專利名稱:用于開采碳氫化合物的裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種通過使用停泊的開采船只在海中開采碳氫化合物的裝置,其中相關的船最好在其船頭部分安裝停泊裝置,并且至少有一個用做來自海底的產(chǎn)品排管連接組元,并且在此包括位于海底的錨裝置,以及至少一個錨定鏈,用于使錨裝置與船上的停泊裝置連接。
在海洋中開采石油和天然氣時,經(jīng)常有非常重要的操作問題,在一定條件下非常困難,其中經(jīng)常涉及流體的傳輸。在這方面碳氫化合物形式的流體是特別有利的,因為本發(fā)明是用于在海底的石油或天然氣井的開采裝置。在這種裝置中,錨定元件是全部裝置中非常重要的部分。在變化和惡劣的天氣情況下,由于風、浪和海流的影響,在這種停泊和實施這些操作時會出現(xiàn)巨大的應力和作用力。首先這種應力能夠引起破壞,例如石油排放失控。
在同時申請的兩個國際專利申請中,重點分別放在了純粹停泊裝置,即國際申請PCT/NO96/00203號(我方卷號INT6165L),以及加載-卸載裝置,即國際專利申請PCT/NO96/00202號(我方卷號INT6252L)。因此,本發(fā)明有幾點與這兩個同時的專利申請有關。例如,與兩個申請的后者比較,特別是應當注意到,在從海底開采產(chǎn)品時,與通常碳氫化合物加載或卸載過程相比,在相關的流體中,通常出現(xiàn)非常高的壓力。
本發(fā)明提供了新穎的和專有的特點,在權利要求中進行了更詳細的敘述。
在通過本發(fā)明得到的優(yōu)點中,特別強調,所提到的挑戰(zhàn)性的操作能夠在惡劣的氣候下進行,與以前已知的方法和裝置相比,在大多數(shù)情況下具有很高的安全性和合理性。在這方面,特別應當注意到,按照本發(fā)明的裝置在停泊和流體傳輸時可以為彈性或柔性形式,其包括按照在操作過程中出現(xiàn)的應力或作用力調整整個裝置。為了在海上開采碳氫化合物,更重要的是,本發(fā)明使得生產(chǎn)效率提高,而沒有通常的很高的投資,同時具有安全性。重要的一點是,該裝置還允許帶錨定裝置和排管的船,圍繞保持在海底的錨的中心自由旋轉。
在下面的描述中,將通過附圖對本發(fā)明進行更確切的解釋,其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實施例的示意圖,圖2更詳細地用正視圖示出了與旋轉裝置相連的錨,其能夠用于按照本發(fā)明的裝置中,圖3示出了與圖2同一裝置的側視圖,以及沿圖2中的線III的部分的軸向剖面圖,圖4示出了圖2和3中的錨的俯視圖,圖5示出了圖1的實施例的變例,圖6示出了本發(fā)明的裝置的另一個變例,其中所使用的船只裝備有一個用于所開采的碳氫化合物的生產(chǎn)裝置,圖7詳細示出了浮標與錨定鏈連接的優(yōu)選方式,圖8以側視圖示出了一個相對于圖2-4的錨進行了一些改進的錨,圖9示出了圖8中錨的俯視圖,以及圖10示出了拆卸圖8中的錨的主要零部件的操作。
在附圖的圖1中,海底用1表示,海面用2表示,并且還示出了按照本發(fā)明的總體裝置,其包括與操作有關的涉及停泊位置的總體配置。在此,首先包括開采用的船只或輪船10,其可以為改裝的運油船;錨3在海底1;錨定鏈為6和8兩部分,在其中間部分安裝有一個浮標體7,也稱做錨定鏈浮標。船10在船頭用常用方式安裝有一個停泊裝置11,在該點沒有示出更確切的詳細情況。
至此,所描述的按照本發(fā)明的裝置,足以滿足船10所需要的停泊要求,并且在這方面還包括上述介紹中已經(jīng)提到的優(yōu)點。這種停泊裝置的重要特征是錨定鏈浮標7,其最好位于或安裝在整個錨定鏈6,8的中間部分。顯然,浮標7不必精確地連接到整個錨定鏈長度的正中間,但是為了達到所需要的效果有利的是浮標的位置離錨定裝置3上的錨定鏈6的下端、以及離停泊裝置11上的錨定鏈的上端的距離最好合適。
應當選擇浮標7的大小,以便在大多數(shù)情況或壓力下,相鄰的錨定鏈部分6和8之間能夠保持相當顯著的夾角差。因此,錨定鏈部分6通常將從錨3向上延伸,與錨定鏈部分8從浮標7出來的角度相比,錨定鏈部分6與垂直方向呈明顯較小的夾角。當船10被風、浪或海流強烈作用時,整個錨定鏈6,8比如圖1中示出的緊,因此浮標7被拉向水的深處,并且錨定鏈部分6和8的夾角能夠基本接近180°。在另一種相反的極端情況下,當停泊力最小時,如果錨定鏈部分6的長度比水的深度大,浮標7可以浮出海面2。
當在更惡劣的水域中,例如,在深海操作和安裝時,作為一個標準,浮標7將完全位于海面以下。這對于浮標及整個裝置是一個很好的位置,因為,當浮標位于深水時,較少受到海面出現(xiàn)的風和波浪的影響。浮標7在各種情況下都在海面以下還有一個重要作用,這樣能夠保證錨定鏈部分6從錨3向上緊固,以便沒有一部分錨定鏈躺在海底1。
也有一些情況,浮標裝置包括一個以上的單獨浮標,但是仍然這樣安裝,即這樣在整個錨定鏈的大約中間部分提供相對有限的偏向部分。這種浮標或浮標裝置的主要目的,是在錨定鏈上提供相對集中的浮力,這樣能夠使整個停泊裝置具有柔性或可彎曲的性能,以減少動態(tài)負荷的影響。圖7示出了一個與浮標7連接的結構,在實際應用時有利。
除了上面描述的單純停泊作用外,整個裝置還包括在錨裝置3和船10之間流體的傳遞,以便開采碳氫化合物。因此,在圖1中,示出了一個相當柔軟的管9作為排管,其向上延伸到船10的船頭部分,在此提供一個合適的連接裝置,其能夠與停泊裝置11很好地連接。這種裝置可以具有已知的樣式。在軟管9的下部示出了浮力元件9A,在這種情況下提供了三個,但是根據(jù)所需要的軟管9的形狀,浮力元件的數(shù)目和大小當然能夠變化。浮力元件9A的主要目的是,確保軟管9的下部通常一直從海底1抬起。如圖1所示,軟管9在水中從錨定鏈6,8的下面通過是非常有利的。這樣,避免了該裝置兩個主要部分的任何接觸,特別是,這樣軟管9不會被錨定鏈6,8的任何零件損壞。所軟管9顯然述可以呈孿管或為兩個或三個分開的大約平行的管的形式。見相關圖6。
圖2,3和4更詳細地示出了錨的結構以及相關的設備。首先,這種錨的結構包括實際錨部分63,該部分最好為吸錨的形式并且適宜于插進圖2中1表示的海底一定深度。也可以使用依靠重量或在海底1打樁的錨部分。在其上部吸錨63上安裝著一個頂部平板或框架64,在其上安裝著整個錨結構的其余裝備組元。在該裝備中,主要元件為旋轉裝置70,其在一個套形支撐元件68上可旋轉。這樣依次有一個平板-或框架形底部元件67,其放置在吸錨63的頂部,即,平板64上。尤其是如從圖3和4可以看到的那樣,平板或框架64和67通過螺栓連接在一起,這種螺栓以及相關的螺母在圖3和4中以66表示。在這種結構中,通過沿圖2中以60表示的線或平面,松開螺栓連接66,整個錨結構可以分成兩部分。因此,錨結構的比較重要的零件能夠取回到海面,以便保養(yǎng),維修或更換等。也可能只打算取回組元的一部分進行維修,例如,只取回實際旋轉連接器,而錨定部分及其旋轉支耳留在海底。該方法基本上與所描述的方法相似,只是所要提起的負載較輕。在平板64上安裝著一個用于拆卸的導桿65,特別是在保養(yǎng)等以后,用于降低和放置實際錨部分63,64上的已經(jīng)取回的部分。這在圖10中進行了更詳細的圖示。
在上面討論的分離和取回之前,必須在錨結構上安裝一個將來自于海底開采裝置的管線和電纜分開的裝置,并用于在此連接。為達此目的,連接器61用于連接管線,一個特殊連接器62用于連接控制電纜或臨時電纜。按照圖3和4,這些連接器可以安裝在底部元件67的懸臂部分67A上。
在圖2中,錨定鏈的下端以86表示,并且通過合適的連接元件和緊固裝置連接到旋轉裝置殼體70的下部。尤其是安裝著有兩條平行臂的軛80,如從圖4可以看到的那樣,由此臂通過側面元件在其上端連接到用于鏈端86的緊固組元80C上。在臂80A,80B的下端安裝了樞軸連接81A和81B的固定裝置,這樣,根據(jù)錨定位置與相關船只的關系,使得軛80有可能與錨定鏈86一起在垂直面形成不同的角度。
按照來自相應的船停泊力的方向,通過錨定鏈86,軛80與緊固元件或樞軸81A和81B還對旋轉裝置圍繞其中心垂直軸線70X(圖2)的旋轉運動提供足夠的扭矩。
旋轉裝置包括至少一個連接部分88,其用于一些排管或軟管,排管或軟管的數(shù)目最好與連接器61的數(shù)目對應。此外在旋轉殼體70的上部示出了一個連接部分83,其用于控制電纜82或類似物,與連接器62對應。因此具有旋轉裝置的錨結構能夠在海底的開采裝置和海面的開采船只之間提供所需要的連接,由此按照所述方式停泊的船只,將能夠根據(jù)天氣、風向和海浪、以及可能的海流圍繞錨擺動。
軟管或排管84穿過位于旋轉殼體70一端、并且最好位于旋轉殼體70的總高度的中心區(qū)域的一個或多個連接部分。正如從圖4詳細看到的那樣,軟管從軛臂80A和80B之間的旋轉殼體70伸出,并且與軛臂相比處于更水平的位置,如圖2所示。軟管從旋轉裝置出來的方向適宜于接近水平方向,如圖2所示。這同樣也適宜于控制電纜82。這種裝置使得軟管或排管,或可能的控制電纜通過接觸軛80的任何部分或錨定鏈86本身造成的損害最小。
在上述數(shù)中,應當注意,目電纜82和排管84能夠對這種錨結構施加非常顯著的側向力,而帶軛的錨定鏈一點也不施加作用,因此這種結構的部件能夠承受巨大的彎曲應力。由此看來在該結構中,停泊力的接觸點,即固定元件81A和81B設置得盡可能低是非常有利的。這意味著用于軛80的固定元件81A和81B通常適宜于位于比錨結構中的連接部分83和88更低的位置,如安裝所示。
旋轉裝置中所需要的內部元件相應地示于圖3中,其中79A,79B,79C所示的密封元件和流體通道可以設計成與例如挪威專利177.779號描述的旋環(huán)相似。應當知道所述三個旋轉通道或通路79A-C分別與連接器61和排管84相對應。在圖3中更詳細地示出了一個來自一個連接器61A的管連接61C,其穿過靜止的內部部分77上的流體通道77C,并且向上穿過另一個實際旋轉裝置的靜止芯組元79,到達流體通道79B,其具有圓環(huán)形狀,例如象上面描述的挪威專利說明書中所述的那樣。
非常重要的是,由于上面描述的力,并且由于軟管和電纜連接各自錨定,帶芯子79和環(huán)繞圓環(huán)通道79A-C的密封的所述內部元件,沒有受到由于錨結構和旋轉裝置的彎曲運動造成的較大的機械應力。圖3所示的結構通過使旋轉殼體75連接到下部而照顧到了這個問題,例如通過螺釘,連接到凸臺74上,其依次通過支耳裝置將力傳遞到支撐組元68上,支撐組元68通過通過底部組元67錨定到實際錨部分63。支耳也是上面提到的圍繞軸線70X(圖2)旋轉運動所需要的,其包括一個凸臺74上的下部法蘭,該法蘭夾持在在此連接的下部支耳環(huán)71A和夾持環(huán)71B之間。在該支耳中,包括如73和76所示的支撐元件,因此凸臺74及在其上面的旋轉裝置能夠相對于靜止支耳部分和下面的支撐結構旋轉。該結構包括在支撐元件68上面的上平板69,或者主要由分布在四周的一些拉板組成,可以從圖4中看到。
在上面剛剛描述的結構的解決方案中,旋轉體中心的并且靜止的芯子與上面提到的內部元件一起被支撐,它們相對于結構的支撐部分來說有些彈性,該結構包括實際錨部分或吸錨63。為此目的,如圖3,4中所示的連接管61C被適當彎曲并且有一些彈性,以便可以彈回,而結構沒有任何部分通過不希望的方式受到彎曲運動或其它超過合理限制的力。
此處有理由注意,在旋轉殼體70頂部上的、85所示的電連接及類似物形式的內部元件,安裝有一個罩子70A,其不能達到其余內部元件受所述應力損壞的相應程度。如85所示的電元件和裝置一方面通過控制電纜82與外部連接,另一方面通過芯子79以電線束或類似物87沿中心向下,以進一步與圖2和4中的連接器62連接??梢钥吹?,電元件85還包括一個滑動環(huán)裝置,如圖3中89所示。
圖2,3和4中的錨結構的一些改進,在下面參考圖8和9進行簡短描述。
圖5示出了圖1裝置的改進形式,其中圖5中的傳送軟管28,29上沒有安裝浮力元件,而是懸吊在鏈浮標7上。由于軟管部分28和29分別比相應的錨定鏈6和8的長度較長,軟管通常在錨定鏈下面合適的距離在水中通過。在該實施例中,浮標7的浮力應當比圖1中的實施例的浮力大一些。與圖1相比,圖5的裝置整體性,一致性更好,當船10在變化的天氣情況下圍繞錨定點運動時,可以更好地保持控制。例如,這樣當考慮到在較小的或較大的水深中海流的變化時是有利的。
當如上所述在浮標7上懸吊軟管28,29時,設置一個支撐結或類似物,以便使軟管的懸吊部分有一定的、不太小的曲率半徑是比較有利的,以便使軟管在該部分不產(chǎn)生過度彎曲或拉應力。此處的另一個可能性是,在浮標上的懸吊能夠通過一個多少有些彈性的元件進行,因此軟管28,29相對于浮標7只受到相對軟的或緩沖的運動。
圖6的裝置在很大程度上以根據(jù)本發(fā)明的裝置為基礎,與圖1的實施例的原理一樣,但是在圖6中,與浮力元件39A在下部連接的排出軟管39,其上端連接到船40的中部41上。在此,所述的連接裝置41本身可以是傳統(tǒng)的類型,例如歧管型。更具體地說,為了能夠作為開采船只使用,并且為此目的船40裝備了加工組件34。連接裝置41可以歸屬該組件。此外,圖6還示出了位于海底1的帶吸錨3的停泊裝置,其與圖1和5的實施例相同。此外,在圖6中示意性的示出了管線1A如何從海底的(沒有示出的)生產(chǎn)裝置安裝到錨3上。
在圖7中較詳細地示出了與浮標7連接的較好的樣式,如前描述的那樣,浮標7與錨定鏈的6,8兩部分連接。圖7特別示出了一個剛性的、棒狀的元件17插在錨定鏈部分6和8之間,并通過例如螺釘連接7A和7B與浮標7連接。錨定鏈部分6和8的端部能夠通過一些常規(guī)裝置在17A和17B上連接從而連接到元件17上。這樣該元件17能夠使實際浮標裝置減輕通過錨定鏈6,8帶來的相對較大的力。從安全性和壽命因素看,在實際使用中,這是一個非常好的解決辦法。
正如用一些相同的參考標號表示的那樣,圖8和9設計的錨與圖2,3的錨結構有許多共同的主要特征。然而在一些方面,圖8和9的結構較好,并且可以看到以下的改進圖9所示的軛90有兩個臂,與圖4相比其平行度不同,而向著共同的側面元件和錨定鏈(沒有示出)的連接元件方向有一些會聚。
圖8也示出了一個合適的角度范圍,以100表示,在這個范圍內,根據(jù)所在停泊位置水的深度,軛能夠自由運動。在軛的點畫線圖示的垂直位置90′,停泊力將垂直作用,以便上面提到的彎曲運動不作用到錨上。此外軛的垂直位置90′對于上面提到的安裝和撤回操作有許多好處,將在下面進一步解釋。
與圖2和4中的排出軟管組對照,與前面描述的實施例的其他不同之處在于排出管或軟管的安裝及電纜94的相互對準。顯然圖8和9的排列允許沿橫向延伸的軟管94更好地保持在一起,并且相對于軛90位于中心,正如可以從圖9看到的那樣。
具體地說,結合圖8在圖10中示出了一種情況,在此錨結構的上部和重要部分從實際錨部分63上分開,標志線95與導桿65連接,以便在撤回或重新安裝時,以通常的方式引導旋轉體及其支撐元件67,68。實際旋轉體裝置70在圖10只是簡單地圖示出來。最后圖10示出了一個具有連接好的連接器部分99A的未連接的管線端99。
在此描述的裝置及其改進形式,能夠用于,例如,在150-300米深的水中操作。在優(yōu)選實施例中,例如,在200米深的水中總體錨定鏈的兩部分6和8通常分別為160米和200米。
此外,顯然在本發(fā)明的框架內能夠進行各種改進和變化。因此,當說錨3是永久錨時,并不意味著吸錨或重力錨一旦安裝好后必須永久留在海底1。象已經(jīng)公知的那樣,即使錨相對固定地安裝在海底,其也可通過合適的裝置和設備而拆卸。在此,永久錨表示實際錨部分63(圖2,3和8)與通常用船攜帶的、并且能夠通過其常用絞錨機投入或拖出的常用錨相比安裝得更持久。
按照本發(fā)明的優(yōu)點,如上面描述的該裝置的錨裝置的安裝方法在于,錨懸吊在錨定鏈或線的端部;錨定鏈或線位于相關船上的常用絞錨機或卷揚機上,用于使錨降低到海底預定點。見圖8中相關的軛的位置90′。
權利要求
1.用于使用一個停泊的開采船只(10)在海底開采碳氫化合物的裝置,相關的船(10)最好在其船頭部安裝停泊裝置(11),并且具有至少一個用于來自海底的產(chǎn)品排出管的連接組元,其中,所述裝置包括位于海底(1)的錨裝置(3),和至少一個錨定鏈(6,8),其用于將所述錨裝置(3)連接到船(10)上的所述停泊裝置上,其特征在于,永久錨裝置最好為吸錨(3,63)、重力錨或打樁錨的形式,其上安裝了用于所述錨定鏈(6,86)的旋轉裝置(5,70),最好在錨定鏈(6,8)的中間部分連接一個浮標體(7),并且其中所述排出管具有至少一個軟管(9,84)的形式,其下端與所述旋轉裝置(5,70)連接,并且其本身包括至少兩個用于碳氫化合物和其他可能的流體的通道(79A-C)。
2.按照權利要求1的裝置,其特征在于,所述錨定鏈(6,8)的下部與位于所述旋轉裝置(70)上的一個軛(80)連接,并且軛(80)包括兩個最好平行的臂(80A-B),其外端以樞軸(81A-B)連接到所述旋轉裝置(70)的兩側,而其相對的另一端與所述錨定鏈(86)連接(80C)。
3.按照權利要求1或2的裝置,其特征在于,在所述浮標體(7)的所述錨定鏈(6,8)上插入一個剛性的棒形的連接元件(17),該浮標體與所述連接元件連接(圖7)。
4.按照權利要求1,2或3的裝置,其特征在于,所述軟管(9,39)最好在其下端安裝有浮力元件(9A,39A)。
5.按照權利要求1,2或3的裝置,其特征在于,所述軟管(28,29)最好在其中間部分懸吊在錨定鏈上的所述浮標體(7)上。
6.按照權利要求2-5之任一的裝置,其特征在于,所述軟管(9,84)的下端連接于所述旋轉裝置(70)的中心,并且最好從位于軛臂(80A-B)之間的所述旋轉裝置的中心伸出。
7.按照權利要求6的裝置,其特征在于,所述軟管(9,84)在幾乎所有錨定情況下從所述旋轉裝置(5,70)伸出的角位置,比所述錨定鏈或軛臂(80A-B)的下部部分(6,6A,6B,80,86)的角位置更水平。
8.按照權利要求1-7的任一權利要求的裝置,其特征在于,所述軟管(9,28,29,39)由于其長度和施加浮力(7,9A,39A)的結果,適合于在錨定鏈(6,8)下面在水中延伸。
9.用于安裝在在海上開采碳氫化合物的海底裝置上的錨,通過停泊的船只,并且最好通過吸力作用、重力或打樁安裝在海底,其特征在于,旋轉裝置(5,70)包括固定元件(81A,B,80C),其用于至少一個來自船上的錨定鏈(6A,6B,86),其中所述旋轉裝置的旋轉軸線(70X)在海底(1)大體垂直,并且所述旋轉裝置包括一個用于流體軟管(8,84)的連接元件(88),以及至少兩個貫穿的流體通路或通道(79A-C,77C),用于與在海底的裝置連接。
10.按照權利要求9的錨,其特征在于,所述旋轉裝置(70)上的所述固定元件(81A,B),適合于安裝在比在海底的錨的操作位置上的所述連接元件(88)更低的位置。
11.按照權利要求9或10的錨,其特征在于,一方面實際錨部分(3,63),另一方面幾乎所有的其他部分,特別是,所述旋轉裝置(5,70)通過可拆卸連接元件(66)可以分開,以便其他部分能夠取回到海面用于保養(yǎng),維修或更換。
12.按照權利要求9,10或11的錨,其特征在于,其包括一個平板或框架形底部元件(67,67A)位于實際錨部分(63)的頂部,并且最好能夠在此處分開,所述底部元件(67)安裝有一個用于所述旋轉裝置(70)的支撐元件(68),并且所述底部元件(67A)帶有連接器(61,62),用于連接來自海底的用于生產(chǎn)的裝置的管線、電纜和類似物。
13.按照權利要求12的錨,其特征在于,所述連接器(61,62)適合于使所述管線、電纜和類似物連接和分開。
14.按照權利要求9-13的任一權利要求的錨,其特征在于,最好為圓柱形的外部旋轉殼體(75)相對于所述錨部分(63)可旋轉安裝,其帶有所述連接元件(88),并且所述旋轉殼體(75)的支耳裝置(71A,B,73,74,76)適宜于將彎曲力傳遞到錨部分(63),而且可能通過所述支撐元件(68)和底部元件(67);彎曲力是由于連接好的流體軟管或排管(84)產(chǎn)生的;所述旋轉裝置(70)的內部元件(79,79A-C)基本上沒有應力。
15.按照權利要求9-13的任一權利要求的錨,其特征在于,所述旋轉裝置(70)上的中心的和靜止的芯子79,包括所述內部元件(79,79A-C),相對于所述錨部分(63)來說通過有些彈性的方式支撐。
16.按照權利要求9-15的任一權利要求的錨,其特征在于,用于控制電纜(82)的連接處(83)位于所述旋轉裝置(70)的上部,并且旋轉裝置具有一個用于電線連接(85),例如電滑動環(huán)裝置(89),的罩子(70A)。
17.如權利要求9-16之任一的錨在權利要求1的裝置中的安裝方法,其特征在于,所述錨懸吊在錨定鏈或線的端部,錨定鏈或線位于相關船上的常用絞錨機或卷揚機上,用于使錨降低到海底預定點。
全文摘要
通過使用一個停泊的開采船只(10)、用于在海底開采碳氫化合物的裝置,其中相關的船(10)最好在其船頭部安裝停泊裝置(11),并且具有至少一個用于來自海底的產(chǎn)品排出管的連接組元。其中,所述裝置包括位于海底(1)的錨裝置(3)和至少一個錨定鏈(6,8),其用于將所述錨裝置(3)連接到船(10)上的所述停泊裝置(11)上,在此安裝的永久錨裝置最好為吸錨(3,63)、重力錨或打樁錨,其上安裝了用于所述錨定鏈(6,8)的旋轉裝置(5,70),最好在錨定鏈(6,8)的中間部分連接一個浮標體(7),并且其中排出管具有至少一個軟管(9,84),其下端與所述旋轉裝置(5,70)連接,并且其本身包括至少兩個用作碳氫化合物和其他可能的流體的通道(79A-C)。
文檔編號B63B25/00GK1209103SQ96180057
公開日1999年2月24日 申請日期1996年8月7日 優(yōu)先權日1996年2月21日
發(fā)明者奧拉夫·沃格·埃勒夫森, 科勒·塞福森 申請人:挪威國家石油公司