柔性管道导向结构的
海底到陆表面连接装置
摘要
此发明是放置在海底上的多个海底管和在表面上的浮动支撑件之间的底部到表面的连接装置，并且锚定到海底。浮动支撑件包括转塔；以及多个柔性软管，其从所述转塔延伸到多个刚性管中的相应刚性管，所述刚性管提供所述柔性软管和放置在海底上的所述多个海底管中的相应一个之间的连接，其中所述设备包括引导件该结构保持在转台和刚性管顶部之间的表面下，导向结构适于引导柔性软管，该引导结构具有多个第一引导元件，多个柔性软管中的相应柔性软管穿过其中柔性软管具有至少一个处于浸入式悬链构型的底部柔性软管部分以及完全在柔性软管和第一导向元件之间的接触点之上延伸的第二柔性软管部分，该部分占据曲线在它通过的引导元件和转塔顶端之间形成悬链线形状编辑。
柔性管道导向结构的
海底到陆表面连接装置
相关应用
这是2011年5月18日提交的申请号为PCT/FR2011/051118的美国国家阶段。优先权主张于以下申请：2010年5月20日提交的法国申请号：1053909。其公开内容是在此通过引用并入。
技术领域
本发明涉及放置在海底上的多个海底管道和位于该海面上的浮动支撑件之间的底对面连接装置，该装置包括由多个连接到刚性立管管道的柔性软管构成的混合塔架，所述软管的顶端被固定到在船的前部或船内自由枢转的转塔，通常在所述船的前三分之一处。
本发明的技术领域更具体地涉及制造和安装用于离岸提取石油，天然气或其他可溶或易熔材料或矿物材料从海底井头到浮动支撑的悬浮物的生产立管的领域，为了开发位于海上的生产场地，距离海岸有一段距离。本发明的主要和直接应用在于石油生产领域。
背景技术
一般来说，浮动支撑具有锚定装置，以使其能够保持位置，尽管受到电流，风力和膨胀的影响。它通常还包括存储和处理用于卸载油轮的油和卸载装置的装置，其中这些油轮定期呼叫以移除生产。这种浮动支撑通常被称为浮动生产存储卸载（FPSO）单元。
浮动支撑是：
不定标题类型。即它们具有多个锚定件，通常位于所述浮动支撑件的每个拐角处并且用于使其保持在不能改变的前进方向上，从而使其仅能以滚动和俯仰方式自由移动并且限制任何浪涌和偏航运动；
或者是炮塔类型。即，所有的锚点会聚在固定在船上的圆柱形结构上，但是可以围绕竖直轴线ZZ#39;自由旋转，从而使浮动支撑件自由地围绕所述转动架转动，并将其自身定位在阻力最小的方向上，风，电流和膨胀对浮动支撑及其超级结构的影响。
恒定航向型浮动支撑旨在更加特别用于不太粗糙的环境，以及来自单一方向的呈现中等振幅的膨胀，这在西非已得到应用。然后将浮动支架安装成面向当时的膨胀方向，以便将其影响降至最低。这种类型的浮动支撑具有使得能够将大量的底部至表面连接简单地安装在所述浮动支撑的一侧上，或者实际上在其右舷和左舷侧上安装的优点。
然而，当情况比北海更严重或甚至极端时，WO2009/150142提出了一种恒定航向型浮动支撑，即具有可分离的底部结构的翼梁类型的平台，连接的软管提供了底部到表面的连接。然而，对于那些极端条件，那么有利的浮动支撑是转台类型的，其中所有的底部到表面的连接在延伸到FPSO之前汇合在转台上，通过位于轴线上的旋转接头连接说炮塔。通常，底到面连接管由柔性软管构成，所述柔性软管将放置在海底上的管直接连接到转塔，所述软管通常径向地或以星形构造，从而围绕所述轴线均匀分布炮塔。
已经开发了许多构造，并且可以参考申请人名下的专利WO 2009/122098，其描述了配备有这样的转台和相关联的柔性软管的FPSO，更具体地用于在将遇到的极端条件下使用在北极。这种构造对于中等深度的水是有利的，即处于100米（m）至350米范围内，或实际上处于500米至600米范围内。特别是，使用位于海底的刚性管和浮动支撑之间的水体全部深度的软管，允许浮动支撑的移动超过使用刚性管时的可能性。尽管如此，通过浮动支架的转台与放置在海底的管道之间的这种类型的面对面连接，不可能将所述软管以浸入式悬链构型使用，即如所描述的具有低拐点适用于混合塔式底部到表面联合，包括：
垂直立管，其底端通过柔性铰链锚定到海底并且连接到放置在海底上的所述管，并且其顶端连接到浸入在地下并且用于张紧立管的浮子；和
所述立管的顶端与所述表面上的浮动支撑件之间的连接柔性软管，所述连接柔性软管可能在其自重的作用下占据浸入悬链曲线的形状，即曲线向下下方漂浮并且随后上升到所述浮动支撑件，浸入悬链线能够适应浮动支撑件的大量移动，其中所述浮动支撑件被柔性软管的变形吸收，特别是通过升高或降低所述低的#39;拐点浸蘸悬链线。
然而，一旦水达到1000m至1500m或甚至2000m至3000m的深度，由于每个所述软管的展开长度，这种大量柔性软管的成本变得非常高，因为软管非常复杂，而且如果要达到使其能够在一段可能达到或超过20至25年的时间内运行的运行安全水平，甚至是非常难以制造更多。
特别是，软管存在彼此干涉和相互撞击的风险。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种新颖的在安装有转塔架的浮动支架之间安装底部到表面的连接，挠性软管被紧固和固定在转塔上以便提供至少一部分连接浮动支撑与放置在海底的管道之间。
更确切地说，本发明的一个目的是提供一种新颖类型的底对面连接，其在寿命方面同时更紧凑和更机械可靠，同时也更便宜且更容易制造。
为此，本发明在放置在海底上的多个海底管和在表面处并且锚定到海底的浮动支撑件之间提供了底面到面连接装置，所述装置包括：
a）所述浮动支承件包括转塔架，所述转塔架具有在浮动支承件的前部处偏移或结合在浮动支承件的船体中或下方的结构内的空腔，所述空腔优选穿过浮动支承件的船体在其整个所述转台进一步包括圆柱形内部部分，所述圆柱形内部部分适于当所述浮动支撑件绕所述内部部分或所述转台的所述空腔的竖直轴线ZZ#39;转动时，相对于所述空腔内的海底基本保持静止，所述浮动支撑件通过在其顶端固定到所述转台的所述圆柱形内部部分的管线锚定到海底；和
b）从所述转台延伸的多个柔性软管，其顶端连接到多个刚性管的相应端部上，所述柔性软管的底端连接到多个刚性管的顶端，所述刚性管提供所述柔性软管柔性软管和所述多个海底管中的相应一个放置在海底上，所述刚性管彼此连接并且或者至少在其顶部由被浮力元件张紧的承载结构引导，所述承载结构连接到基座单元，所述基座单元放置或嵌入海底，所述连接优选地通过柔性机械铰链，并且所述承载结构优选地包括延伸到所述柔性机械铰链的垂直张力腿；
所述装置的特征在于，它包括保持在所述转台和所述载体结构之间的地下II中的导向结构，优选地在所述刚性管的顶部处固定到所述载体结构，所述导向结构适于在所述导管结构顶端连接到所述转台的所述圆柱形内部部分，并且它们的底端优选通过天鹅颈装置连接到所述刚性管的顶端，所述引导结构具有多个第一引导元件，所述多个第一引导元件具有所述多个柔性软管分别穿过其中，使得每个所述柔性软管具有至少第一柔性软管部分，所述第一柔性软管部分处于浸入式悬链构造，在所述柔性软管的底端连接到所述刚性顶端管和所述柔性软管与所述第一引导元件之间的接触点它通过并且第二柔性软管部分完全在所述柔性软管与所述第一引导元件的所述接触点之上延伸，遵循从所述引导元件的类型形状的曲线，通过所述引导元件，所述引导元件穿过所述引导元件到达其顶端被连接到的所述转架。
本发明的导向结构使得可以在基本上垂直的平面内（在软管的中间部分）形成多个浸入悬链线，每个平面包含所述导向结构的垂直轴线/L/L#39;，并且优选地，在适当的情况下，在与所述天鹅颈型装置的平面相同的平面中，所述浸入悬链线在垂直的水平面内彼此间隔开，以便在两个基本相邻的基本面之间产生最小的二面角垂直平面，其中所述浸入悬链线的轴线延伸。
所述柔性软管部分的所述浸入悬链线构成柔性储备，从而实现受控变形，当所述柔性软管由于浮动支撑移动而变形时，所述柔性软管可以容许所述受控变形。此外，导向结构使得能够保证每个所述浸入悬链线在其低拐点处的曲率始终保持曲率半径大于最小曲率半径，在所述最小曲率半径下柔性软管的变形将会变得不可逆转和/或会损害它。
当使用柔性软管时，所述导向结构的这种有利的技术效果是非常重要的，因为决定设备寿命的软管薄弱点基本上位于所述浸入悬链线的所述低点的区域中曲率半径最小。
总而言之，本发明的引导结构使得可以在优化的紧凑空间中布置更多数量的柔性软管，而不会彼此干涉并且尤其是在所述浮动支撑件作为膨胀，潮流和/或波浪的结果。
可以理解的是，所述转台的所述圆柱形内部结构的垂直轴ZZ#39;与所述转台腔的垂直轴重合。
此外，并且以已知的方式，转台的所述内部圆柱形结构安装成在所述空腔内部相对于在支撑件的前部和/或相对于所述浮动支撑件的船体悬臂出来的所述结构借助于至少一个滚动轴承或位于水线之上和/或流出到水的光滑轴承，优选为滚动轴承，以便允许所述浮动支撑件围绕所述转动架的所述基本竖直的轴线ZZ#39;转动，而不会导致所述转动架的所述内部圆柱形结构转身。
以已知的方式，所述转台的所述内部圆柱形结构是防水管状结构，所述管状结构具有与所述转台的所述内部圆柱形结构的管状侧壁的底端水密地组装的底壁，并且第二管提供顶部所述柔性软管的端部在所述转台的所述枢转内部结构的底壁和所述浮动支架的甲板上，在所述转台的所述内部结构内和所述空腔内升高到固定到所述浮动支架的旋转接头类型的联轴器。
第一柔性软管部分的所谓“浸渍悬链线”配置对于本领域技术人员来说是公知的，并且在以申请人名义的在先专利申请中进行了描述。它由具有类似曲率的两条悬链曲线组成，该曲线关于垂直轴线Z0Z0#39;对称布置并且在通过所述低点的垂直对称面P0的任一侧上。
可以理解的是，当安装处于静止状态时，所述第二柔性软管部分离开转台的垂直轴线和离转台的轴线越远越远离其顶端的导向结构的垂直轴线连接到所述转台直到所述引导元件，每个柔性软管穿过所述引导元件，而相反，所述第一柔性软管部分靠近所述承载结构的轴线并且所述刚性管的顶端从所述将元件引导到与它们连接的所述刚性管的所述顶端。
更具体地说，所述导向结构优选具有至少四个，更优选六至十二个所述第一导向元件，所述第一导向元件优选对称且规则地分布，更优选圆形地分布在所述导向结构的周边处，其轴线Z3Z3#39;位于距离R1至少3米。并且优选位于距离所述引导结构的轴线Z，Z#39;3m到25m的范围内。
可以理解的是，当安装静止时，引导结构的轴线Z1Z1#39;和承载结构的轴线基本上彼此对齐并且与转动架的轴线ZZ *基本上对齐。
根据有利的特征，所述引导结构包括至少一个浮力元件，所述浮力元件适于将所述引导结构保持在刚性管的所述承载结构上方，深度H为至少25m，并且优选地处于50m至250m的范围内米从表面。
可以理解的是，所述浮力元件施加基本上垂直的张力，并且因此当安装静止时基本在所述引导结构的轴线上。
导向结构的所述浮力元件的特别有利之处在于，其可以有助于所述承载结构的操作并且有助于张紧并因此有助于其与海底处的基部单元的连接的加强，并且还因为在安装到位的方法期间，将所述导向结构放置到位并将其与所述承载结构和刚性管连接起来更容易。
更具体地说，所述浮力元件由至少一个鼓构成，对于该鼓可以通过对所述鼓进行压载或卸压来改变其张紧力。
可以理解的是，通过对利用已知装置预压的所述滚筒的浮力进行作用，可以增加（卸载）或减少（压载）所述承载结构的张紧和其与基部单元的连接的刚度在海底。
有利的是，所述引导结构通过在所述引导结构和所述承载结构之间构成柔性机械铰链的连接而连接到所述承载结构。
同样有利的是，所述引导结构包括位于深度H1处的所述第一引导元件的至少一个第一级P1和位于所述第一引导元件上方的深度112小于深度H1的第二引导元件的至少一个第二级P2所述第一引导元件并且所述第二柔性软管部分穿过所述第一引导元件，每个所述第二引导元件的轴线Z4Z4#39;基本上定位在与所述第一引导元件的轴线Z3Z3#39;相同的竖直平面中，在所述第一引导元件的轴线Z3Z3#39;上方，所述第二引导元件是位于并且相同的柔性软管穿过所述导向结构，但是距所述导向结构的轴线Z，Z#39;#39;比所述第一导向元件的所述轴线Z3Z3#39;更靠近距离R2。
用于分配所述第一和第二引导元件的至少两个级中的这种构造具有显着改进所述柔性软管的引导的优点，特别是通过避免柔性软管被所述第一或第二引导元件由此产生过度弯曲和/或轴向压缩，尤其是在风暴和/或恶劣天气和海况下，这种现象在所述第一引导元件中特别令人担忧并且是危险的。
因此，该特性试图保证柔性软管的完整性，特别是在压力方面，以防止它们爆裂，这会破坏安装并且可能导致相当大量的污染。
在本发明的优选实施例中，所述引导结构通过至少一根连接和张紧缆索连接到所述转台。
术语“张紧缆索”在本文中用于表示张力下的缆线，其中张力在没有任何其他应力的情况下基本沿着引导结构的轴线起作用。
它也可以包括多个电缆或与多个吊索结合的电缆，优选三个Y形结构的吊索，其紧固点均匀地围绕引导结构的轴线布置，并且Y形结构的悬挂点连接到所述张紧缆索的底端，从而在不存在任何其他应力的情况下，由缆索或吊索产生的张力基本上作用在引导结构的轴线上。
使用这样的张紧索试图最小化柔性软管的浸入悬链线的变形，这是由于在浮动支撑件的极端运动期间移动由所述载体结构和所述刚性管的组件构成的塔的顶端这可能以其他方式迫使塔架倾斜，该方式大致与所述浮动支架相对于穿过所述基部单元的垂直线的水平平移的运动成比例。
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