[发明专利]立管弯曲释荷接头

说明书

技术领域

本发明涉及连接器，其具有可作为弯曲释荷接头来操作的万向节接头，以在施加的弯矩超过预定的弯曲极限的情况下，释放施加在海底立管中的高弯曲位置处的弯曲应力。

背景技术

近海油气生产设备典型地具有在海床上的井头和在海底采油树上的生产连接件。为完成生产或修井目的，立管管道柱可连接在海底采油树和水上船舶之间，例如负责执行期望的井干预的半潜式船或钻探船。

可通过锚定件或通过使用船舶中的全球定位系统(GPS)和推进器来抵消漂移实现的动态定位来将水上船舶在井的上方保持就位。在操作状况中，为了应付局部状况(包括潮汐和天气)的变化所造成的漂移，水上船舶的远离井的上方的竖直位置的一些成角度的移位将是可接受的。在给定情形中，水上船舶可安全地漂移的操作范围将取决于各种因素，包括立管的拉力和弯曲极限。在意外或极端的情况中，例如如果锚定件滑脱或GPS失效或在突如其来的风暴中，水上船舶可漂移到可能需要采取紧急措施的程度，以避免对立管或井头有损害。

出于这样的目的，立管柱可包括安全接头——设计成在低于普通立管管道的极限的拉力下失效的“弱连结件”。为了保护井头，可在立管柱的基部处提供利用快速断开连接器(例如WO 2009/019515中描述的)的紧急断开组件(EDP)。

在过去，已经提出了各种类型的球窝接头或柔性连接器，以允许管状立管柱有某种程度上的持续挠曲，例如如US-A-3 433 504、US-A-3977 707、US-A-3 523 578和US-3 695 633中描述的那样。

但是，这些系统本身并未设计成被可在离开竖直位置的极端的成角度移位的情况下施加给立管或由立管施加的过度的弯矩触发，或者提供对抗过度的弯矩的保护。由于局部环境差异，例如在井现场处的潮汐的强度和水的深度，还可出现另外的困难。在较浅的水中，水上船舶在容许漂移的程度上绝对有必要受较多的限制，并且长度较短的立管在深水中比长度较长的立管表现得更具刚性。会出现不同的应力，并且需要对应地调适安全系统。

本发明涉及提供用于释放海底立管中的弯曲应力的器件，该器件可为可调节到选定的极限，以及处理在不同的位置上的有关操作参数中的变化。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于海底立管设备的连接器，该连接器包括本体，本体具有第一连接面，第一连接面具有贯穿通路，并且适于连接到第一外部管道元件和本体内的万向节接头上，万向节接头具有与第一面中的贯穿通路基本对准的贯穿通路，以及在连接器的与第一连接面相对的侧上且适于连接到第二外部管道元件上的第二连接面，连接器进一步包括适于接合万向节接头上的对应的定位特征的至少一个锁销机构，借此使贯穿通路保持对准，并且阻止万向节接头相对于本体而运动，直到跨过万向节接头的贯穿通路的轴线对万向节接头施加预定弯矩为止。

根据本发明的另一方面，提供了一种提供用于立管设备的释荷接头的方法，该方法包括：提供包括本体的连接器，本体具有带有贯穿通路的第一连接面；在本体内提供万向节接头，万向节接头具有与第一面中的贯穿通路基本对准的贯穿通路，以及在连接器的与第一连接面相对的侧上的第二连接面；将第一连接面连接到第一外部管道元件上；以及将第二连接面连接到第二外部管道元件上，该方法进一步包括提供接合万向节接头上的对应的定位特征的至少一个锁销机构，借此使贯穿通路保持对准，并且阻止万向节接头相对于本体而运动，直到跨过万向节接头的贯穿通路的轴线对万向节接头施加预定弯矩为止。

将理解，上面提到的第一外部管道元件和第二外部管道元件可包括立管管道或其它管状元件或井头固定装置，例如防喷器，并且它们本身不形成连接器本身的一部分。

根据本发明的连接器和方法具有这样的优点：贯穿通路和立管在弯矩的安全工作范围内保持对准，但是当达到预定极限时，在连接的立管或井头元件发生损害之前，可快速和一致地释放弯曲应力。延伸通过通路的任何工具也得到保护，并且提供了取回这种工具的额外机会。

优选地，提供在本体的周围隔开的多个锁销机构来接合万向节接头上的对应的定位特征。在这种情况下，优选地，机构在本体的贯穿通路的轴线的周围均匀地隔开。

锁销机构或各个锁销机构优选包括用于调节待施加给对应的定位特征的力的调节器件，以确定触发万向节接头的运动所需的预定弯矩。

锁销机构或各个锁销机构可包括受弹簧器件作用的锁销，例如盘簧或螺旋弹簧或复合弹簧。

如果锁销机构包括弹簧器件，锁销机构或各个调节器件可包括用于调节锁销机构的弹簧器件的弹簧刚性系数的器件；或者调节器件或各个调节器件可包括液压器件。