专利名称：竖井管的相关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种与竖井管相关的装置，特别是在海底的第一构件和在海面的第二构件之间输送液体的装置，包括一个大致垂直伸延并在其上端与海面构件连接的上部部份，一个沿其长度的至少一部份连接一个或多个浮体元件的竖井管的中间部分，和一个其下端被连接到海底构件上的下部部分。
从海底向海面输送液体已知有许多不同类型的竖井管。通常的构造有诸如“Lazy S”和“Steep S”型，它们都使竖井管通过一个中间区域伸向海底。在中间部分，竖井管被连接到一个或多个浮力元件上，所述浮力元件提起竖井管的相应部分并形成一个向下凹的曲面。
从上述中间区域，在“Lazy S”构造中，竖井管向海底以平缓的曲线延伸，而在“Steep S”构造中，竖井管向海底的一个锚以较直的一条线延伸，它还包括一个用在管线上的耦合器，所述管线延伸在锚定和海底构件之间。
一个关于“Lazy S”构造的缺点是它需要较多的空间，使得它具有竖井管相互靠近并被损坏的危险。这使得它难于用在具有许多竖井管和大深度的较大的构造中。
锚定“Steep S”的解决方案较好的控制了竖井管的垂直方向及水平方向的移动，但是，在锚定于海底的方式中，耦合连接是比较复杂的，并且为了完成连接需要专用设备。还有，如果锚定被破坏，竖井管将会上浮到海面上，这样它就会从根本上变得不稳定。
在这两个选择方案之间的一个解决方案显示在US4906137中。在这种情况下，锚被固定在竖井管的下部部分，以便在耦合到中间部分的浮力元件与海底之间获得一个可伸延段，使得竖井管获得一个如“Steep S”方案那样的相当清楚并且紧凑的改进。锚被连接到竖井管上，使得竖井管具有一个从垂直到水平的具有预定曲率的平滑的弯曲过渡通道。竖井管可以进一步向海底构件伸延，或以一个通常的方式与一个在海底的管道连接。由于锚的原因，如果海底构件或锚出了问题，该技术方案也容易受到损坏。同样在竖井管上锚之间的耦合点易于受到拉伸应力和弯曲应力的影响从而可能被破坏，这是由于船或平台所引起的在竖井管顶部的大的移动。
上述美国专利的缺点是它相对于竖井管上的大的移动柔性很小。而且它需要以一个相对复杂的操作将锚连接到海底上的竖井管上。
本发明涉及一个简单的解决方案用以获得一个近似于“SteepS”构造的竖井管，由于在竖井管安装过程中，固定在竖井管上的配重元件可以在海面上的装配船中被安装，因而将竖井管连接到海底不需要复杂的操作。
将配重元件连接到一个适当预装的锚上也会比上述美国专利所描述的现有技术简单，这是由于锚链可以一个松弛状态被安装，如此简化了连接操作。
上述竖井管的相关装置已由本发明获得，并且其特征也由权利要求1给出。
由此，所获得的一个技术解决方案，它既有像“Lazy S”构造一样的伸缩性又同时几乎像“Steep S”一样紧凑。
下面将结合附图对本发明作更详细的说明，附图显示了本发明可能的实施例。
图1a显示完整的竖井管构造。
图1b显示另一个与本发明有关的构造。
图2a和2b显示上述图1b所示构造的细节。
图3显示具有配重元件的竖井管下部的细节。
图4是一个显示两个安装在竖井管上的配重元件的剖面图。
图1a中，显示一个浮动平台1。一个竖井管2通过安装到一个在安装甲板上的耦合部件与所述平台连接。对于本发明来说平台自身并不重要，而竖井管的上部当然可能被耦合到其它构件上，如船舶，特别是一个潜水转台的装载船或开采船。
图中，竖井管的上部2a基本上垂直地垂挂着。中间部分2b以已知的方式，具有许多浮力元件8，浮力元件设置在中间部分上用于使竖井管在这一部分上弯曲。
竖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。许多配重元件3被设置在下部上，以便平衡浮力元件产生的浮力，它同时起限制竖井管垂直运动的作用。最好使至少一个配重元件位于海底，这样产生一个限制与竖井管正交的水平移动的作用，从而在竖井管间相互碰撞的危险被减少了。由于竖井管的上升会使配重元件从海底被提起，这样就增加了竖井管浮在水中部分的重量，由此又将竖井管向下拉，这也起到稳定竖井管在水中垂直位置的作用。
本发明的一个特别的实施例显示在图1b中，其中一个或多个被从海底提起的配重元件3b通过第一锚链或类似部件被连接到一个浮体12，浮体12进一步通过一个第二锚链或类似部件13连接到一个锚14而被锚定在海底。这样给出了配重元件的上部的一个附加的锚定，它抵制着竖井管水平方向的移动并且同时减少了竖井管下部部分2c的曲率变化的可能性。当竖井管的上部以与下部部分2c的弯曲相同的方向被拉动的时候，如由于平台1的漂流，则所述曲率半径一般被减少。所述锚定一般会抑制上述曲率半径的减少，这是由于铺设在海底的锚链被从海底向上拉，而该锚链被固定在配重元件上，这样有助于逐渐增加水平方向抵制竖井管移动的力。这样与配重元件的刚度一同有助于避免竖井管下部部分的曲率半径减小到临界限度以下。
如图1b所示，当海面构件被设置在海底构件的正上方时，附加锚定11、12、13、14是特别有利的，例如其中一个钻井管15从平台1伸到井口7。如果没有附加锚定，一个在图中沿纸面内外方向的涌流在沿纸面的向内或向外的方向使竖井管弯折。上述折曲可能破坏竖井管，这是由于竖井管的弯折超过了竖井管的临界限度以及设置在同一区域内竖井管相互碰撞的结果。上述设置在竖井管2c的下部部分凸出一侧的锚定系统11、12、13、14可以将上述折曲减少到可接受的程度。
为保持浮力元件和配重元件3、8构造的平衡，浮体12的浮力适合于使第一锚链11仅在配重元件3上作用一个水平力。这样浮体12及其相应的锚链11、13、14等可以被分别地设置在海底并且被连接到其上，而不会影响平衡效果，同时改善外平衡状态特性。浮体可被锚定在一个选定的位置并且第一锚链随后可被用一个ROV(遥控传送工具)连接到其中一个配重元件上。如果锚定失效，竖井管将也基本保持同样的竖直位置。以相应于已知的水面船舶锚定系统相同的方式，浮体提供了一个比直接锚定在海底更软的锚定，这样在竖井管受损之前，允许更多的漂流物在海面上装配，并在第一锚链11被连接到配重元件3上时，同时限制被ROV提起的重量。
图2a和2b显示了上述图1b所示的锚定部件，其中图2a显示了连接到竖井管2的浮体12的使用方式，而图2b相应地显示了通过所连接的锚链11、13连接到竖井管2的两个浮体的使用方式。图2所示的技术方案改善了水平方向移动的稳定性。
在图3中的详细显示说明了具有配重元件3的竖井管的下部部分，其中一个配重元件3b包括用于连接锚件11、12、13、14的固定件。除锚接的配重元件3b外，附图还显示了一个尺寸逐渐减小的配重元件3a，它提供竖井管与配重元件之间的过渡。对于在最下部铺在海底上的配重元件，配重元件可以被相同地设置。
图3显示配重元件怎样被安设在竖井管上以保持柔性，这是由于配重元件沿竖井管设置，有一个在配重元件之间的间隔件10使它们之间具有一定的间距。
最好仅有一个配重元件，同时最好是最下面的一个被固定到竖井管上，而其它的仅相互固定，以便允许配重元件沿纵向相对自由地移动。这样当曲率变化时，竖井管不会受到任何附加拉力的影响。
为避免由于弯曲而在竖井管上出现的大的曲率，配重元件和中间间隔部件具有一个平滑的刚度。该刚度朝向其端部减少以便逐步过渡到竖井管的刚度。
为避免曲率超过某一界限，配重元件3的径向延伸可大于配重元件3间的距离。选定配重元件的半径和它们之间的间距的关系，使得配重元件在竖井管为某一曲率时相互接触，这样阻止竖井管2的进一步弯曲。
作为一种替换方式，间隔件10可以置于配重元件之间，它可以调节弯曲的硬度，使得操作的硬度不低于竖井管2的临界弯曲半径。如果具有配重元件的竖井管被充分地弯曲，使得配重元件相互接触，间隔件可以承受在弯曲的外侧产生的张力。
除由本发明的采用配重元件所获得的上述优点之外，当受到相对于海底的移动的影响时，它也将使竖井管获得一定的防止磨损的保护。
图4显示了一个实施例的配重元件3的结构的剖视图。配重元件3可以形成一个环形，如铅环，相互间按一定距离被固定到竖井管2上。这样竖井管的柔性被保持了。
在一个可替代的实施例中，配重元件可以具有高比重的液体，如钻井液。如果配重元件被用液体充满，它们也可以具有相当的柔性，这样当竖井管弯曲时，由于配重元件被逐渐地相互压向一起，从而在弯曲硬度中提供了一个阻尼增。液体可以在配重元件被安装好以后灌入配重元件中，这样简化了操作。
最好配重元件3是在竖井管外侧用螺钉拧在一起的半圆形部件。图4中所示的环形3通过内环4被组装起来，内环4具有一个橡胶之类的材料的柔性聚合体。内环4被粘合或被硫化到外环5上，外环5由重的配重材料，最好是铅制成，或包含重液体。在外侧，一个O型环6给出了一个外部的保护。
配重元件和它们之间的连接的硬度可以用其他的方式提供，如在配重元件和可能的间隔件的生产过程中采用不同的橡胶混合物，或许结合在配重元件中使用重液体，从而给出它们一定的弹性。
权利要求
1．竖井管(2)的相关装置，特别是用于在海底的一个构件(7)和一个处在或靠近海面的第二构件间输送液体的装置，包括一个大致垂直延伸的上部部件(2a)，所述上部部件的上端连接到海面构件上，一个竖井管(2)的中间部分(2b)，在其长度方向的至少一部分上连接着一个或多个浮力元件，一个下部部件(2c)，具有一个连接到海底构件(1)上的下端，其特征在于还有一个或多个配重元件被安装在竖井管(2)的下部部件(2c)上。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于每个配重元件(3)包括一个由重材料，如铅制成的部件。
3．如权利要求1所述的装置，其特征在于每个配重元件(3)包括一种已知任何类型的高比重液体。
4．如上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于配重元件(3)包括固定在竖井管(2)外围的圆环。
5．如权利要求4所述的装置，其特征在于每个配重元件(3)包括两个半圆形的环部件，它们适于用螺钉绕竖井管的圆周固定在一起。
6．如权利要求4或5所述的装置，其特征在于每个配重元件(3)包括一个最好用弹性材料制成的内环(4)，所述内环固定到一个由铅之类的重材料制成的外环(5)上。
7．如权利要求6所述的装置，其特征在于每个配重元件(3)包括一个O型外环(6)，它基本上将配重元件的其它部件(4、5)遮盖起来。
8．如上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于竖井管(2)的下部部件(2c)包括两个或多个配重元件(3)，所述配重元件(3)相互间轴向有一定的距离。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于还包括将两个或多个配重元件(3)间隔开的间隔件(10)。
10．如上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于配重元件沿竖井管(2)的下部部分(2c)分布，并且竖井管的下部部分如此具有了一个从大致垂直的部分过渡到大致水平的部分的弯曲。
11．如权利要求10所述的装置，其特征在于至少一个配重元件(3)铺设在海底上。
12．如权利要求8-12中任意一项所述的装置，其特征在于竖井管的下部部件(2c)具有一个小的弯曲，所述弯曲的曲率半径被配重元件间的间隔和配重元件的径向延伸所限定，所述径向延伸大于配重元件之间的间隔距离。
13．如上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于包括许多相互连接的配重元件，它们在竖井管的纵向上具有一个连续的弯曲硬度。
14．如权利要求14所述的装置，其特征在于弯曲硬度朝着相互连接的配重元件的端部减小。
15．如上述权利要求中任意一项所述的装置，其特征在于至少一个配重元件被连接到锚定系统上，锚定系统包括至少一个连接到浮体(12)上的第一锚链或类似物件(11)，浮体(12)通过一个第二锚链或类似物件(14)被锚定到海底，锚定系统被设置在竖井管下部部分凸出的一侧，浮体(12)的浮力与锚链的重量和长度的关系适于在竖井管的下部部分上作用一个基本水平的力。
16．如权利要求16所述的装置，其特征在于还包括两个相互间以一个选定的角度锚定的浮体。
全文摘要
竖井管(2)的相关装置,特别是用于在海底的一个构件(7)和一个处在或靠近海面的第二构件间输送液体的装置,包括:一个大致垂直延伸的上部部件(2a),所述上部部件的上端连接到海面构件上;一个竖井管(2)的中间部分(2b),在其长度方向的至少一部分上连接着一个或多个浮力元件;以及一个下部部件(2c),具有一个连接到海底构件(1)上的下端,一个或多个配重元件被安装在竖井管(2)的下部部件(2c)上。
文档编号E21B17/00GK1312881SQ99809524
公开日2001年9月12日 申请日期1999年5月31日 优先权日1998年6月12日
发明者克努特·哈里·菲耶尔 申请人:挪威国家石油公司