整流罩及方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般地设及满激振动（"VIV")的降低，W及更具体地，设及用于降低浸入 流体中的管线或其他结构组件上的VIV的整流罩装置，W及一种用于存储并部署整流罩装 置的方法。
【背景技术】
[0002] 在过去几十年对石油和气体储量的寻找已经导致需要在更深的水域中探查。对于 离岸生产者，运反过来导致需要建造可W承受强海洋流的结构，该强海洋流会威胁管线、立 管或其它浸入组件的完整。
[0003] 海洋立管的VIV振幅已经周知会增加拖曳，并且会导致结构疲劳。一种已证明的 抑制运种振动的方法是使用整流罩和髓条。运些遮盖件本质上改变了沿柱面的流动，平稳 了卡口縱满的产生，使得连贯作用减少或向下游作用足够远使得它们与主体部的相互作用 减少。在目前现有技术中，有两种类型的结构，螺旋形导板和整流罩，用于抑制围绕诸如立 管或其它支撑性结构元件的垂直布置的浸入对象的VIV或满致移动（VIM)。
[0004] 螺旋形导板：
[0005] 螺旋形导板附接在结构的外侧W通过沿样本长度改变縱满脱离模式和縱满脱落 的关联性来抑制VIV。最普通的螺旋形导板的几何结构是Ξ头（three-start)立管。运种 立管包括Ξ个沿样本长度螺旋缠绕并延伸的Ξ角形或梯形剖面。该剖面长期固定在样本 上，或者更普遍地，使用附接在样本上的模块附接。无论什么附接方法，螺旋形导板并不设 计为在操作期间移动而是相对对象保持固定位置。限定立管总形状的两个主要参数：节距 (P/D)和立管高度比化/D)，其中P表示设及流动主方向的节距，D是柱体的外径，W及h是 从圆柱形构件到立管顶部的外剖面距离。另外，立管剖面自身的局部几何形表征螺旋形导 板。
[0006] 整流罩：
[0007] 为了在遭受到周围的流体流动时变更结构构件的满旋脱落模式，整流罩附接至该 结构构件。整流罩W允许整流罩围绕其所附接的结构构件（例如，海洋钻井立管）的中屯、 旋转的方式附接。运允许整流罩周围流的方向排列一致。今天已经有各种横截面设计的整 流罩。
[0008]另外，也存在其他抑制VIV的方法，例如穿孔遮蔽物（perforatedS虹ouds)，但是 所有方法都使广泛用于当今工业的两组上述概念遭受一些负面。
[0009] 如上所述的运些现有技术系统被记录在案并在下文中给出。有关满激振动和VIV 抑制方法的书籍和论文：
[0010]Sa巧kaya，T.，I979,"满激震荡"，应用力学杂志 46,PP.241-258。
[0011]Blevins,R.D.，1990,流致振动，VanNostrandReinhold出版社：纽约，美国。
[0012] Griffin, 0.M. &Ranberg，S.E.，1982,"满旋脱落和海洋管件和竖管的应用的近期 研究"，ASME能源技术杂志，104,PP.2-13。
[0013]Bearman，P.W.，1984,"振动纯体的满旋脱落"，流体力学的年度回顾，16， PP.195-222。
[0014]Z化avkovich，M.M. ,1997,围绕圆筒的流动，第1卷：基本原理，牛津大学出版社： 伦敦，英国。
[0015]Naudascher，E&Rockwell，D.，1993,流致振动：工程指南.己尔科玛：鹿特丹，荷 旦 .~··〇
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[0020] Skaugset，K.B. ,2003,通过径向水射流的圆形筒的满激振动的抑制，博：t论文，挪 威科技大学。
[0021] 此领域的专利公开文本包括W下：US5410979,US5421413,US5984584， US6010278,US6067922,US6179524B1，US6196768B1，US6223672B1，US2006/0021560A1U及 EP2049805B1。
[0022] 在下文中，将更详细地解释提到的现有技术的状态。依据本领域已知的螺旋形导 板，应注意W下方面和限制。
[0023] 抑制满激振动（VIV)的能力：
[0024] 需要螺旋形导板的特定尺寸W达到适当的VIV抑制特性。节距和导板高度是至关 重要的参数。通常，增加导板高度对于VIV抑制特性有积极的效果。然而，运带来高拖曳力 的代价。
[00巧]局拖曳力：
[0026] 如上所述，螺旋形导板将增加在结构构件上的拖曳力。运代表了构造形成力问题 W及潜在的操作限制。在海洋钻井立管的例子中，运可依照预张力、顶部和底部角度限制W 及立管中的最大张力方面限制操作。结果是，在强烈的洋流中，钻进单元可被迫暂停钻井操 作。
[0027] 依照整流罩，且特别地在本领域已知的海洋整流罩中，应当注意W下方面和限 制：
[002引抑制满激振动（VIV)的能力：
[0029] 附接作为VIV抑制装置的整流罩的主要原因是降低结构上的振动W及材料疲劳。 然而，现有的整流罩具有不同的抑制性能。例如，流动状态窗口是受限制的，现有技术的整 流罩本打算在该流动状态窗口中工作。由于对于给定地点，经历的流动状态（诸如洋流）是 不确定的，而且在量级和方向是变化的，至关重要的是获得对所有操作状态卓越的VIV抑 制特性。运样，不期望仅在特定的流动状态窗口中起作用的整流罩设计。
[0030] 全局稳定性：
[0031] 对于特定的洋流流动状态，现有的整流罩可变得全局地不稳定。此为共振现象。对 结构构件而言，与运种全局不稳定相关的运动可谓是毁灭性的。运动会变得比与VIV响应 相关的运动大得多，并且可引起快速的材料疲劳或结构超载。对于离岸设施，与此相关联的 失去对碳氨化合物的限制使用的可能性、健康、安全和环境风险会相当地高。
[0032] 结构上的全局载荷：
[0033] 整流罩通常与相对低的拖曳力相关联。然而，与现有的设计比较，还有很大改进空 间。已知的是，在部署、取回和操作期间，整流罩上的局部力损伤整流罩。运种损伤尤其是 在大整流罩的情形中，并且与来自船井或水柱上部中的波动相互作用关联，运些地方波动 是最主要活动。在操作期间，在整流罩的单个零件上的流体力可变得足够大W引起整流罩 在结构上瓦解或者被刺戳，防止风标效应（weather-vaning)。由于熟知运种情况会使钻井 操作停止，为了避免运种情况，需要新的小型且鲁棒性的整流罩
[0034] 鲁棒性 [00对操作问题：
[0036] 当在离岸钻井单元上部署整流罩时，一些关键操作的挑战与整流罩的尺寸及重量 相关联。小而轻的整流罩可克服许多操作问题。
[0037]存储：
[0038] 现有的整流罩或螺旋形导板需要在钻井单元上的相对大的存储空间。一些钻井单 元仅具有有限的空间W用于运载运样的装置。
[0039] 安装和取回的时间及成本：
[0040] 对于钻井作业的一个关键的成本因素是部署和取回海底竖管的时间。由于设及 将VIV抑制装置附接在海底竖管的每个结合处上的手工作业，使用传统的螺旋形导板或海 洋整流罩将使得正常操作停止。增加的总部署和收回时间将不仅增加花费在操作上的总时 间，还会增加可用天气窗口的需求，需要可用天气窗口W执行操作。离案钻井单元需要高的 日钻机率（rigrate),因此用于安装和部署的增加的时间可被证明是非常昂贵的。
[0041] 安装和收回服E
[0042]VIV抑制装置的高单元重量和尺寸不仅消耗时间，而且也代表了在安装和收回阶 段的HSE风险。
[004引安装可行性：
[0044] 由于在钻台上有限的空间，需要用于存储和部署的更简单和更紧凑的系统和方 法。
【发明内容】
[0045]因此，本发明的目的是提供一种整流罩系统和方法，用于预先安装和部署所述整 流罩，其比已知的现有技术更有效且经济。
[0046] 该目的使用根据独立权利要求的系统解决。有益的进一步改进和实施方式是从属 权利要求的目的，并且在详细的说明书和附图中。
【附图说明】
[0047] 图la-lc