一种具有分布式悬垂弯曲压载物的柔性悬链形提升管

摘要

本发明涉及一种海底悬链及一种在管上布置压载物的方法。海底悬链包括软管，置于软管上的一定量的压载物，其中，压载物呈波形布置在海底悬链悬垂弯曲处。该方法包括确定海底悬链的软管的悬垂弯曲的位置，并将压载物呈波形地在所确定位置沿着海底管分布。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在柔性悬链形提升管的悬垂弯曲处分布压载物的装置和 方法。

背景技术

专利号为6,491,779申请于2000年4月24日的美国专利，名为“一种复合管 组件制造方法”，所述专利被转让给本申请人，该申请的全文通过引用的方 式被包含于此，该专利公开了一种用于海底使用的由轻型复合材料制成的软 管。在所述专利6,491,779的发明之前，通常已知，常规的管(相对重的管， 通常为钢管)，当用于海底中时，其从水面上的船只到海床之间形成悬链形。 这样的现有管道系统需要在其表面或其他位置使用昂贵的装置以抵消钢管的 大重量。

此外，专利号为7,073,978申请于2004年8月16日的美国专利，，名为“轻型 链系统”，所述专利被转让给本申请人，该申请的全文通过引用的方式被包 含于此，其公开了用于深海装置的轻型软管链系统。

发明内容

一方面，本发明涉及一种海底悬链。海底悬链包括软管，置于软管上的 一定量的压载物，其中，压载物分布在海底悬链悬垂弯曲处，呈波形状。

另一方面，本发明涉及一种将压载物的重量承载于海底悬链的方法。该 方法包括判定海底悬链软管的悬垂弯曲处位置，并将压载物在判定位置沿着 海底管道呈波状分布。

附图说明

本发明的特点将从以下说明结合附图变得更清楚。

图1是悬链形提升管的正视图。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的悬链形提升管。

图3是根据本公开的一个或多个实施例的悬链形提升管。

图4是根据本公开的一个或多个实施例的悬链形提升管。

图5是根据本公开的一个或多个实施例的悬链形提升管。

图6是根据本公开的一个或多个实施例的悬链形提升管。

具体实施方式

当柔性悬链形提升管连接到浮式装货和卸货船时(“载体”)，柔性提升管 受到轴向高压，并因靠近接地区的悬链的高曲率而使得其超出最小弯曲半径， 该接地区是指所述管靠近海床的区域。由于深处的洋流和流体动力学形成的 动态弯曲波形可能使得超出最小弯曲半径的情况恶化。

为了减轻压缩负荷和避免超出最小弯曲半径，压载物分布在靠近提升管 的接地区上(在所述管的悬垂弯曲处)或者施加到靠近海床的部分提升管上。 压载物施加重力，并防止动态弯曲波形的形成或者使动态弯曲波形对柔性悬 链形提升管的影响最小化。

因此，根据本公开的一个或多个实施例，策略性地将压载物布置在柔性 悬链形提升管的悬垂弯曲处，在使得所述管在极端动态变化情况下形成波形 曲线。同样地，柔性悬链形提升管中形成的动态弯曲波形可以因压载物的布 置而受到控制和/或最小化。

.压载物的分布可大大改变柔性悬链形提升管对深处流体动力的动态响应 机制。压载物的分布可使得在特定位置形成预定波长的的弯曲波形。因此， 对于柔性悬链形提升管，可以控制动态弯曲波形并保持在可操作的状态下。 当软管因加载的波动和载体的航行受到轴向压力，因压载物的分布而致的波 形可使得软管受到的轴向压力最小化。当受到轴向压力时，波动的幅度会加 大。换句话说，软管会先朝波动出现的方向曲张，而不出现在管壁中产生压 应力的轴向压力。

弯曲波形的幅度由沿柔性悬链形提升管的悬垂弯曲分布的压载物的相对 量级所控制。进一步地，弯曲波形由位于提升管的压载物的分布位置所控制。 因此，可以控制各个压载物片段的重量、长度及分布有压载物的管长。压载 物可加载在半波段上，由此，一定长度的压载物(半波长)固定在软管上， 后随一定长度(半波长)的软管，其上没有压载物(即裸管)。沿提升管的悬 垂弯曲处，半波的配置可用相同或不同重量、和/或相同或不同的长度的压载 物交替着重复实现，呈波形状。优选地，波形的长度是统一的，并且，每个 半波段长度统一。因此，重物可分布在预先设定波长的半波段上。

在这里使用的轻型软管可为专利号为6,491,779.的美国专利中所描述的复 合软管。软管可以完全是非金属或基本上为非金属的。另外，软管可为标准 的环状结构或配置。软管可以捆绑在一起或者分开，如标准ISO 13628-2/API 17J或ISO 13628-10/API 17K所描述的。或者，软管可为DNV-RP-F202中描 述的复合管或者名称为“热塑性复合提升管”的空运复合材料白皮书中描述 的复合提升管。软管可包括输送水流的内压壳，其由复合加固层和外壳所包 围。所述管可在顶端部(或者载体上安装的)配件处排气，这是因为气体可 能在内压壳和外壳的环形区域处积聚。

根据本发明的一个或多个实施例，动态提升管分析(或建模)可用于判 定压载物的最优分布位置。动态提升管分析可预先判定压载物片段的间隔和 长度、压载物的重量、波形的长度、片段的数量和/或压载物在管道上安装之 前分布的其他参数。因此，根据本公开的实施例，最佳的配置可在压载物的 任何特定应用之前设定。

动态提升管分析可说明位于特定或预定位置的极端情况，如，可设定百 年环境，用于说明百年波形和十年水流。动态提升管分析也可说明近端或远 端偏移。所述偏移是指相对于载体上提升管顶部连接处的平均位置偏移的横 向距离。因此，提升管设计和压载物分布可在特定极限环境中最佳化，由此， 可在安装和/或操作过程中，预估加载于提升管的负载量。

现在参见图1，示出了悬链形提升管的侧视图。在图1中，显示具有两根 悬链形提升管的载体100(可以为船、平台或其他任何提升管支撑结构)。第 一根提升管101可为常规钢制的管状或脐带状，其为不能漂浮的，因此，当 其悬垂在载体100上时形成悬链状。第二根提升管102可为轻型软管，如上 所述，当作为悬链形提升管悬垂在海水中为可浮的。

如图1所示，第二个提升管102的悬链状因软管的浮力不能正常形成。 将重物加载到软管以在管内形成张力，从而在动态情况下提供稳定性，如美 国专利号7,073,978中所述。根据本公开的一个或多个实施例，将重物沿着靠 近海床的软管加载到预定的波形上。如上所述，在所述管形成悬链状的位置， 即悬垂弯曲处，重物可以对该管增加张力并提供稳定性。

现在根据图2，示出了根据本公开的实施例的布置有压载物的轻型软管。 轻型软管202可从载体200悬垂到海床上。压载物片段220、221、222、223 以及224可分布在管202上，呈波形状，其中，每个压载物片段对应于半波 长。每个压载物片段220、221、222、223及224的重量和/或长度不同，如由 动态提升管分析方法和/或本领域知晓的其他方法预先设定。

如图2所示，压载物片段220、221、222、223和224被位于悬垂弯曲处 的裸管段所隔开，由此形成压载物分布的波形。进一步的，如图所示，裸管 部分可因所述管的浮力而有一定曲率，而上有压载物的管可在悬垂弯曲处容 许一定可控的曲率。

如图2所示，压载物片段220、221、222、223和224分布在五个半波段 上。但是，本技术的技术人员将理解压载物半波段会有或多或少的变化。进 一步的，压载物片段可不一致的分布，其长度可统一。更进一步，压载物片 段的重量可统一或者不统一。如上所述，压载物片段的长度、重量和/或数量 可由动态提升管分析所决定。

图2示出了位于压载物半波段之间的漂浮管提升过程。但是，压载物的 预先分布设置成用以阻止漂浮管形成图2所示的波状。例如，参照图3，管 302可从载体300处悬垂，并在其上布置足够的压载物以形成光滑的悬链状。 压载物片段320、321、322、323和324的分布可使悬链光滑。如上所述，每 个压载物片段的重量可不一致，这样可以形成想得到的悬链状。

现在参照图4，根据本公开的一个或多个实施例的压载物分布。管402可 从载体400处开始悬垂，并可加载压载物片段集420。压载物片段集420的每 一个片段的重量可不同，以形成想得到的悬链状。进一步的，如图所示，压 载物分布可由一系列小的压载物片段构成。但是，如图2和图3所示，压载 物可由较大压载物片段形成，其中单个压载物片段形成整个半波段。

仍然参照图4，示出了虚线403表示所述管在没有负载压力的状态。无负 压的管403可受到所述管的浮力和/或水流的影响，由此，对想要的悬链状产 生负面影响。实线402即管402，表示负压管，其上附加压载物片段420。如 图所示，管402可通过改变压载物的重量来达到想得到的悬链状和/或使得水 流对管的影响最小化。

现在参照图5，示出了根据本公开的一个或多个实施例的压载物波形分 布。管502可从载体(未示出)悬垂于海底，以在海床附近形成悬链状，其 可以为柔性复合管。压载物的重量可分布在管502的外表面以形成想得到的 悬链状，正如通过动态提升管分析所预定的悬链状。如所示，设置四个半波 压载物以形成想得到的悬链状。管502的波长510、511、512和513可为一 个预设的波长。因此，管502的波长510、511、512和513可为统一的波长， 进而表示负载管的波长(或波)。

管502的波长510、511、512和513中的任何一个可各自包括一个半波 (或半波长)的压载物520、521、522和523。进一步的，管502的片段510、 511、512和513中的任何一个可各自包括半波(或半波长)的裸管530、531、 532和533，而其分别对应压载物520、521、522和523的半波。如上所示， 尽管图中示出裸管的四个波(或波长)，本领域的技术人员将理解，根据当前 环境和/或有关操作参数，可以提供或多或少的波长以获得使想要的悬链形 状，。

如此，可将压载物沿管分布成波状，而该波由压载物的半个波和裸管的 半个波构成，并使其在海床附近形成悬链状。如图5所示，压载物520、521、 522和523的半波可分别交替连着裸管530、531、532和533的半波，由此 形成负载管的波长。裸管的每个半波可为统一的长度和统一的重量，因为裸 管的每个部分并没有额外的负重。压载物的每个半波可为统一的长度，但是， 与裸管部分相比，可为不同的重量。而其重量不同可使得管在环境条件中呈 现适当的流体动力响应，并在靠近下部区域形成稳定的悬链状。

现在参照图6，示出了根据本公开的一个或多个实施例的悬链形提升管。 管602可从载体600处悬垂，并可在其上分布压载物或浮子。如图6所示， 管602上可加载一个或多个压载物640。进一步的，管602上可加载一个或多 个浮子模块650。因此，可通过分布压载物和浮子模块两者结合来形成想要的 悬链状。如此，管602的动态波状可设置成最适应特定环境的形状。

如图6所示，压载物片段640和浮子模块片段650可分布成如上所述的 波状。片段640和650可分别为半波段，其与相邻压载物模块和/或浮子模块 之间具有半波段的裸管。

有利的是，根据本公开的一个或多个实施例，对海底悬链产生不利影响 的波动和流体动力可通过海底悬链上压载物半波部分的分布得到控制、防止 和/或最小化。因此，可提供一种用轻型软管低成本地实现海底提升管的方法。

而且，根据本公开的一个或多个实施例，深海提升管可配有轻型软管。 如在此公开，压载物分布可对常规管进行改造。因此，施加在常规管上的相 关浮子模块可撤销，进而得到一个简单、可靠的悬链，由此得到低成本的提 升管。

而且，根据本公开的一个或多个实施例，提升管不是必须为轻型软管。 所述管可为ISO 13628-2/API Specification 17J中所描述的钢装甲的无束缚软 管。对于较重的软管，通过在管上交替分布压载物和浮子模块可得到压载物 区/浮子模块区的半波或全波。可选地，将浮子模块应用到轻型软管上，以得 到短于半波的部分波长，进而得到全波，或者增大波的幅度。波的优化可通 过对压载物和/或浮子模块的最佳间隔布置得到，这些间隔可为非统一的，以 形成压载物和/或浮子模块聚集群。进一步的，连续的大块聚集群可沿着提升 管分布以最小化或消除接地点附近对管壁的压力。

而且，根据本公开的一个或多个实施例，统一的压载物分布可保持悬链 的底部稳定性。进一步的，如在此公开，可通过软管和分布的压载物适应近 端或远端的偏移。

虽然已经相对于有限的实施例说明了本公开，但是得益于本公开的本领 域的技术人员将认识到可以设计不背离本公开这里所述的保护范围的实施 例。因此，本发明的保护范围应该仅仅由所附权利要求限制。