CN116348656A - 用于立管的支承件以及用于联接和断开联接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对立管的拉伸载荷进行支承的系统，该部件具有对立管进行支承的基本功能，该部件中，用于对立管进行支承的机构是上锥体的一体部分，从而消除通过浅层潜水安装楔形件的需要，并且还避免锁定机构是立管顶部终端(L)的一体部分。存在最少数量的可移动部件，这提高了系统的可维护性。此外，如果需要维护，部件的尺寸和重量与潜水作业相匹配。对于拉入操作，规定楔形件仅在重力的作用下返回到其工作位置。在拉出的情况下，已经提出了楔形件自动收回机构的构思。本发明还提出了一种旨在使立管顶部终端简化的新的立管顶部终端(TTR)(L)的几何形状，其中，将锁定机构视为支承管的上锥体的一体部分，还消除了可移动部件，以便稳定锁定机构的侧向运动(先前由锁定环或补偿间隙来执行的功能)。

Description

用于立管的支承件以及用于联接和断开联接的方法

技术领域

本发明涉及用于支承管和具有改进的几何形状的立管顶部终端中的刚性或柔性立管互连部件，该立管互连部件应用于石油开采/勘探领域，主要应用于浮式生产和储存单元(FPSO：浮式生产储存及卸载装置)，该立管互连部件具有对刚性立管进行支承的主要功能。

背景技术

用于盐下极(复制体)的FPSO船体的系列制造的可能性强调了使适合于当前设计的立管和生产设施的支承系统适于未来现实的需要。由于结构和操作环境的普遍化，使得允许固定生产单元(SPU)甚至在生产现场的底部布置完全明确之前就能够被制造，这导致一种被称为多功能喇叭口(MFBM)的类型的支承管的开发。

至于立管的类型，应当注意的是，使用互锁钢型材的夹杂有弹性材料层的叠加层来制造柔性立管，使得与在立管的制造中使用刚性金属管的那些构造相比，这种构造为立管提供了相对的柔性。

同时，刚性立管以刚性钢管制造，刚性立管在生产线与固定生产单元(SPU)之间的互连中呈现自由悬链的构造。这些立管可以直接支承在被称为钢悬链式立管(SCR)或SCR型立管的浮筒支承立管(BSR)上，这些立管使用内部涂覆有耐腐蚀金属内衬的碳钢管。

为这种新型立管支承装置确立的基本构思是，该立管支承装置应该具有通用性，以允许使用其内部直径具有一些变化的柔性立管或刚性立管，并且可以通过左舷或右舷来进行互连。MFBM与立管顶部终端的接口取决于所采用的技术(刚性立管或柔性立管)，其中，刚性立管从顶部锁定，而柔性立管从底部锁定。

在对柔性立管进行支承的情况下，弯曲加强件的锁定被执行成与BSN300系列(US005947642A)的喇叭口相同，其中，通过卡爪来锁定弯曲加强件安全帽，并且通过在FPSO的上部平台上的悬挂件来锚定立管拉力。

在刚性立管支承件的情况下，提出了一种新的立管顶部终端(TTR)的构思。立管顶部终端已经以几种不同的方式命名，比如在Cidade Ilhabela号FPSO中使用的“悬挂适配器(Hang-off adapter)”、或者由申请人在多功能喇叭口的设计期间命名为“锚干(Shank)”，其中，立管终端在其下部部分中包含柔性接头(Flexible joint)或应力接头，并且立管拉力被锚定在MFBM的上椎体中，该力由滑动件来传递，在MFBM构思的最初发展阶段中，将通过浅层潜水来安装滑动件。

申请人的关于在多功能喇叭口中对刚性立管进行支承的首次经验发生在Cidadede Ilhabela号FPSO中的互连上。尽管该SPU不具有多功能喇叭口，但是该SPU使用了与MFBM具有相同轮廓的支承管。

在对用于Cidade de Ilhabela号FPSO的悬挂适配器进行详细设计的过程中，观察到了该设计的一些复杂性，但是所述复杂性在开发MFBM的构思阶段期间没有被确认。使得需要对本发明进行修改的首要阻碍问题是发现：出于安全原因，潜水员不能安装滑动件，因为潜水员的手将被置于MFBM与受到拉入线缆的应力的立管之间；这种情况被认为是不可接受的风险。

为该问题找到的解决方案是由Cidade de Ilhabela号FPSO的租船人所开发的铰链式滑动件(SBM-WO2017/034409A1)。然而，该解决方案不能有效地应用于复制型FPSO，因为该装置除了受到SBM专利的保护之外，还具有与复制型立管支承平台的尺寸不匹配的尺寸，该复制型立管支承平台具有的用于安装MFBM的空间是非常有限的。

在刚性立管与Cidade de Ilhabela号FPSO的互连过程中观察到的另一个要点是与最初的MFBM构思中的“锁定环”对应的补偿器间隙系统：该补偿器间隙系统尽管能够对悬挂适配器进行侧向锁定，从而允许来自立管的剪切力的传递，但是并不能保证将立管安装未对准完全抑制。

通过分析在详细设计用于Cidade de Ilhabela号FPSO的悬挂适配器的过程中观察到的所有限制，申请人开发了新的终端构思。为此目的，支承滑动件被认为是悬挂适配器(HOA-BR)的一体元件，从而避免了使用潜水来安装滑动件。还计划了取代最初构思中的“锁定环”的下部锁定滑动系统。

尽管被认为是可行的解决方案，但是HOA-BR构思由于其具有太多移动部件并且需要大量的详细工程、比方说例如对用以驱动上滑动件的液压系统进行限定的详细工程而被终止。基于以上公开内容，确定需要对支承管装置的设计进行调整，以使该装备更有助于刚性立管的拉入操作。

文件PI0902469B1公开了一种用于将立管连接到采油单元的侧面上的多角度支承系统，该多角度支承系统包括能够将立管以确定的到达角度固定至固定生产单元(SPU)、并且更具体地是在FPSO中的固定生产单元的侧部的至少一个支承件，并且还提供了布置结构的替代性组合的可能性，这使得柔性立管或刚性立管在SPU的使用寿命期间可能出现的任何设置情况下可以具有各种各样的到达角。该文件与本发明的不同之处在于：该文件没有示出支承管的显著变化，并且没有公开立管顶部终端中的能够简化装备的几何形状改型。

文件SG10201601701A1公开了一种用于将立管联接至出油管线的设备，特别是在联接至浮式储存或生产船(FPSO)的侧部或塔台时。特别地，本发明涉及一种可以用于各种类型的立管的喇叭口。该文件既没有提及立管顶部终端的几何形状改型，也没有提及作为上锥体的一体部分的刚性立管支承机构。

文件WO2017034409A1公开了一种用于对浮式平台(FPSO)的立管进行支承的上部锁定系统。立管插入支承管中并安装在悬置式支承管上。上部锁定系统包括多个铰接式滑动件，其中，上部锁定系统的每个铰接式滑动件布置成能够以可旋转的方式从打开位置移动至关闭位置。铰接式滑动件位于立管顶部终端处；然而，在本发明中，铰接式滑动件是喇叭口的上锥体的一体部分，从而消除通过浅层潜水安装滑动件的需要。

本发明涉及一种具有不同特征的刚性立管支承件，这些不同特征相比于由现有技术的文件所公开的特征提供了优势。

发明内容

本发明涉及一种用于支承管类型的装置中的立管互连部件，该立管互连部件着重于上部部分的替代/创新，该部件具有对刚性立管进行支承的主要功能。尽管本发明旨在对刚性立管进行支承，但是该部件也可以容易地适于对柔性立管进行支承，并且本发明也能够适于支承管类型的任何装置。

与MFBM型支承管装置的最初构思不同，此处所采用的前提是刚性立管支承机构是上锥体的一体部分，因此不需要通过浅层潜水来安装滑动件，并且也避免了确保锁定机构是立管顶部终端(TTR)的一体部分。另一个要点是移动部件的数目最少，这有利于系统的可维护性。另外，如果需要进行维护，部件的尺寸和重量与潜水作业相匹配。

对于拉入操作，预期滑动件将仅在重力的作用下返回其工作位置。另外，所有机构部件均与拉入线缆的所预期的接触力相匹配。

在拉出的情况下，开发了自动的滑动件收回机构的构思。该构思的基础在于将上锥体的所有滑动件互连的机构杆，这使得经组装的机构仅具有一个自由度：所有滑动件的共同收回。应当强调的是，在拉入操作中也使用该自动收回机构并不存在阻碍。

应当进一步强调的是，滑动件的自动收回机构可以用作重力作用的替代性选择。如果发现任何对已经展现的功能描述产生怀疑的影响(例如，海洋生物的腐蚀或生长)，则可以采用该机构来保证滑动件在拉入操作期间将移动至预期的位置——收回位置和伸出位置。

还提出了一种新的立管顶部终端(TTR)几何形状，其旨在简化立管顶部终端，其中，除了将锁定机构视为支承管类型的装置的上锥体的一体部分之外，还消除了移动部件，以用于稳定锁定机构的侧向运动(先前由锁定环或间隙补偿器来执行的功能)。

发明目的

本发明的目的是对立管进行支承。

本发明的目的是消除通过浅层潜水来安装滑动件的需要。

本发明的目的是提供一种旨在简化立管顶部终端的新的立管顶部终端(TTR)几何形状。

本发明的目的是防止锁定机构成为TTR的一体部分。

本发明的目的是减少移动部件的数目，以有利于系统的可维护性。

本发明的目的是确保部件的尺寸和重量与潜水作业相匹配。

这些目的以及其他目的、比如柔性立管支承件将通过本发明的目的来实现。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明，以示意性方式且不限制本发明范围的附图代表本发明的示例。在附图中，存在：

-图1图示了上椎体和刚性立管支承部件的概略图；

-图2图示了上椎体的截面图；

-图3图示了用作辅助导引件的滑动凹槽的细节；

-图4图示了轴(1)、叉(2)和滑动件(3)组件以及轴上的倒角的细节；

-图5图示了用于轴、叉与滑动件之间的联接的接合销的细节；

-图6图示了滑动件的自动收回机构；

-图7图示了滑动件的自动收回机构；

-图8图示了TTR的几何形状；

-图9图示了适于对柔性立管进行支承的TTR的几何形状；

-图10图示了滑动件/叉/轴组件的向上运动的开始；

-图11图示了滑动件/叉/轴组件的向下运动的结束；

-图12图示了在被拉动之后的TTR与滑动件失去接触；

-图13图示了滑动件的完全收回以及随后TTR的移除；

-图14图示了滑动件的自动收回机构。

具体实施方式

刚性立管支承件具有以下部件：

·轴(1)；

·叉(2)；

·滑动件(3)；

·耐磨衬套(4)；

·用于相机的支承件(5)；

·锥体孔眼(6)；

·防污销(7)；

·接合销(8)；

·轨道(9)；

·用于收回杆的销(10)；

·夹具(11)；

·替代性地，可以存在安装成用于拉出步骤(或者，如果必要的话，用于拉入步骤)的滑动件收回机构杆(12)、轴延伸器(14)和滑动件收回工具(15)；

·用于滑动件收回机构工具的孔眼(13)；

·用于滑动件收回的备用孔眼(16)。

轴(1)是对于滑动件(3)在拉入/拉出操作期间的收回和伸出具有主要导引功能的部件。在观察轴的几何形状时，注意到轴的最粗部分限定了轴的冲程结束位置。在该较粗的区域中添加有孔眼(16)，以用作使滑动件(3)收回的牵拉点。通过安装在支承件(5)或ROV上的相机可以容易地看到该轴具有凹槽，这指示滑动件(3)的充分收回，以将TTR(L)在拉出操作中释放。

滑动件(3)是对刚性立管的拉伸载荷进行支承的有效部件。在拉入操作期间，拉入线缆与滑动件(3)之间存在接触，滑动件(3)无阻力地收回。为了避免在该接触中损坏拉入线缆或滑动件(3)自身，面向系统的轴向方向的表面是圆形的/流线型的。

为了不产生侧向载荷，轨道(9)在与拉入线缆接触期间用作辅助导引件，因为轨道与滑动件凹槽(图3)一起作为用于侧向载荷的反作用表面，从而避免轴(1)翘曲以及随之而来的系统锁定。

作为用于安装收回工具的唯一必要项的叉(2)位于轴(1)与滑动件(3)之间，并且叉(2)具有用于安装收回工具(销10和杆12)的孔，以用于滑动件(3)的共同收回。

接合销(8)是负责轴(1)、滑动件(3)与叉(2)之间的联接的部件。

锥体孔眼(6)是用于提升上椎体(k)的部件。

防污销(7)是用于防止叉中的孔结垢的部件，收回工具销(10)和相应的夹具(11)将进入所述孔中。

耐磨衬套(4)是用于减轻上椎体(k)上的磨损的部件。在安装刚性立管期间，拉入线缆将与上椎体(k)接触，这可能对上椎体(k)造成损坏。耐磨衬套(4)是这样的部件，该部件的几何形状将其自身呈现为与拉入线缆接触的优先点，并且其磨损在设计中是可以预见的且不会影响机构的结构强度和功能。

用于滑动件收回的备用孔眼(16)是轴(1)的孔眼，该孔眼在主解锁系统故障的情况下可以用于轴的运动，并且滑动件收回工具(15)联接至滑动件收回机构孔眼(13)，滑动件收回工具(15)又联接至轴延伸器(14)。

为了简化，针对TTR(L)开发了一种新的几何形状，如可以在图8中观察到的，该几何形状除了将锁定机构视为支承管的上锥体(k)的一体部分之外，还消除了移动部件以稳定锁定机构的侧向运动。新的构型包括下述区域：

·立管预对准轮廓(a)；

·滑动件支承区域(b)；

·用于TTR(L)初始进入的球形几何形状(c)；

·用于最小化拉入力的沙漏形状(d)；

·用于间隙抑制&最终对准的渐缩表面(e)；

·用于将剪切力传递至支承管的圆柱形表面(f)；

·立管与TTR(L)之间的刚性过渡装置(g)，比如柔性接头(附图中的说明性示例)、应力接头等等；

·连接至柔性接头的立管延伸部(h)。

上述区域描述了用于刚性立管支承件的TTR(L)解决方案。如可以在图9中观察到的，该TTR(L)可以通过用弯曲加强件(i)替代部件(g)和部件(h)来容易地适于对柔性立管进行支承，弯曲加强件(i)是通常用于对柔性立管提供保护的部件。

立管预对准轮廓(a)是TTR(L)的连接至用于立管拉入的拉力头的小直径凸缘与滑动件支承区域(b)之间的过渡区域，该过渡区域对于在支承管中进行立管的平稳预对准是必要的，从而消除拉入系统中的过载风险。

滑动件支承区域(b)包含对立管的拉伸载荷进行有效支承的表面，该表面呈现与上椎体(k)的滑动件(3)相匹配的角度。基本前提是：无论来自立管的需求是什么，TTR(L)与上锥体(k)的滑动件(3)之间的接触压力甚至可以被降低，但不会被抑制到立管顶部终端(L)与其支承系统之间的接触停止的程度。

尽管TTR(L)与支承管的第一接触区域恰好是滑动件支承区域(b)的边缘，但是用于TTR(L)的进入的球形几何形状(c)具有较大的直径，因此球形几何形状是立管顶部终端(L)与支承件之间的初始接触的主要表面。由于球形几何形状是球形的，因此无论安装如何地未对准，TTR(L)与支承管的接触条件是相当均匀的，从而该球形几何形状充当用于立管的初始进入的“球形接头”。

沙漏形区域(d)允许TTR(L)几乎在其整个长度上的未对准的插入，从而允许球形区域(c)有效地充当球形接头，因此避免在拉入操作中出现较大阻力。沙漏形区域(d)位于球形区域(c)的下方，在该沙漏形区域(d)中，存在TTR(L)的下述部分：该部分的直径明显小于支承管的内部直径。

在TTR(L)几乎完全进入支承管后，需要在用于间隙抑制的被称为锥形表面(e)的该区域中对由沙漏形区域(d)提供的间隙进行抑制，以使TTR(L)的支承区域与上锥体(k)的支承滑动件(3)对准，并且促进TTR(L)与支承管之间的有效对准。

用于传递剪切力的圆柱形表面(f)是TTR(L)与支承管接触的最后的元件，从而结束拉入操作。由于球形几何形状(c)和圆柱形表面(f)相对于支承管的内部直径存在紧密公差，因此这种制造要求的组合建立了TTR(L)的较高的自对准能力。该圆柱形表面的紧密公差的巨大优势是不需要包括用于抑制间隙和传递来自立管的剪切力的可移动部件。

联接(拉入)方法从TTR(L)进入支承管中开始，TTR(L)在支承管里预对准。然后，开始接触TTR(L)的球形几何形状(c)，从而产生TTR(L)进入支承管中的第一阻力扭矩。从那里，可以注意到的是，TTR(L)的锥形表面与支承管接触，以便消除TTR(L)与支承管之间的间隙以及随之而来的TTR(L)在支承管内部的对准和居中。在TTR(L)已经位于支承管的中央的情况下，TTR(L)接近成与滑动件(3)接触。TTR(L)开始接触滑动件(3)，并将TTR(L)与滑动件(3)/叉(2)/轴(1)组件一起向上推动。在滑动件(3)/叉(2)/轴(1)组件的向上运动结束之后，该滑动件(3)在失去与TTR(L)的接触之后，组件由于重力加速度的作用而下降，并且滑动件(3)向下移动。在完成向下运动之后，TTR(L)下降并且完全由滑动件(3)支承。

替代性地，滑动件(3)的收回机构(12)可以用于在先前段落中描述的最终拉入步骤。即、在滑动件(3)上接触TTR(L)的步骤被滑动件(3)使用收回机构(12)的先前收回取代。在TTR(L)的向上运动结束之后，在相反方向上启用收回工具(15)，以使滑动件(3)伸出并允许TTR(L)的最终就位。

对于断开联接(拉出)方法，有必要安装自动的滑动件收回机构(3)，该自动的滑动件收回机构的主要部件为：滑动件收回机构杆(12)、轴延伸器(14)和滑动件收回工具(15)，如在图6、图7、图13中可以观察到的。在安装自动收回机构之后，有必要将TTR(L)提升至图12中的过拉位置，使得TTR(L)不再搁置在滑动件(3)上。下一步骤是将滑动件(3)的收回工具(15)作用于轴延伸器(14)上，使得其上附接有延伸器(14)的轴(1)/滑动件(3)/叉(2)组件开始收回。随着该运动，滑动件的所有收回杆(12)由于运动学约束而开始移动，从而使其他滑动件(3)/叉(2)/轴(1)组件收回。然后，如图13，可以降低TTR(L)并且将其从上锥体(k)移除。

应当注意的是，尽管已经参照附图描述了本发明，但是本发明可以根据特定情况由本领域的技术人员来进行修改和调整，但是前提是这些修改和调整在本文所限定的发明范围内。

Claims (19)

1.一种用于立管的支承件，其特征在于，所述支承件包括：

-立管互连部件，所述立管互连部件位于至少一个管支承件中，所述立管互连部件包括刚性立管支承机构，并且所述刚性立管支承机构是上椎体(k)的一体部分；

-在几何上经改进的立管顶部终端(L)，其中，消除了移动部件。

2.根据权利要求1所述的用于立管的支承件，其特征在于，支承管的所述上椎体(k)包括轴(1)、叉(2)、滑动件(3)、耐磨衬套(4)、用于相机的支承件(5)、锥体孔眼(6)、防污销(7)、接合销(8)、轨道(9)、用于收回杆的销(10)、夹具(11)、用于滑动件收回机构工具的孔眼(13)、用于滑动件收回的备用孔眼(16)。

3.根据权利要求1所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述立管顶部终端(L)包括立管预对准轮廓(a)、滑动件支承区域(b)、用于立管顶部终端(L)初始进入的球形几何形状区域(c)、用于最小化拉入力的沙漏形区域(d)、用于间隙抑制&最终对准的渐缩表面(e)、用于将剪切力传递至所述支承管的圆柱形表面(f)、以及立管延伸部与所述立管顶部终端(L)之间的刚性过渡装置(g)。

4.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述支承件包括弯曲加强件(i)，所述弯曲加强件替代部件(g)和所述立管延伸部(h)，以便支承柔性立管。

5.根据权利要求2所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述轴(1)具有凹槽，所述凹槽指示所述滑动件(3)的充分收回。

6.根据权利要求2所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述支承件包括滑动件收回机构杆(12)、轴延伸器(14)、以及安装成并用于使所述滑动件收回的工具(15)。

7.根据权利要求2所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述滑动件(3)在与拉入线缆接触的表面上是圆形的/流线型的。

8.根据权利要求2所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述叉(2)具有用于安装收回工具(销10和杆12)的孔。

9.根据权利要求2所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述接合销(8)联接所述轴(1)、所述滑动件(3)和所述叉(2)。

10.根据权利要求2所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述耐磨衬套(4)是与所述拉入线缆接触的优选点，并且减轻所述上椎体(k)上的磨损。

11.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述立管预对准轮廓(a)消除拉入系统中的过载风险并且使所述立管在所述支承管中平稳地对准。

12.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述滑动件支承区域(b)包括对所述立管的拉伸载荷进行有效支承的表面，所述表面呈现与所述上椎体(k)的所述滑动件(3)相匹配的角度。

13.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，用于所述立管顶部终端(L)的进入的所述球形几何形状(c)呈现出与所述滑动件支承边缘(b)相比具有更大直径的球形几何形状，并且所述球形几何形状(c)是所述立管顶部终端(L)与所述支承件之间的初始接触的主要表面。

14.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，用于所述立管顶部终端(L)的进入的所述球形几何形状(c)最终充当用于所述立管的初始进入的球形接头。

15.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，所述沙漏形区域(d)位于所述球形区域(c)的下方，并且允许所述立管顶部终端(L)的未对准的插入。

16.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，在所述立管顶部终端(L)进入所述支承管中之后，用于间隙抑制的所述锥形表面(e)对由所述沙漏形区域(d)提供的间隙进行抑制，并且将所述立管顶部终端(L)与所述支承管对准。

17.根据权利要求3所述的用于立管的支承件，其特征在于，用于传递剪切力的所述圆柱形表面(f)位于用于间隙抑制的所述锥形表面(e)的下方，并且是与所述管支承件接触的最后的元件。

18.一种联接方法，其特征在于，所述联接方法具有以下步骤：

-将立管顶部终端(L)以向上移动的方式插入支承管中；

-使所述支承管与所述立管顶部终端(L)的球形几何形状接触，并且产生抵抗进入的第一扭矩；

-使所述立管顶部终端(L)的锥形表面与所述支承管开始接触；

-使所述立管顶部终端(L)位于所述支承管的中央；

-使滑动件(3)与所述立管顶部终端(L)接触，并且将所述立管顶部终端与所述滑动件(3)/叉(2)和轴(1)组件一起向上推动；

-使所述滑动件(3)/叉(2)/轴(1)组件的向上运动结束，并且在与所述立管顶部终端(L)的接触结束之后通过重力使得所述组件下降；

-使所述滑动件(3)/叉(2)/轴(1)组件的向下运动结束；

-使所述立管顶部终端(L)完全降下，并且将所述立管顶部终端(L)搁置在所述滑动件(3)上。

19.一种用于断开联接的方法，其特征在于，所述方法具有以下步骤：

-安装滑动件收回机构(3)，所述滑动件收回机构包括：滑动件收回机构杆(12)、轴延伸器(14)和滑动件收回工具(15)；

-将所述立管顶部终端(L)提升至过拉位置；

-利用所述解锁工具(15)作用于所述延伸器(14)上使所述滑动件(3)/叉(2)/轴(1)组件收回；

-使所述立管顶部终端(L)降下并移除所述立管顶部终端(L)。

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