺(tái)1伸到井口7。如果沒有附加錨定，一個(gè)在圖中沿紙面內(nèi)外方向的涌流在沿紙面的向內(nèi)或向外的方向使豎井管彎折。上述折曲可能破壞豎井管，這是由于豎井管的彎折超過(guò)了豎井管的臨界限度以及設(shè)置在同一區(qū)域內(nèi)豎井管相互碰撞的結(jié)果。上述設(shè)置在豎井管2c的下部部分凸出一側(cè)的錨定系統(tǒng)11、12、13、14可以將上述折曲減少到可接受的程度。
為保持浮力元件和配重元件3、8構(gòu)造的平衡，浮體12的浮力適合于使第一錨鏈11僅在配重元件3上作用一個(gè)水平力。這樣浮體12及其相應(yīng)的錨鏈11、13、14等可以被分別地設(shè)置在海底并且被連接到其上，而不會(huì)影響平衡效果，同時(shí)改善外平衡狀態(tài)特性。浮體可被錨定在一個(gè)選定的位置并且第一錨鏈隨后可被用一個(gè)ROV(遙控傳送工具)連接到其中一個(gè)配重元件上。如果錨定失效，豎井管將也基本保持同樣的豎直位置。以相應(yīng)于已知的水面船舶錨定系統(tǒng)相同的方式，浮體提供了一個(gè)比直接錨定在海底更軟的錨定，這樣在豎井管受損之前，允許更多的漂流物在海面上裝配，并在第一錨鏈11被連接到配重元件3上時(shí)，同時(shí)限制被ROV提起的重量。
圖2a和2b顯示了上述圖1b所示的錨定部件，其中圖2a顯示了連接到豎井管2的浮體12的使用方式，而圖2b相應(yīng)地顯示了通過(guò)所連接的錨鏈11、13連接到豎井管2的兩個(gè)浮體的使用方式。圖2所示的技術(shù)方案改善了水平方向移動(dòng)的穩(wěn)定性。
在圖3中的詳細(xì)顯示說(shuō)明了具有配重元件3的豎井管的下部部分，其中一個(gè)配重元件3b包括用于連接錨件11、12、13、14的固定件。除錨接的配重元件3b外，附圖還顯示了一個(gè)尺寸逐漸減小的配重元件3a，它提供豎井管與配重元件之間的過(guò)渡。對(duì)于在最下部鋪在海底上的配重元件，配重元件可以被相同地設(shè)置。
圖3顯示配重元件怎樣被安設(shè)在豎井管上以保持柔性，這是由于配重元件沿豎井管設(shè)置，有一個(gè)在配重元件之間的間隔件10使它們之間具有一定的間距。
最好僅有一個(gè)配重元件，同時(shí)最好是最下面的一個(gè)被固定到豎井管上，而其它的僅相互固定，以便允許配重元件沿縱向相對(duì)自由地移動(dòng)。這樣當(dāng)曲率變化時(shí)，豎井管不會(huì)受到任何附加拉力的影響。
為避免由于彎曲而在豎井管上出現(xiàn)的大的曲率，配重元件和中間間隔部件具有一個(gè)平滑的剛度。該剛度朝向其端部減少以便逐步過(guò)渡到豎井管的剛度。
為避免曲率超過(guò)某一界限，配重元件3的徑向延伸可大于配重元件3間的距離。選定配重元件的半徑和它們之間的間距的關(guān)系，使得配重元件在豎井管為某一曲率時(shí)相互接觸，這樣阻止豎井管2的進(jìn)一步彎曲。
作為一種替換方式，間隔件10可以置于配重元件之間，它可以調(diào)節(jié)彎曲的硬度，使得操作的硬度不低于豎井管2的臨界彎曲半徑。如果具有配重元件的豎井管被充分地彎曲，使得配重元件相互接觸，間隔件可以承受在彎曲的外側(cè)產(chǎn)生的張力。
除由本發(fā)明的采用配重元件所獲得的上述優(yōu)點(diǎn)之外，當(dāng)受到相對(duì)于海底的移動(dòng)的影響時(shí)，它也將使豎井管獲得一定的防止磨損的保護(hù)。
圖4顯示了一個(gè)實(shí)施例的配重元件3的結(jié)構(gòu)的剖視圖。配重元件3可以形成一個(gè)環(huán)形，如鉛環(huán)，相互間按一定距離被固定到豎井管2上。這樣豎井管的柔性被保持了。
在一個(gè)可替代的實(shí)施例中，配重元件可以具有高比重的液體，如鉆井液。如果配重元件被用液體充滿，它們也可以具有相當(dāng)?shù)娜嵝?，這樣當(dāng)豎井管彎曲時(shí)，由于配重元件被逐漸地相互壓向一起，從而在彎曲硬度中提供了一個(gè)阻尼增。液體可以在配重元件被安裝好以后灌入配重元件中，這樣簡(jiǎn)化了操作。
最好配重元件3是在豎井管外側(cè)用螺釘擰在一起的半圓形部件。圖4中所示的環(huán)形3通過(guò)內(nèi)環(huán)4被組裝起來(lái)，內(nèi)環(huán)4具有一個(gè)橡膠之類的材料的柔性聚合體。內(nèi)環(huán)4被粘合或被硫化到外環(huán)5上，外環(huán)5由重的配重材料，最好是鉛制成，或包含重液體。在外側(cè)，一個(gè)O型環(huán)6給出了一個(gè)外部的保護(hù)。
配重元件和它們之間的連接的硬度可以用其他的方式提供，如在配重元件和可能的間隔件的生產(chǎn)過(guò)程中采用不同的橡膠混合物，或許結(jié)合在配重元件中使用重液體，從而給出它們一定的彈性。
權(quán)利要求
1．豎井管(2)的相關(guān)裝置，特別是用于在海底的一個(gè)構(gòu)件(7)和一個(gè)處在或靠近海面的第二構(gòu)件間輸送液體的裝置，包括一個(gè)大致垂直延伸的上部部件(2a)，所述上部部件的上端連接到海面構(gòu)件上，一個(gè)豎井管(2)的中間部分(2b)，在其長(zhǎng)度方向的至少一部分上連接著一個(gè)或多個(gè)浮力元件，一個(gè)下部部件(2c)，具有一個(gè)連接到海底構(gòu)件(1)上的下端，其特征在于還有一個(gè)或多個(gè)配重元件被安裝在豎井管(2)的下部部件(2c)上。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于每個(gè)配重元件(3)包括一個(gè)由重材料，如鉛制成的部件。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于每個(gè)配重元件(3)包括一種已知任何類型的高比重液體。
4．如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于配重元件(3)包括固定在豎井管(2)外圍的圓環(huán)。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于每個(gè)配重元件(3)包括兩個(gè)半圓形的環(huán)部件，它們適于用螺釘繞豎井管的圓周固定在一起。
6．如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于每個(gè)配重元件(3)包括一個(gè)最好用彈性材料制成的內(nèi)環(huán)(4)，所述內(nèi)環(huán)固定到一個(gè)由鉛之類的重材料制成的外環(huán)(5)上。
7．如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于每個(gè)配重元件(3)包括一個(gè)O型外環(huán)(6)，它基本上將配重元件的其它部件(4、5)遮蓋起來(lái)。
8．如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于豎井管(2)的下部部件(2c)包括兩個(gè)或多個(gè)配重元件(3)，所述配重元件(3)相互間軸向有一定的距離。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于還包括將兩個(gè)或多個(gè)配重元件(3)間隔開的間隔件(10)。
10．如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于配重元件沿豎井管(2)的下部部分(2c)分布，并且豎井管的下部部分如此具有了一個(gè)從大致垂直的部分過(guò)渡到大致水平的部分的彎曲。
11．如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)配重元件(3)鋪設(shè)在海底上。
12．如權(quán)利要求8-12中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于豎井管的下部部件(2c)具有一個(gè)小的彎曲，所述彎曲的曲率半徑被配重元件間的間隔和配重元件的徑向延伸所限定，所述徑向延伸大于配重元件之間的間隔距離。
13．如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于包括許多相互連接的配重元件，它們?cè)谪Q井管的縱向上具有一個(gè)連續(xù)的彎曲硬度。
14．如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于彎曲硬度朝著相互連接的配重元件的端部減小。
15．如上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)配重元件被連接到錨定系統(tǒng)上，錨定系統(tǒng)包括至少一個(gè)連接到浮體(12)上的第一錨鏈或類似物件(11)，浮體(12)通過(guò)一個(gè)第二錨鏈或類似物件(14)被錨定到海底，錨定系統(tǒng)被設(shè)置在豎井管下部部分凸出的一側(cè)，浮體(12)的浮力與錨鏈的重量和長(zhǎng)度的關(guān)系適于在豎井管的下部部分上作用一個(gè)基本水平的力。
16．如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于還包括兩個(gè)相互間以一個(gè)選定的角度錨定的浮體。
全文摘要
豎井管(2)的相關(guān)裝置,特別是用于在海底的一個(gè)構(gòu)件(7)和一個(gè)處在或靠近海面的第二構(gòu)件間輸送液體的裝置,包括:一個(gè)大致垂直延伸的上部部件(2a),所述上部部件的上端連接到海面構(gòu)件上;一個(gè)豎井管(2)的中間部分(2b),在其長(zhǎng)度方向的至少一部分上連接著一個(gè)或多個(gè)浮力元件;以及一個(gè)下部部件(2c),具有一個(gè)連接到海底構(gòu)件(1)上的下端,一個(gè)或多個(gè)配重元件被安裝在豎井管(2)的下部部件(2c)上。
文檔編號(hào)E21B17/00GK1312881SQ99809524
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期1999年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月12日
發(fā)明者克努特·哈里·菲耶爾 申請(qǐng)人:挪威國(guó)家石油公司