专利名称：用吊挂的配重或浮筒引导的立管设计的制作方法
技术领域：
本发明是一种海洋开发中用以改善联结水面结构和水底结构的曲线型柔性立管在水中的运动特性的新的设计。这里所指的“立管”可以是单通道或多通道的输送物质的管道，也可以是输电电缆。通常英文用“RISER”一词表示。
现有的水中柔性立管通常在水中呈自由悬挂或悬浮状态，因此在水面结构运动以及波浪和水流的作用下立管中段会产生较大的运动或振动。特别是海洋石油开发中当立管布置密集并且水面结构运动幅度大的时候，立管之间很容易发生碰撞或一根对另一根的翻越。这是生产使用上不能允许的。
本发明的目的是用从上部结构下挂配重8或从水底系浮筒18，并通过导向机构6或16与立管13中段水平相连的方法，构成一个水平的柔性的力或力系来引导和限制立管或立管群的运动，起到柔性的导向和振动阻尼的作用，改善立管的运动特性。采用本发明可使某些使用条件下的立管分别或多方面取得增加立管在水中的稳定、避免碰撞、缩短立管长度、简化立管的安装和维修、简化生产作业以及减少对上部水面结构的运动限制等效果。使得以开发海上边际油田为目的的一些工程方案，显示出更多的优点和更广泛的适用性。
为达到上述目的，本发明提供了同一原理的两种解决方法，实际工程设计中可根据系统方案特定的条件择优采用。这两种方法之一取名为“上部结构下挂配重法”，英文为“Hanged Counterweight Method”(以下简称“配重法”或HCM法)。另一种方法取名为“水底系浮筒法”，英文为“Moored Bouy Method”(以下简称“浮筒法”或MBM法)。
附
图1是“配重法”和“浮筒法”的设计简图。该图为说明书摘要附图。
附图2是“配重法”引导立管群的运动的示意图。
附图3是“浮筒法”引导立管群的运动的示意图。
附图4是“配重法”和“浮筒法”都可以用的与立管中段联结的导向架的作法示意图。
附图5是“配重法”和“浮筒法”都可以用的与立管中段联结的导向圈的作法示意图。
“配重法”和“浮筒法”的具体作法描述如下附图1(1)上部结构下挂配重法(HCM)这里所指的上部结构可以是水面平面结构或船体或接近水面的锚链等。如附图1(1)所表示的联结水面结构1和水底结构2的柔性立管3靠4和5上下两组浮子在水中呈一定的曲线形浮态，自上部结构的某个适当位置9直接或间接地下挂吊链7和配重8，吊链或配重块通过导向机构6与立管的中段水平相连。若吊链与立管上的固定夹具水平相连就称机构6为导向架(如图4)，若配重的侧面有一个空握住立管的环状机构与立管相连则称机构6为导向圈(如图5)。这个水平联系只起传递水平力和机械导向作用，而配重的重量并不垂直作用于立管。配重及其倾斜的吊链构成一个水平分力与立管上的浮子形成的回复力的动态平衡，由此来引导和限制立管中段的运动，增加立管的振动阻尼。图中双向箭头所示为上部结构的运动，立管3与配重8或吊链7的相连点将随配重移动，配重又随吊链在上部结构上的吊点的移动而移动。图中序号仅标在一组立管和下挂配重上，立管和下挂配重是成组设置的。
附图2是配重引导下的立管群运动示意图，图中L为上部结构运动位移，A表示水面，B表示水底，C表示上部结构中心。如果立管的浮力设计和相应的配重设计基本相同，并对称布置，那么，各立管的中间段将随各配重作基本同步同方向的水平运动。如果上部结构上配重吊挂点和海底联结点(如井口)都是园周状分布的(如图2)，那么，立管群的中间段在运动中也会基本保持园周状或椭园状分布，而不会产生大的相向运动而碰撞，也避免了一根对另一根的翻越。
附图1(2)水底系浮筒法(MBM)如图1(2)所表示的联结上部结构11(含义同前述)和水底结构12的柔性立管13靠14和15两组浮子在水中呈一定的曲线形浮态，自水底的某个适当位置19直接或间接地通过吊链17系泊一个有一定净浮力的浮筒18，浮筒保持在水面以下一定深度。吊链或浮筒通过导向机构16与立管的中段水平相联。若吊链与立管中段的固定夹具相连就称机构16为导向架，若浮筒侧面直接用一个环圈空握住立管就称机构16为导向圈。这个水平联系只起传递水平力和机构导向的作用，浮筒的浮力并不垂直向作用于立管，而是由浮筒和倾斜的吊链构成一个水平力与立管上两组浮子14、15形成的回复力的动态平衡，来引导和限制立管中段的运动，增加立管的振动阻尼。立管将随上部结构移动和波浪、水流的作用而运动，但却受到浮筒和吊链的引导和限制。立管13与浮筒18或吊链17的相连点将随浮筒的水平移动而移动。
附图3是浮筒引导下的立管群运动示意，如果各立管和浮筒的浮力设计相同，水底的立管基础12和浮筒锚点19呈内外圈对称分布，那么，立管中段在随上部结构运动时也将基本呈园形或椭园形分布，而不会产生大的相向运动而碰撞，也避免了一根对另一根的翻越。
导向架的作法(如图4)当配重或浮筒通过吊链7或17和导向机构6或16与立管水平相连时，导向机构是一个导向架22。导向架通过固定夹具21固定在立管中段某个位置，夹具应保证立管的最小弯曲半径，导向架又通过铰轴23绕立管摆动。导向架端部设一个空握住吊链的导向环24。该导向环可根据工程实际需要而设计成与吊链滑动摩擦或加滚轮25后的滚动摩擦，如视图(A)。
导向圈作法(如图5)当配重或浮筒直接引导立管时，导向机构6或16是一个导向圈。导向圈设在配重或浮筒的侧面，空握着立管并引导和限制立管的运动，这时导向圈可顺着立管上下运动。如果为了防止立管磨损，应在立管表面加复面保护或在导向圈上加滚轮25。图5中(1)用于配重法，(2)用于浮筒法。
实施例附图2是用于多口海底油井开采应用下挂配重法引导立管群的最佳实施例。可以看出上部结构中心C因作业或海流影响位移L，各立管3的中段由于配重8的水平回复力的稳定作用，立管群设置海底的结构的分布园直径可以相对减少，从而大大降低投资和作业费用。
附图3是水底系浮筒法控制立管群的最佳实施例。每根立管都是张紧吊链17的一端锚固在海底的适当位置19上，另一端系浮筒18，并通过导向圈16引导立管3的中段，由浮筒18的净张力产生的水平方向回复力，保证立管群的相对稳定。
附件现有技术海洋石油开发中在立管水底结构设计时，有意扩大分布园直径，以解决立管中段相撞或翻越的方案两例。
权利要求
1.一种联结水面结构和水底结构的输送物质或电流的柔性立管的新设计“用吊挂的配重或浮筒引导的立管设计”，其特征在于用上部结构下挂配重(8)或水底系浮筒(18)两种方法对立管或立管群中段形成一个水平的柔性的约束力或力系，来引导和限制立管的运动，起到柔性的导向和振动阻尼的作用，改善立管或立管群的运动特性的方法。
2.按照权利要求1所述“上部结构下挂配重法”，其特征在于上部结构下挂的吊链(7)和配重(8)通过导向机构(6)与立管中段水平相连，构成一个水平分力与立管上的浮子形成的回复力的动态平衡，由此来引导和限制立管的运动。
3.按照权利要求1所述“水底系浮筒法”，其特征在于从水底用锚链(17)系泊一个有一定净浮力的浮筒(18)，通过导向机构(16)与立管的中段水平相连，构成一个水平分力与立管上的浮子形成的回复力的动态平衡，由引来引导和限制立管的运动。
4.按照权利要求1、2、3所述的“配重法”与“浮筒法”中将吊链与立管相连的导向机构(6)或(16)是一个导向架，其特征在于导向架(22)通过一个固定夹具(21)固定在立管中部某个位置并可绕铰轴(23)摆动，又通过端部的导向环(24)空握住与配重或浮筒连接的吊链，以使配重或浮筒通过吊链来引导和限制立管中段的运动。
5.按照权利要求1、2、3所述的“配重法”与“浮筒法”中将配重或浮筒直接与立管相连的导向机构(6)或(16)应是一个导向圈，其特征在于将一个环状机构安装在配重或浮筒的侧面，并空握着管来引导和限制立管中段的运动。
全文摘要
本发明“用吊挂的配重或浮筒引导的立管设计”是一种用于海洋开发的新的立管形式。其特征是用从上部结构下挂配重(8)或从水底系浮筒(18)并通过导向机构(6)(16)与立管(3)(13)中段水平相连的方法，构成一个柔性的力或力系来控制和引导立管或立管群中段的运动，并改善立管的动力特征。本发明可使立管在水中增加稳定性、避免碰撞、缩短立管长度、简化立管的安装和维修、简化生产作业等效果。
文档编号H02G9/00GK1060441SQ9010819
公开日1992年4月22日 申请日期1990年10月12日 优先权日1990年10月12日
发明者陈景辉 申请人:陈景辉