[发明专利]用于自动对准和张紧固定生产单元中挠性管的系统以及利用该系统安装挠性管的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2016年10月18日提交的BR 10 2016 024269-0的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于支撑和对准立管的系统。更加具体地，本发明涉及一种用于在浮船抵达时引导立管的系统。

背景技术

随着对位于日益加深的水深处的产烃田的开发，固定在海床上、用于安装生产设备的刚性结构的使用已经变得日益复杂。在某些情况中，由于产烃田所处区域的特定条件，这些刚性结构的使用变得不可行。

最近，浮动结构代表一种越来越频繁地用于安装生产设备的替代方案，原因在于它们通常较之固定结构提供了低成本选项。

深水中的石油开采充分利用也称为立管的立管管子。这种管道(可以是柔性的或刚性的)收集由水下井产出的油，将油运送到浮动单元，然后运送到油轮或者直接运送至岸上设施。随着浮动结构移动，立管承受导致其弯曲半径变化的周期性挠曲，这使得在将剪切力传递到浮动单元的区域中产生疲劳。

在这种情形中，已知为拉紧器的装置用于保护挠性立管和控制管缆免于以小于其最小可允许半径的半径弯曲。拉紧器通过增大立管特定区段的抗弯刚度来实现此目的。大部分拉紧器呈截头圆锥段形式并且由弹性体材料制成。

拉紧器可以以各种方式固定到浮动单元，诸如通过称作锥形孔(bell mouth)的装置，通过法兰紧固，插入圆锥形座部中或者插入具有一些固定形式的圆筒形装置中。

现有技术的拉紧器必须设定适当的尺寸，以防止挠性立管在设计使用寿命期间发生疲劳。浮动单元的工作深度增加暗示作用在挠性立管上的张紧负荷增大。而且，随着船和管因潮流而移动，增大了剪切力负荷以及增大了在用于将管固定到平台的系统中的弯曲力矩。

在深水油勘探的情形中，增加的尺寸和更高的负荷对于拉紧器而言需要使用大尺寸的固定结构。这使得在新的浮动单元中难以分布和配置固定结构。而且，尺寸的这种增加使得对拉紧器的操纵越来越困难。这延长了安装和拆卸挠性立管的离岸工作时间。安装浮动单元的总成本不仅仅因为每个拉紧器的单位成本而且还因用于安装挠性立管的船舶和团队的工作时间而增加。

除了拉紧器及其固定结构的尺寸和重量增大的问题之外，还已知在平台设计的基础工程阶段，设计人员需要获得关于将由平台支撑的所有立管的直径、顶角和方位角的信息。然而，目前，仍然难以获得这些数据。基于类似平台进行评估并且将所获得的数据用于设计中。当最后发布与平台一起工作的基础设备时，常常与初始评估不符。作为一个示例，已经出现下述情况：平台必须进行修改以适应包括返回干船坞的新情形，这延迟操作的启动并且造成巨大损失。

在试图解决上述问题的过程中，文献PI0803358-7公开了一种具有旋转接头的对称拉紧器，所述旋转接头包括下防护圆锥体、上防护圆锥体、旋转接头、球形轴承和扶正器。因为旋转接头由于存在旋转接头而存在一定程度的机动性，所以文献PI0803358-7的具有旋转接头的对称拉紧器减弱了传递到用于将拉紧器固定到平台的结构的弯矩。以这种方式，文献PI0803358-7的具有旋转接头的对称拉紧器可以具有比有相同载荷能力的传统拉紧器小的尺寸，这便于其制造、运输、操纵、定位和安装在生产装置中。

然而，在文献PI0803358-7中描述的具有旋转接头的对称拉紧器不能令人满意地解决现有技术问题。这是因为由于限制了具有旋转接头的系统中的运动惯性，对称拉紧器不能完全减除弯矩应力和剪切力。另外，出于某些原因，在文献PI0803358-7中描述的具有旋转接头的对称拉紧器不允许根据井和海床上的各部件的布置在设计中针对管的顶角和方位角存在显著改变而进行充分补偿。而且，在文献PI0803358-7中描述的具有旋转接头的对称拉紧器由于各部件互连的方式而使得组装、安装和维修复杂。

现有技术中的其它替代方案也不能令人满意地解决上述问题。文献WO2015104560例如公开了一种由两个或更多个分段形成的分段式拉紧器，每个分段均包括用于与相邻分段接合的凸端和凹端。分段之间的接口提供了分段之间的小偏转，充分减小了拉紧器中的应力。然而，文献WO2015104560中的解决方案主要由于存在大量移动零件而使得组装、安装和维修非常复杂。

另外，已知了用于安装在现有技术中通常采用的挠性立管(称为引入)的方法需要耗费过多时间，其中，动用潜水员并且调动辅助船。不利的海况甚至可能需要暂停安装工作，原因在于目前安装方法受天气条件影响。这导致延迟了与立管有关的井开采。