專利名稱：用吊掛的配重或浮筒引導(dǎo)的立管設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種海洋開發(fā)中用以改善聯(lián)結(jié)水面結(jié)構(gòu)和水底結(jié)構(gòu)的曲線型柔性立管在水中的運(yùn)動特性的新的設(shè)計。這里所指的“立管”可以是單通道或多通道的輸送物質(zhì)的管道，也可以是輸電電纜。通常英文用“RISER”一詞表示。
現(xiàn)有的水中柔性立管通常在水中呈自由懸掛或懸浮狀態(tài)，因此在水面結(jié)構(gòu)運(yùn)動以及波浪和水流的作用下立管中段會產(chǎn)生較大的運(yùn)動或振動。特別是海洋石油開發(fā)中當(dāng)立管布置密集并且水面結(jié)構(gòu)運(yùn)動幅度大的時候，立管之間很容易發(fā)生碰撞或一根對另一根的翻越。這是生產(chǎn)使用上不能允許的。
本發(fā)明的目的是用從上部結(jié)構(gòu)下掛配重8或從水底系浮筒18，并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6或16與立管13中段水平相連的方法，構(gòu)成一個水平的柔性的力或力系來引導(dǎo)和限制立管或立管群的運(yùn)動，起到柔性的導(dǎo)向和振動阻尼的作用，改善立管的運(yùn)動特性。采用本發(fā)明可使某些使用條件下的立管分別或多方面取得增加立管在水中的穩(wěn)定、避免碰撞、縮短立管長度、簡化立管的安裝和維修、簡化生產(chǎn)作業(yè)以及減少對上部水面結(jié)構(gòu)的運(yùn)動限制等效果。使得以開發(fā)海上邊際油田為目的的一些工程方案，顯示出更多的優(yōu)點和更廣泛的適用性。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了同一原理的兩種解決方法，實際工程設(shè)計中可根據(jù)系統(tǒng)方案特定的條件擇優(yōu)采用。這兩種方法之一取名為“上部結(jié)構(gòu)下掛配重法”，英文為“Hanged Counterweight Method”(以下簡稱“配重法”或HCM法)。另一種方法取名為“水底系浮筒法”，英文為“Moored Bouy Method”(以下簡稱“浮筒法”或MBM法)。
附

圖1是“配重法”和“浮筒法”的設(shè)計簡圖。該圖為說明書摘要附圖。
附圖2是“配重法”引導(dǎo)立管群的運(yùn)動的示意圖。
附圖3是“浮筒法”引導(dǎo)立管群的運(yùn)動的示意圖。
附圖4是“配重法”和“浮筒法”都可以用的與立管中段聯(lián)結(jié)的導(dǎo)向架的作法示意圖。
附圖5是“配重法”和“浮筒法”都可以用的與立管中段聯(lián)結(jié)的導(dǎo)向圈的作法示意圖。
“配重法”和“浮筒法”的具體作法描述如下附圖1(1)上部結(jié)構(gòu)下掛配重法(HCM)這里所指的上部結(jié)構(gòu)可以是水面平面結(jié)構(gòu)或船體或接近水面的錨鏈等。如附圖1(1)所表示的聯(lián)結(jié)水面結(jié)構(gòu)1和水底結(jié)構(gòu)2的柔性立管3靠4和5上下兩組浮子在水中呈一定的曲線形浮態(tài)，自上部結(jié)構(gòu)的某個適當(dāng)位置9直接或間接地下掛吊鏈7和配重8，吊鏈或配重塊通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6與立管的中段水平相連。若吊鏈與立管上的固定夾具水平相連就稱機(jī)構(gòu)6為導(dǎo)向架(如圖4)，若配重的側(cè)面有一個空握住立管的環(huán)狀機(jī)構(gòu)與立管相連則稱機(jī)構(gòu)6為導(dǎo)向圈(如圖5)。這個水平聯(lián)系只起傳遞水平力和機(jī)械導(dǎo)向作用，而配重的重量并不垂直作用于立管。配重及其傾斜的吊鏈構(gòu)成一個水平分力與立管上的浮子形成的回復(fù)力的動態(tài)平衡，由此來引導(dǎo)和限制立管中段的運(yùn)動，增加立管的振動阻尼。圖中雙向箭頭所示為上部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動，立管3與配重8或吊鏈7的相連點將隨配重移動，配重又隨吊鏈在上部結(jié)構(gòu)上的吊點的移動而移動。圖中序號僅標(biāo)在一組立管和下掛配重上，立管和下掛配重是成組設(shè)置的。
附圖2是配重引導(dǎo)下的立管群運(yùn)動示意圖，圖中L為上部結(jié)構(gòu)運(yùn)動位移，A表示水面，B表示水底，C表示上部結(jié)構(gòu)中心。如果立管的浮力設(shè)計和相應(yīng)的配重設(shè)計基本相同，并對稱布置，那么，各立管的中間段將隨各配重作基本同步同方向的水平運(yùn)動。如果上部結(jié)構(gòu)上配重吊掛點和海底聯(lián)結(jié)點(如井口)都是園周狀分布的(如圖2)，那么，立管群的中間段在運(yùn)動中也會基本保持園周狀或橢園狀分布，而不會產(chǎn)生大的相向運(yùn)動而碰撞，也避免了一根對另一根的翻越。
附圖1(2)水底系浮筒法(MBM)如圖1(2)所表示的聯(lián)結(jié)上部結(jié)構(gòu)11(含義同前述)和水底結(jié)構(gòu)12的柔性立管13靠14和15兩組浮子在水中呈一定的曲線形浮態(tài)，自水底的某個適當(dāng)位置19直接或間接地通過吊鏈17系泊一個有一定凈浮力的浮筒18，浮筒保持在水面以下一定深度。吊鏈或浮筒通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)16與立管的中段水平相聯(lián)。若吊鏈與立管中段的固定夾具相連就稱機(jī)構(gòu)16為導(dǎo)向架，若浮筒側(cè)面直接用一個環(huán)圈空握住立管就稱機(jī)構(gòu)16為導(dǎo)向圈。這個水平聯(lián)系只起傳遞水平力和機(jī)構(gòu)導(dǎo)向的作用，浮筒的浮力并不垂直向作用于立管，而是由浮筒和傾斜的吊鏈構(gòu)成一個水平力與立管上兩組浮子14、15形成的回復(fù)力的動態(tài)平衡，來引導(dǎo)和限制立管中段的運(yùn)動，增加立管的振動阻尼。立管將隨上部結(jié)構(gòu)移動和波浪、水流的作用而運(yùn)動，但卻受到浮筒和吊鏈的引導(dǎo)和限制。立管13與浮筒18或吊鏈17的相連點將隨浮筒的水平移動而移動。
附圖3是浮筒引導(dǎo)下的立管群運(yùn)動示意，如果各立管和浮筒的浮力設(shè)計相同，水底的立管基礎(chǔ)12和浮筒錨點19呈內(nèi)外圈對稱分布，那么，立管中段在隨上部結(jié)構(gòu)運(yùn)動時也將基本呈園形或橢園形分布，而不會產(chǎn)生大的相向運(yùn)動而碰撞，也避免了一根對另一根的翻越。
導(dǎo)向架的作法(如圖4)當(dāng)配重或浮筒通過吊鏈7或17和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6或16與立管水平相連時，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是一個導(dǎo)向架22。導(dǎo)向架通過固定夾具21固定在立管中段某個位置，夾具應(yīng)保證立管的最小彎曲半徑，導(dǎo)向架又通過鉸軸23繞立管擺動。導(dǎo)向架端部設(shè)一個空握住吊鏈的導(dǎo)向環(huán)24。該導(dǎo)向環(huán)可根據(jù)工程實際需要而設(shè)計成與吊鏈滑動摩擦或加滾輪25后的滾動摩擦，如視圖(A)。
導(dǎo)向圈作法(如圖5)當(dāng)配重或浮筒直接引導(dǎo)立管時，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6或16是一個導(dǎo)向圈。導(dǎo)向圈設(shè)在配重或浮筒的側(cè)面，空握著立管并引導(dǎo)和限制立管的運(yùn)動，這時導(dǎo)向圈可順著立管上下運(yùn)動。如果為了防止立管磨損，應(yīng)在立管表面加復(fù)面保護(hù)或在導(dǎo)向圈上加滾輪25。圖5中(1)用于配重法，(2)用于浮筒法。
實施例附圖2是用于多口海底油井開采應(yīng)用下掛配重法引導(dǎo)立管群的最佳實施例?？梢钥闯錾喜拷Y(jié)構(gòu)中心C因作業(yè)或海流影響位移L，各立管3的中段由于配重8的水平回復(fù)力的穩(wěn)定作用，立管群設(shè)置海底的結(jié)構(gòu)的分布園直徑可以相對減少，從而大大降低投資和作業(yè)費(fèi)用。
附圖3是水底系浮筒法控制立管群的最佳實施例。每根立管都是張緊吊鏈17的一端錨固在海底的適當(dāng)位置19上，另一端系浮筒18，并通過導(dǎo)向圈16引導(dǎo)立管3的中段，由浮筒18的凈張力產(chǎn)生的水平方向回復(fù)力，保證立管群的相對穩(wěn)定。
附件現(xiàn)有技術(shù)海洋石油開發(fā)中在立管水底結(jié)構(gòu)設(shè)計時，有意擴(kuò)大分布園直徑，以解決立管中段相撞或翻越的方案兩例。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)結(jié)水面結(jié)構(gòu)和水底結(jié)構(gòu)的輸送物質(zhì)或電流的柔性立管的新設(shè)計“用吊掛的配重或浮筒引導(dǎo)的立管設(shè)計”，其特征在于用上部結(jié)構(gòu)下掛配重(8)或水底系浮筒(18)兩種方法對立管或立管群中段形成一個水平的柔性的約束力或力系，來引導(dǎo)和限制立管的運(yùn)動，起到柔性的導(dǎo)向和振動阻尼的作用，改善立管或立管群的運(yùn)動特性的方法。
2.按照權(quán)利要求1所述“上部結(jié)構(gòu)下掛配重法”，其特征在于上部結(jié)構(gòu)下掛的吊鏈(7)和配重(8)通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)與立管中段水平相連，構(gòu)成一個水平分力與立管上的浮子形成的回復(fù)力的動態(tài)平衡，由此來引導(dǎo)和限制立管的運(yùn)動。
3.按照權(quán)利要求1所述“水底系浮筒法”，其特征在于從水底用錨鏈(17)系泊一個有一定凈浮力的浮筒(18)，通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(16)與立管的中段水平相連，構(gòu)成一個水平分力與立管上的浮子形成的回復(fù)力的動態(tài)平衡，由引來引導(dǎo)和限制立管的運(yùn)動。
4.按照權(quán)利要求1、2、3所述的“配重法”與“浮筒法”中將吊鏈與立管相連的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)或(16)是一個導(dǎo)向架，其特征在于導(dǎo)向架(22)通過一個固定夾具(21)固定在立管中部某個位置并可繞鉸軸(23)擺動，又通過端部的導(dǎo)向環(huán)(24)空握住與配重或浮筒連接的吊鏈，以使配重或浮筒通過吊鏈來引導(dǎo)和限制立管中段的運(yùn)動。
5.按照權(quán)利要求1、2、3所述的“配重法”與“浮筒法”中將配重或浮筒直接與立管相連的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)或(16)應(yīng)是一個導(dǎo)向圈，其特征在于將一個環(huán)狀機(jī)構(gòu)安裝在配重或浮筒的側(cè)面，并空握著管來引導(dǎo)和限制立管中段的運(yùn)動。
全文摘要
本發(fā)明“用吊掛的配重或浮筒引導(dǎo)的立管設(shè)計”是一種用于海洋開發(fā)的新的立管形式。其特征是用從上部結(jié)構(gòu)下掛配重(8)或從水底系浮筒(18)并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)(16)與立管(3)(13)中段水平相連的方法，構(gòu)成一個柔性的力或力系來控制和引導(dǎo)立管或立管群中段的運(yùn)動，并改善立管的動力特征。本發(fā)明可使立管在水中增加穩(wěn)定性、避免碰撞、縮短立管長度、簡化立管的安裝和維修、簡化生產(chǎn)作業(yè)等效果。
文檔編號H02G9/00GK1060441SQ9010819
公開日1992年4月22日 申請日期1990年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月12日
發(fā)明者陳景輝 申請人:陳景輝