連接到水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的浮式系統(tǒng)及其使用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種定位在具有水底的水體中的浮式系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：漂浮在水中的主機(jī)部件；細(xì)長(zhǎng)的水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)，該水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)包括連接至主機(jī)的頂部；延伸到海底并適合于連接到擱在海底上的流送管線(xiàn)的底部；管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形狀的第一部分；管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形狀的第二部分；以及呈下凹形狀的過(guò)渡段，所述過(guò)渡段位于第一部分和第二部分之間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】連接到水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的浮式系統(tǒng)及其使用方法
[0001 ] 本分案申請(qǐng)是基于中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00780035066.2 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2007/078876 )、發(fā)明名稱(chēng)“連接到水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的浮式系統(tǒng)及其使用方法”、申請(qǐng)日為2007年9月19日的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種從位于海水表面的主機(jī)(host)延伸到海底的水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)(例如隔水管)，以及涉及一種制造和使用這種系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]已經(jīng)提出了若干種將浮式結(jié)構(gòu)與海底管線(xiàn)連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)。所使用的結(jié)構(gòu)通常取決于特別是與水深以及浮式結(jié)構(gòu)的水平和豎直運(yùn)動(dòng)相關(guān)的參數(shù)，考慮這些參數(shù)以便選擇合適的結(jié)構(gòu)和/或連接類(lèi)型。
[0004]一種經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為自由懸掛結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，隔水管在其頂部自由懸掛在主機(jī)上，并且形成了向下的弧形形狀，直到它觸及海底(觸地點(diǎn))。在觸地點(diǎn)之后，管水平地?cái)R在海底從而連接至海底設(shè)備。在該結(jié)構(gòu)中，無(wú)論所使用的隔水管的類(lèi)型如何，主機(jī)的振蕩可引起位于隔水管下部(特別是觸地區(qū)域)的管線(xiàn)的彎曲曲率的振蕩。這種主機(jī)振蕩可導(dǎo)致隔水管觸地點(diǎn)附近的顯著疲勞損壞。
[0005]在自由懸掛結(jié)構(gòu)中，當(dāng)隔水管包括剛性管或包括兩個(gè)同心的剛性管時(shí)，它可被稱(chēng)為鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管或SCR ;不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力超過(guò)制成SCR的金屬材料的屈服強(qiáng)度的彎曲部分的曲率半徑較大，約為100m或以上。
[0006]在自由懸掛結(jié)構(gòu)中，可在深海中使用柔性管。其與SCR相比可具有的優(yōu)點(diǎn)在于:例如，與海底交界的彎曲部分具有較小的曲率半徑。而且，由于改進(jìn)的疲勞性質(zhì)，該柔性管可允許位于水面的主機(jī)有更大的豎直和水平運(yùn)動(dòng)。但是，其可能具有的缺點(diǎn)是非常笨重，與SCR相比具有較差的絕熱性，并且每單位長(zhǎng)度的成本高于SCR。
[0007]混合結(jié)構(gòu)可使用隔水管，其中下部包括豎直的、剛性的鋼制隔水管，上部包括短的柔性管(跨接管)。該隔水管的重量可由位于豎直的剛性部分之上的浮力裝置調(diào)整，主機(jī)的運(yùn)動(dòng)可由長(zhǎng)度短的柔性管來(lái)補(bǔ)償。
[0008]美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.2005/0063788公開(kāi)了一種混合隔水管，它具有下部段和上部段，所述上部段包括柔性管，所述下部段包括與柔性管連通的、大體上剛性的豎直管，所述隔水管還包括位于所述剛性管的上端部區(qū)域處或位于所述剛性管的上端部區(qū)域中的浮力段。所述浮力段還包括細(xì)長(zhǎng)的圓柱形浮力部件，它可以是具有閥的、同軸間隔開(kāi)的管形結(jié)構(gòu)，以使得它可以被可控地充滿(mǎn)或排空。該混合隔水管直接錨定到位于其底部的海底基礎(chǔ)上。該混合隔水管可在陸地上建造，并被拖航到將與其連接的設(shè)施附近。在此并入美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.2005/0063788的全部?jī)?nèi)容以作參考。
[0009]本領(lǐng)域需要一種不會(huì)由于浮式主機(jī)的運(yùn)動(dòng)所引起的觸地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而經(jīng)受過(guò)早的疲勞破壞的SCR結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域還需要由單一剛性材料制成的、不包括柔性部分的隔水管。本領(lǐng)域還需要低成本的隔水管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種定位在具有水底的水體中的浮式系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:漂浮在水中的主機(jī)部件；包括連接至主機(jī)的頂部的細(xì)長(zhǎng)的水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)；延伸到海底并適合于連接到擱在海底上的流送管線(xiàn)的底部；管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形的第一部分；管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形的第二部分；以及呈下凹形的過(guò)渡段，所述過(guò)渡段位于第一部分和第二部分之間。
[0011]在另一方面，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)浮式系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括漂浮在具有水底的水體中的主機(jī)；細(xì)長(zhǎng)的水下結(jié)構(gòu)，該水下結(jié)構(gòu)具有第一端部、第二端部和位于第一端部和第二端部之間的主體，其中第一端部連接至主機(jī)，主體延伸通過(guò)水體，以及第二端部位于水底附近，該方法包括:在提升點(diǎn)提升主體的過(guò)渡段，從而足以在第一水深處使主體的過(guò)渡段形成下凹形狀，在第二水深處使主體的一部分形成上凹形狀，其中第二水深比第一水深更深。在一些實(shí)施例中，該方法還包括將主體的過(guò)渡段錨固到水底。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可包括下述中的一個(gè)或多個(gè):
[0013]提供一種不會(huì)由于主機(jī)的動(dòng)作所引起的觸地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而過(guò)早疲勞損壞的SCR結(jié)構(gòu)；
[0014]提供由單一剛性材料制成的隔水管或幾乎由單一剛性材料制成的隔水管；
[0015]提供主要部分由剛性材料制成的隔水管；
[0016]提供可不包括柔性部分的隔水管；以及
[0017]提供低成本的隔水管。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括位于水面121的浮式主機(jī)103，其中管形部件105從該浮式主機(jī)延伸，該管形部件105具有從浮式主機(jī)103向下延伸穿過(guò)水體125至觸地點(diǎn)124的隔水管部分105A，管形部件105具有沿海床120延伸的管線(xiàn)部分10?。
[0019]圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中顯示了位于水面121的浮式主機(jī)103，其中管形部件105從該浮式主機(jī)延伸，其通過(guò)連接器131由浮力部件108提升，并通過(guò)連接器132錨定至基礎(chǔ)111。
[0020]圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示，顯示了浮力部件108直接附接至水下浮力結(jié)構(gòu)105，而不使用連接器部件。
[0021]圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示，顯示了浮力部件108沿著提升區(qū)105F在多個(gè)點(diǎn)處連接至水下結(jié)構(gòu)，還示出了多個(gè)錨定部件111。兩個(gè)懸鏈線(xiàn)式結(jié)構(gòu)之間的過(guò)渡可變得平滑。
[0022]圖5是本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖示，顯示了多個(gè)浮力部件108沿著提升區(qū)105F連接至多個(gè)點(diǎn)。
[0023]圖6是在實(shí)例中進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)的圖示。
[0024]圖7示出了圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的模擬疲勞結(jié)果，其結(jié)果是分別對(duì)應(yīng)于26.5年和 2.7 年的 “D0E-B” 和 “AP1-X”。
[0025]圖8示出了圖6所示的系統(tǒng)的模擬疲勞結(jié)果，其結(jié)果分別對(duì)應(yīng)于3470年和214年的 “DOE-B” 和 “AP1-X”。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種定位在具有水底的水體中的浮式系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:漂浮在水中的主機(jī)部件；包括連接至主機(jī)的頂部的細(xì)長(zhǎng)的水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)；延伸到海底并適合于連接至擱在海底上的流送管線(xiàn)的底部；管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形的第一部分；管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形的第二部分；以及呈下凹形的過(guò)渡段，所述過(guò)渡段位于第一部分和第二部分之間。在一些實(shí)施例中，細(xì)長(zhǎng)水下結(jié)構(gòu)包括鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括連接至過(guò)渡段的浮力部件。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括連接至過(guò)渡段的錨定部件。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括通過(guò)多個(gè)連接件連接到過(guò)渡段、第一部分和第二部分中的至少一個(gè)的浮力部件。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括通過(guò)多個(gè)連接件連接到過(guò)渡段、第一部分和第二部分中的至少一個(gè)的多個(gè)浮力部件。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括通過(guò)多個(gè)連接件連接到過(guò)渡段、第一部分和第二部分中的至少一個(gè)的錨定部件。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括通過(guò)多個(gè)連接件連接到過(guò)渡段、第一部分和第二部分中的至少一個(gè)的多個(gè)錨定部件。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括圍繞過(guò)渡段安裝的浮力部件。在一些實(shí)施例中，第一部分的最低點(diǎn)比過(guò)渡段的最高點(diǎn)低5至50米。在一些實(shí)施例中，過(guò)渡段包括預(yù)彎曲支撐管(shore pipe)、鐘形口管、彎曲限制件、錐形應(yīng)力接頭、鈦應(yīng)力接頭、柔性軟管以及深水柔性接頭中的至少一個(gè)。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種改進(jìn)浮式系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括:漂浮在具有水底的水體中的主機(jī)；細(xì)長(zhǎng)的水下結(jié)構(gòu)，該水下結(jié)構(gòu)具有第一端部、第二端部和位于第一端部和第二端部之間的主體，其中第一端部連接至主機(jī)，主體延伸通過(guò)水體，以及第二端部位于水底附近，該方法包括:在提升點(diǎn)處提升主體的過(guò)渡段，從而足以在第一水深處使主體的過(guò)渡段形成為下凹形狀，在第二水深處使主體的一部分形成為上凹形狀，其中第二水深比第一水深更深。在一些實(shí)施例中，該方法還包括將主體的過(guò)渡段錨定到水底。在一些實(shí)施例中，提升過(guò)渡段包括將過(guò)渡段從水底提升約10至200米，例如提升約25至約100米，或約50米。在一些實(shí)施例中，細(xì)長(zhǎng)的水下結(jié)構(gòu)包括鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管。在一些實(shí)施例中，第二水深比第一水深深5至50米。
[0028]在論述本發(fā)明之前，先參考現(xiàn)有技術(shù)。首先參照?qǐng)D1，其是顯示現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的示意圖，其中浮式主機(jī)103位于水面121，管形部件105從該浮式主機(jī)延伸。管形部件105具有隔水管部分105A，該隔水管部分105A從浮式主機(jī)103向下延伸穿過(guò)水體125并在觸地點(diǎn)124處與海底120相交。管形部件105還具有沿海底120延伸的管線(xiàn)部分10?。
[0029]如在以上【背景技術(shù)】部分所論述的，作用在浮式主機(jī)103上的波動(dòng)作用通過(guò)管形部件105轉(zhuǎn)移能量，這可能導(dǎo)致管形部件105例如在觸地點(diǎn)附近發(fā)生疲勞損壞，該觸地點(diǎn)隨著主機(jī)的運(yùn)動(dòng)而沿隔水管滑動(dòng)。
[0030]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括對(duì)傳統(tǒng)鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管的一種或多種改型。在懸掛于主機(jī)上的隔水管頂部和位于海底的觸地點(diǎn)之間，沿隔水管的一個(gè)(或多個(gè))位置可通過(guò)浮力部件(例如空氣罐或浮力泡沫件)被提升，并且還被錨定至海底上的基礎(chǔ)。在連接至主機(jī)的頂部和被提升與錨定的位置之間的隔水管形成了第一懸鏈結(jié)構(gòu)，通常，但不是絕對(duì)的，懸鏈結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)低于浮升與錨定點(diǎn)。與海底接觸的第二懸鏈結(jié)構(gòu)位于浮升與錨定點(diǎn)之下。鋪設(shè)在海底上的管線(xiàn)位于觸地點(diǎn)之外。在浮升與錨定點(diǎn)附近，管段可被彎曲以在兩個(gè)懸鏈結(jié)構(gòu)之間形成過(guò)渡。為了避免過(guò)小的彎曲曲率以及因此產(chǎn)生的較大彎曲應(yīng)力，過(guò)渡管段可通過(guò)例如錐形應(yīng)力接頭或彎曲限制件來(lái)限制其彎曲，或可由容許小彎曲曲率的柔性部件制成以限制其彎曲。
[0031]在一些實(shí)施例中，隔水管的彎矩是可控的。對(duì)于傳統(tǒng)的SCR來(lái)說(shuō)，主機(jī)運(yùn)動(dòng)主要引起觸地點(diǎn)附近的彎矩變化。由于觸地點(diǎn)在主機(jī)偏移和水流的作用下沿著隔水管運(yùn)動(dòng)一定長(zhǎng)度，因此很難在沿可動(dòng)的觸地點(diǎn)范圍的長(zhǎng)度加固隔水管。在一些實(shí)施例中，觸地點(diǎn)可通過(guò)浮升和錨定而與主機(jī)的運(yùn)動(dòng)隔離，主彎曲曲率及其變化可集中在浮升和錨定位置。于是，可以比較容易地在沿隔水管固定的點(diǎn)處控制彎矩水平。浮升與錨定點(diǎn)(過(guò)渡段)附近的局部彎矩的減小可通過(guò)兩種機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種是通過(guò)將局部化彎曲分散到較長(zhǎng)的長(zhǎng)度上來(lái)限制彎曲曲率，另一種是使用柔性部件以允許大的局部彎曲曲率。
[0032]在一些實(shí)施例中，提供了一種隔水管系統(tǒng)，該隔水管系統(tǒng)用于通過(guò)擱在海底上的流送管線(xiàn)從其它設(shè)備向水面浮式生產(chǎn)主機(jī)輸送液體和/或氣體，或通過(guò)海底流送管線(xiàn)從主機(jī)向其它設(shè)備輸出液體和/或氣體。隔水管頂部可連接至主機(jī)，在沿著隔水管的某一點(diǎn)處，隔水管可通過(guò)浮力部件被浮升并且被錨定至海底基礎(chǔ)。浮升與錨定點(diǎn)將隔水管分成兩部分，每一部分具有不同的懸鏈結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，隔水管沿著一短的隔水管段通過(guò)一定長(zhǎng)度的浮力模塊被浮升并且在浮升段內(nèi)的一點(diǎn)處被錨定。在一些實(shí)施例中，浮力部件通過(guò)多個(gè)連接件來(lái)提升隔水管并通過(guò)多個(gè)錨定部件被錨定。多個(gè)浮力連接件和錨定連接件有助于形成這兩個(gè)懸鏈結(jié)構(gòu)的平滑過(guò)渡。錨定連接件的數(shù)量和用于浮力部件的連接件的數(shù)量可不必相等，它們的數(shù)量取決于隔水管的參數(shù)。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括多個(gè)浮力部件和多個(gè)錨定連接件，其可允許懸鏈結(jié)構(gòu)的過(guò)渡變得更平滑。
[0033]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種減小浮升與錨定點(diǎn)處的彎矩水平及其變化的方法。對(duì)于兩個(gè)不同懸鏈結(jié)構(gòu)的過(guò)渡，該過(guò)渡段可經(jīng)受顯著的彎曲。盡管與觸地點(diǎn)隔開(kāi)，但是主機(jī)的振蕩可傳到浮升與錨定點(diǎn)。除了多個(gè)浮力和錨定部件之外，浮升和錨定點(diǎn)附近的管線(xiàn)還可被設(shè)計(jì)成通過(guò)下述方式中的一種或其組合來(lái)限制彎曲或容許彎曲:
[0034](1)浮升與錨定點(diǎn)附近的錐形應(yīng)力接頭，用于降低彎曲應(yīng)力水平；
[0035](2)鐘形口管或其它彎曲限制器，用于將浮升與錨定點(diǎn)附近的彎曲曲率限制在期望的上限內(nèi)；
[0036](3)浮升與錨定點(diǎn)附近的鈦應(yīng)力接頭，其比鋼管更具適于彎曲曲率的柔性；
[0037](4)浮升與錨定點(diǎn)附近的一小段跨接管，用于接受大的彎曲曲率；
[0038](5)位于浮升與錨定點(diǎn)處的深水柔性接頭，以允許彎曲；和/或
[0039](6)在浮升與錨定點(diǎn)附近，一小段隔水管可被預(yù)彎曲以形成具有很小彎曲應(yīng)力的平均彎曲曲率。
[0040]彎矩減小方法的細(xì)節(jié)取決于隔水管參數(shù)和環(huán)境條件。
[0041]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其顯示了位于水面121的浮式主機(jī)103，其中水下結(jié)構(gòu)105從該浮式主機(jī)延伸。
[0042]應(yīng)該理解的是，浮式結(jié)構(gòu)103可以是具有向水底延伸的管線(xiàn)部件的任何類(lèi)型浮式結(jié)構(gòu)，該管線(xiàn)部件將通過(guò)浮式結(jié)構(gòu)103對(duì)波動(dòng)作用的響應(yīng)而經(jīng)受波動(dòng)作用。例如，在海上烴類(lèi)勘探、鉆井、生產(chǎn)、加工或運(yùn)輸領(lǐng)域中，浮式結(jié)構(gòu)103的非限定性實(shí)例包括輪船、小船、駁船、鉆井裝置、平臺(tái)、FPSO (浮式生產(chǎn)、儲(chǔ)存和卸載系統(tǒng))，半潛式平臺(tái)，F(xiàn)SRU (浮式存儲(chǔ)和再氣化單元)等等。
[0043]盡管所示的是漂浮在水面121上，但應(yīng)該理解的是，浮式主機(jī)103也可漂浮在水面121以下，并且仍可經(jīng)受波動(dòng)作用，它通常在水面121之下延伸最初的數(shù)百英尺。盡管所示的是離開(kāi)陸地的漂浮，但也應(yīng)該理解的是，浮式主機(jī)103可被錨定到陸地上，或者栓系到陸地上，或被陸地(如船塢、碼頭等)部分地支承。
[0044]細(xì)長(zhǎng)的水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)105可以是如在離岸技術(shù)中所已知的、從浮式主機(jī)103延伸的任何類(lèi)型的結(jié)構(gòu)。最通常的是，水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)105可以是一些類(lèi)型的管形部件，本領(lǐng)域中通稱(chēng)為“隔水管”，它的非限定性實(shí)例包括臍帶、管子、導(dǎo)管，管、管道，但也可以是非管形的部件，例如纜繩、管線(xiàn)、繩索等。
[0045]水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)105從浮式主機(jī)103向下延伸穿過(guò)水體125，在新觸地點(diǎn)處到達(dá)海底120，該新觸地點(diǎn)通常比原觸地點(diǎn)124 (參見(jiàn)圖1)更遠(yuǎn)離主機(jī)103，并沿海底120繼續(xù)延伸。更具體而言，水下結(jié)構(gòu)105從浮式主機(jī)103向下延伸穿過(guò)水體125到位于結(jié)構(gòu)105上的局部低點(diǎn)/區(qū)域105E而作為傳統(tǒng)的隔水管部分105A，水下結(jié)構(gòu)105從該局部低點(diǎn)/區(qū)域105E向上回轉(zhuǎn)而作為隔水管部分105B。
[0046]浮力部件108在提升點(diǎn)/區(qū)域105F處提供對(duì)水下結(jié)構(gòu)105的提升，在提升點(diǎn)/區(qū)域105F處提升點(diǎn)105F的升高受到連接至基礎(chǔ)111的錨定線(xiàn)132的長(zhǎng)度的限制。該浮力使點(diǎn)/區(qū)域105E降低并且使點(diǎn)/區(qū)域105F提升，水下結(jié)構(gòu)105在點(diǎn)/區(qū)域105F處的斜率為零(0),而隔水管部分105A的斜率和隔水管部分105B的斜率具有相反的符號(hào)或極性，同時(shí)，隔水管部分105B和105C的斜率具有相反的符號(hào)或極性。位于浮升與錨定點(diǎn)105F之上的隔水管部分和浮升與位于錨定點(diǎn)105F之下的隔水管部分是兩種不同的懸鏈結(jié)構(gòu)，而浮升與錨定點(diǎn)105F附近的隔水管是該兩個(gè)懸鏈結(jié)構(gòu)的過(guò)渡。
[0047]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，在一些實(shí)施例中，浮力部件108在水深為D1的提升點(diǎn)/區(qū)域105F處提供對(duì)水下結(jié)構(gòu)105的提升，并將其充分提升以便在水深D2 (在該處D2可能比D1深)處在結(jié)構(gòu)105上形成局部低點(diǎn)/區(qū)域105E。該低點(diǎn)/區(qū)域105E定位于提升點(diǎn)/區(qū)域105F與浮式主機(jī)103之間的結(jié)構(gòu)105上，并且該低點(diǎn)/區(qū)域105E的水深可比提升點(diǎn)/區(qū)域105F的水深低。
[0048]從圖2應(yīng)該意識(shí)到，水下結(jié)構(gòu)105包括隔水管部分105A和105B，其在局部低點(diǎn)/區(qū)域105E處上凹(遠(yuǎn)離海底120)并且具有低點(diǎn)。同樣的，水下結(jié)構(gòu)105包括隔水管部分105C和105D，它們?cè)谟|地點(diǎn)10?處也是上凹的懸鏈結(jié)構(gòu)。于是，在105B和105C的附近形成下凹部分(朝向海底120)，用作這兩個(gè)懸鏈結(jié)構(gòu)的過(guò)渡。
[0049]可使用船舶領(lǐng)域中公知的多種浮力材料中的任何一種，例如泡沫或浮力罐。浮力部件108可包括其密度適合于提供浮力的材料，或可包括用于提供浮力的具有孔隙或中空部的材料。
[0050]浮力部件108可提供足夠的浮力，以便不僅用于將水下結(jié)構(gòu)105提升到海底120之上的預(yù)期位置，而且還支承穿過(guò)水下結(jié)構(gòu)105的任何材料的重量。
[0051]如圖2所示，浮力部件108可通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)連接部件131附接至水下結(jié)構(gòu)105，連接部件131根據(jù)需要可以是剛性或柔性的。此類(lèi)連接部件131可以是纜繩、鏈、繩、桿等。[0052]應(yīng)該理解的是，浮力部件108連接至水下結(jié)構(gòu)105的方式并不是關(guān)鍵的，而只是一種優(yōu)選設(shè)計(jì)方式。
[0053]再次參照?qǐng)D3，其示出了浮力部件108直接附接至水下結(jié)構(gòu)105而不使用連接部件131 (見(jiàn)圖2)的一些實(shí)施例。浮力部件108可套在結(jié)構(gòu)105周?chē)?，或可與結(jié)構(gòu)105—體形成。
[0054]根據(jù)水下結(jié)構(gòu)105的物理特性和其它設(shè)計(jì)參數(shù)，可能的是，在如圖2所示的提升點(diǎn)105F處提供提升可能導(dǎo)致一些類(lèi)型的結(jié)構(gòu)和/或構(gòu)造產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。替代地，可沿著某一區(qū)域提供提升以便分散提升結(jié)構(gòu)105的應(yīng)力。例如，在一些實(shí)施例中，如圖3所示，可通過(guò)使用多個(gè)浮力部件108 (或者一個(gè)大的細(xì)長(zhǎng)浮力部件108)而沿提升區(qū)域105F提供提升。
[0055]在一些實(shí)施例中，為了形成提升區(qū)105F，現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其顯示了浮力部件108在沿提升區(qū)105F的多個(gè)點(diǎn)處通過(guò)多個(gè)連接件131連接至水下結(jié)構(gòu)。
[0056]在一些實(shí)施例中，為了形成提升區(qū)105F，現(xiàn)在參照?qǐng)D5，其顯示了多個(gè)浮力部件108沿提升區(qū)105F連接至多個(gè)點(diǎn)。
[0057]錨定部件111可通過(guò)使用連接器132連接至水下結(jié)構(gòu)105，該錨定部件111還被提供用以克服浮力部件108的浮力提升而穩(wěn)定水下結(jié)構(gòu)105的位置，以及將其保持在預(yù)期位置。
[0058]錨定部件111在離岸鉆井領(lǐng)域是公知的，并且任何合適的錨定部件都可用作錨定部件111。錨定部件111可擱在海底120，在該情況下，其具有適當(dāng)?shù)闹亓恳缘挚垢×Σ考?08的提升。替代地，錨定部件111可附接至水底120。
[0059]如圖2-5所示，錨定部件111可通過(guò)使用連接部件132附接至水下結(jié)構(gòu)105，這些連接件根據(jù)需要可以是剛性或柔性的。此類(lèi)連接件132可以是纜繩、鏈、繩、桿等。
[0060]在一些實(shí)施例中，可通過(guò)使用一個(gè)以上的連接部件132將結(jié)構(gòu)105重復(fù)連接至錨定部件111。
[0061]在一些實(shí)施例中，新隔水管部件可通過(guò)使其從主機(jī)103延伸至水底120而被安裝，并且隨后提升水下結(jié)構(gòu)105的一部分使其離開(kāi)水底120，從而形成下凹區(qū)域105F和上凹區(qū)域105E (如圖2所示)。
[0062]在一些實(shí)施例中，新隔水管部件可通過(guò)下述方式進(jìn)行安裝:首先為其提供浮力部件108 ;隨后使其從主機(jī)103延伸至水底120 ;以及允許它形成具有下凹區(qū)域105F和上凹區(qū)域105E的水下結(jié)構(gòu)105 (如圖2所示)。
[0063]在一些實(shí)施例中，浮升與錨定點(diǎn)105F附近的隔水管段可以是一段預(yù)彎曲的管接頭。通過(guò)該預(yù)彎曲的管接頭，兩個(gè)不同懸鏈結(jié)構(gòu)之間的過(guò)渡可能不會(huì)產(chǎn)生大的彎矩。
[0064]在一些實(shí)施例中，在點(diǎn)/區(qū)域105F處被浮升與錨定的管段是多個(gè)錐形鋼接頭，其根據(jù)使引起疲勞的最大應(yīng)力和應(yīng)力振蕩而將105下附近的彎曲應(yīng)力降低至可接受的水平。
[0065]在一些實(shí)施例中，外部的鐘形口管或其它形式的彎曲限制件可被連接至在點(diǎn)/區(qū)域105F處被浮升和錨定的管段。在該位置處管的彎曲可由鐘形口管或其它形式的彎曲限制件的幾何構(gòu)造來(lái)限制。
[0066]在一些實(shí)施例中，在點(diǎn)/區(qū)域105F處被浮升和錨定的管段可由鈦直管或鈦錐形管制成。鈦材料的低彎曲剛度允許在該區(qū)域處具有較大的彎曲曲率。
[0067]在一些實(shí)施例中，在浮升和錨定點(diǎn)105F的區(qū)域中可使用短的柔性軟管。通過(guò)該柔性軟管，可允許較大的彎曲曲率。
[0068]在一些實(shí)施例中，在浮升與錨定點(diǎn)/區(qū)域105F處可使用深水柔性接頭。在點(diǎn)105F之上和之下的兩個(gè)懸鏈線(xiàn)結(jié)構(gòu)的交叉可變成與深水柔性接頭成一定角度。
[0069]雖然本發(fā)明可用于安裝新的隔水管部件，但對(duì)于改進(jìn)現(xiàn)有水下結(jié)構(gòu)105的方法也是有用的。例如，對(duì)于具有延伸到水底120的水下結(jié)構(gòu)105的現(xiàn)有浮式主機(jī)103來(lái)說(shuō)(如圖1所示)，改進(jìn)方法包括提升水下結(jié)構(gòu)105的一部分以使其離開(kāi)水底120，從而形成下凹區(qū)域105F和上凹區(qū)域105E (見(jiàn)圖2)。
[0070]實(shí)例
[0071]進(jìn)行了如圖6所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)模擬。
[0072]圖7示出了圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的疲勞結(jié)果，其結(jié)果是分別對(duì)應(yīng)于26.5年和
2.7 年的 “D0E-B” 和 “AP1-X”。
[0073]圖8示出了圖6所示的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)的疲勞結(jié)果，其結(jié)果分別對(duì)應(yīng)于3470年和214年的“D0E-B”和“AP1-X”。與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比，其疲勞壽命分別增加了 130倍和79倍。
[0074]雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行了特定描述，但是應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可對(duì)其進(jìn)行各種其它改進(jìn)，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的并且可容易做出的。因此，所附權(quán)利要求的范圍不應(yīng)局限于在這里給出的實(shí)例和說(shuō)明，而是權(quán)利要求應(yīng)被解釋為包含存在于本發(fā)明中的具有可專(zhuān)利的新穎性的所有特征，包括本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為等同的所有特征。
【權(quán)利要求】
1.一種定位在具有水底的水體中的浮式系統(tǒng)，該浮式系統(tǒng)包括:漂浮在水中的主機(jī)部件；細(xì)長(zhǎng)的水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)，所述水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)包括鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管，所述鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管基本上由單一剛性材料制成而并不包括柔性部分，并且所述鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管包括:連接至主機(jī)部件的頂部；延伸到海底并適合于連接到擱在海底上的流送管線(xiàn)的底部；水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形狀的第一部分；水下管線(xiàn)結(jié)構(gòu)的呈上凹形狀的第二部分；呈下凹形狀的過(guò)渡段，其中所述過(guò)渡段位于第一部分和第二部分之間，所述過(guò)渡段包括浮升與錨定點(diǎn)，所述過(guò)渡段包括預(yù)彎曲支撐管、鐘形口管、彎曲限制件、錐形應(yīng)力接頭和鈦應(yīng)力接頭中的至少一個(gè)；連接至過(guò)渡段的浮升與錨定點(diǎn)的浮力部件；以及連接至過(guò)渡段的浮升與錨定點(diǎn)的錨定部件。
2.如權(quán)利要求1所述的浮式系統(tǒng)，其中浮力部件直接連接至過(guò)渡段的浮升與錨定點(diǎn)而不使用連接器部件。
3.如權(quán)利要求1所述的浮式系統(tǒng)，其中，錨定部件通過(guò)使用連接器部件而連接到過(guò)渡段的浮升與錨定點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的浮式系統(tǒng)，還包括通過(guò)多個(gè)連接件連接到過(guò)渡段、第一部分和第二部分中的至少一個(gè)上的多個(gè)浮力部件。
5.如權(quán)利要求1所述的浮式系統(tǒng)，其中，浮力部件圍繞過(guò)渡段安裝。
6.如權(quán)利要求1所述的浮式系統(tǒng)，其中所述第一部分的最低點(diǎn)比過(guò)渡段的最高點(diǎn)低5至50米。
7.一種改進(jìn)浮式系統(tǒng)的方法，該浮式系統(tǒng)包括:漂浮在具有水底的水體中的主機(jī)；細(xì)長(zhǎng)的水下結(jié)構(gòu)，該水下結(jié)構(gòu)包括鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管，所述鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管基本上由單一剛性材料制成而并不包括柔性部分，所述鋼制懸鏈線(xiàn)式隔水管具有第一端部、第二端部和定位在該第一端部與第二端部之間的主體，其中第一端部連接至主機(jī)，主體延伸通過(guò)水體，且第二端部位于水底附近，該方法包括:在提升點(diǎn)提升主體的過(guò)渡段，以便足以在第一水深處使主體的過(guò)渡段形成為下凹形狀，在第二水深處使主體的一部分形成為上凹形狀，其中第二水深比第一水深更深；以及將主體的過(guò)渡段連接至水底的錨定部件，其中錨定部件連接至提升點(diǎn)，所述過(guò)渡段包括預(yù)彎曲支撐管、鐘形口管、彎曲限制件、錐形應(yīng)力接頭和鈦應(yīng)力接頭中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中提升過(guò)渡段包括將過(guò)渡段從水底提升10米至100米。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二水深比第一水深深5至50米。
【文檔編號(hào)】B63B35/00GK103661819SQ201310711190
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2006年9月21日
【發(fā)明者】Y·S·李, G·羅登布施, H·張, J·Q·張 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司