[发明专利]保护柔性立管的方法及其设备

说明书

技术领域

本发明提供一种保护一个或多个柔性立管的方法及其设备，该柔性立管能将立管流体，举例来说诸如天然气的烃生产流体，输送到浮动结构或从该浮动结构输出。尤其是，在此公开的方法设法保护柔性立管免受由浮动结构随着恶劣天气条件下的波浪运动而发生的升沉和/或俯仰(pitch)所引起的弯曲。

背景技术

浮动式天然气液化(FLNG)构思将天然气处理、液化过程、储罐、装载系统及其他基础设施结合到单个浮动结构中。这种结构是有利的，因为它提供一种海上液化站替换岸上液化站。FLNG船舶可在足以允许将LNG产品卸载(off-loading)到运输船上的水深处系泊在气田附近或气田处。它还代表可移动资产，当气田接近其生产寿命结束时或在经济、环境或政治情况需要时可重新安置到新的地点。

浮动结构可与储层的生产井口流体连通。浮动结构可连接到一个或多个柔性立管上。柔性立管可通过立管底部管汇固定到海床。海底流动管路可直接地或可选地经由井孔管汇将立管底部管汇连接到井口。

在这种构造中，来自诸如气田的烃储层的诸如天然气的生产烃可沿水下管道从一个或多个可处于同一或不同烃储层的井口传递到立管底部管汇。在立管底部管汇位置处，生产和任何注入管道连接到将生产烃传送到浮动结构的柔性立管。柔性立管在坐定点(hangoff point)连接到浮动结构。坐定点可以位于浮动结构的侧面或位于浮动结构中的月池内，例如在转台的底部处。浮动结构可通过多个锚固到海床的系泊缆系泊到海床。

柔性立管是悬浮在浮动结构和立管底部管汇之间的柔性管并且可被配置为自由悬链或使用浮力模块的替代构型，例如低弯度波形(lazy wave)和低弯度S形。柔性立管的详细论述记载在美国石油组织(American Petroleum Institute)的以下出版物中：名称为“非粘接管道规范”，API规范17J，第二版，生效日期为2002年12月。

柔性立管操作的论述记载在美国石油组织的以下出版物中：标题为“柔性管的推荐作法”，API推荐作法17B，第三版，2000年3月。

当浮动结构的坐定点的竖直运动剧烈时，例如在巨浪海区中时，柔性立管中可能出现可引起整体弯曲的压缩力。压缩力在坐定点与浮动结构的运动中心拉开距离的情形下会更剧烈，这是因为结构的升沉和俯仰中的一者或两者都被相应放大。

2003年5月5日-8日举行的OTC 15168海上技术会议上McCann等人的标题为“深海应用柔性立管的压缩成型指南”的论文指出了与由于可能系泊在恶劣环境中的浮式生产储存和卸载船舶(FPSO)的剧烈升沉所致的压缩载荷相关的立管弯曲问题。该文认为，在向下升沉和/或俯仰期间，立管试图跟随对结构所施加的运动。当立管移过水柱时，与运动方向相反的阻力起作用，妨碍立管的运动。因此浮船的运动被转换为有效张力的减小。当立管开始压缩时，依赖于横截面弯曲刚度来限制曲率。然而，立管的横截面弯曲刚度与涉及的距离和力相比很小。

WO-2006/031335-A1涉及一种在相对小型的海上开采的冷水生产环境下水下设备中防止水合物。所公开的系统具有至少一个水下生产井、用来将产出流体从水下井输送到管汇的跨接装置、用来将产出流体输送到生产收集设施的生产管线和用来将化学材料输送到管汇的脐带管(umbilical)。脐带管终止于洋底。脐带管可将化学抑制剂传递到洋底然后传递到海底处理系统的设备。抑制剂是为了保证来自井的流动不受流动流(flow stream)中诸如水合物、蜡和水垢的固体形成的影响而设计和设置的。WO-2006/031335-A1的系统使用了使系统相对昂贵的脐带管。

US-2003/008577-A1公开了一种系统，其特征在于诸如立管流动管路的管道具有一个或多个用于浮力控制的附加通道。流动管路的浮力可以通过用浮力控制材料填充附加通道来进行动态控制，从而提供正浮力或负浮力。附加通道可由外部附接于立管的管道或立管内的附加环状物形成，然而这将增加立管的成本。

WO-95/22678-A1公开了一种包括呈平面循环起伏构型的管道的立管组件。张力构件在立管组件的纵向方向上延伸并以隔开间距固定到管道上，因此可以吸收张力。