專利名稱：用于海洋結(jié)構(gòu)物的浮力設(shè)備的制作方法
用于海洋結(jié)構(gòu)物的浮力設(shè)備本發(fā)明涉及用于從海上井輸送碳?xì)浠衔锪黧w(氣和/或油)的類型的海洋立管塔(marine riser tower)。立管塔通常包括用于輸送流體的多個(gè)導(dǎo)管。特別地，本發(fā)明涉及用于海上深海結(jié)構(gòu)物(structure)的浮力張緊的裝置。發(fā)現(xiàn)特別適用于張緊細(xì)長(zhǎng)的、垂直的或近似垂直的、底部固定的海底結(jié)構(gòu)物，例如立管或一捆立管(其可包括或不可包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件)或臍帶式管纜。張緊是確保海洋結(jié)構(gòu)物不經(jīng)受從其標(biāo)稱直立位置將超出容許限度的偏移(即使在極端環(huán)境條件下)的行為，可能參考發(fā)生的海流剖面和海面狀況來(lái)限定所述限度。應(yīng)該總存在充足的張緊來(lái)確保穩(wěn)定性，而不論結(jié)構(gòu)物的重量和結(jié)構(gòu)物懸掛的管道/立管的重
Mo結(jié)構(gòu)物可以形成所謂的混合立管的部分，具有由柔性導(dǎo)管制成并適合于深水區(qū)和超深水區(qū)開發(fā)的上段(“跨接件(jumper)，，)。US-A-6082391 (Stolt/Doris)提出了一種由空的中心心部(central core)組成的特別的混合立管塔(HRT)，其支撐一捆(通常為剛性的)立管管，一些用于石油生產(chǎn)，一些用于水、氣體和/或其他流體的注射，另一些用于石油和天然氣輸出。該類型的塔已被開發(fā)并部署在例如Angola的Girassol區(qū)。另外的背景己經(jīng)發(fā)表在 J-F Saint-Marcoux 禾口 M Rochereau 的文章"Hybrid Riser Tower from Functional Specification to Cost per Unit Length (混合立管塔從功能規(guī)格說(shuō)明到每單位長(zhǎng)度的成本)”，DOT XIII Rio de Janeiro，2001年10月18日中。這樣的立管的更新形式已經(jīng)在WO 02/053869 Al中提出。所有這些文檔的內(nèi)容通過(guò)引用被并入本文，作為本公開內(nèi)容的背景。浮力張緊通常需要含多個(gè)隔室的大的中空的浮力罐，當(dāng)該浮力罐充有空氣或特定的氣體如氮?dú)獠⒈粷撊胨袝r(shí)，其向立管塔的頂部提供所期望的張緊力。然而，制造這樣的大的罐是昂貴的。此外，萬(wàn)一當(dāng)多個(gè)隔室被淹沒在水中(這是在當(dāng)將罐連接到塔的頂部或罐被連接之后時(shí)將罐潛入水中的安裝過(guò)程期間有意做的)時(shí)罐滲漏，則存在丟失罐或整個(gè)立管塔的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的目的是解決這些問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)。本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于張緊位于海面下方的位置的在其底部被錨固的長(zhǎng)形垂直的(或近似垂直的)海底結(jié)構(gòu)物，其中所述設(shè)備包括作為其主要的浮力元件的多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體，并且還包括至少一個(gè)輔助的浮力元件，所述至少一個(gè)輔助的浮力元件實(shí)質(zhì)上包括固體浮力材料。垂直的(或近似垂直的)指的是結(jié)構(gòu)物是垂直的塔類型的立管結(jié)構(gòu)物(與鏈狀的或其他彎曲形式的結(jié)構(gòu)物形成對(duì)比)，特別地考慮到其長(zhǎng)度。其不應(yīng)被理解成必須照字面地為垂直的，而事實(shí)上，由于海流和其他力的作用，其將很少是垂直的。所述中空的長(zhǎng)形物體可以是圓柱形的。所述中空的長(zhǎng)形物體可以包括在兩端都被加蓋(cap)的管的節(jié)段。所述中空的長(zhǎng)形物體可以被均勻地且垂直地布置在中心心部的周圍，使得它們平行于浮力設(shè)備的垂直軸。所述浮力設(shè)備可以包括用于支撐所述心部周圍的所述中空的伸長(zhǎng)物體的支撐結(jié)構(gòu)物。 所述多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體優(yōu)選應(yīng)該是可淹沒的。所述至少一個(gè)固體浮力元件可以包括泡沫元件。當(dāng)所有的所述中空的長(zhǎng)形物體被淹沒時(shí)，所述固體浮力元件應(yīng)該優(yōu)選地提供足夠的浮升力(uplift)以保持浮力設(shè)備漂浮。所述多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體可被圍繞所述固體浮力元件的外周布置。 所述長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物可以包括一個(gè)或多個(gè)剛性導(dǎo)管。所述導(dǎo)管可以被布置在結(jié)構(gòu)心部(structural core)的周圍。可選擇地，一些導(dǎo)管可以位于管狀的心部的內(nèi)部。可選擇地，管狀的心部可以用作導(dǎo)管，其可以是單個(gè)的導(dǎo)管，或者結(jié)構(gòu)物可以包括布置在其周圍的另外的導(dǎo)管。優(yōu)選地，還提供與剛性導(dǎo)管相同數(shù)目的柔性導(dǎo)管，使得柔性導(dǎo)管將每個(gè)剛性導(dǎo)管連接到表面結(jié)構(gòu)物。本發(fā)明的另外的方面，提供了一種長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，其具有在其底部的錨固裝置和連接在其頂部處或其頂部附近的用于張緊所述長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物的浮力設(shè)備，其中所述浮力設(shè)備包括作為其主要的浮力元件的多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體，并且還包括至少一個(gè)輔助的浮力元件，所述至少一個(gè)輔助的浮力元件實(shí)質(zhì)上包括固體浮力材料。所述浮力設(shè)備可以包括參考以上的本發(fā)明的第一方面所描述的任何變化形式。所述長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物可以包括布置在結(jié)構(gòu)心部的周圍的一個(gè)或多個(gè)剛性導(dǎo)管?？蛇x擇地，一些導(dǎo)管可以位于管狀的心部的內(nèi)部?？蛇x擇地，管狀的心部可以用作導(dǎo)管，其可以是單個(gè)的導(dǎo)管，或者結(jié)構(gòu)物可以包括布置在其周圍的另外的導(dǎo)管。優(yōu)選地，還提供與剛性導(dǎo)管相同數(shù)目的柔性導(dǎo)管，使得柔性導(dǎo)管將每個(gè)剛性導(dǎo)管連接到表面結(jié)構(gòu)物。附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在將參考附圖僅以示例的方法描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中

圖1示出了海上石油生產(chǎn)系統(tǒng)中的已知類型的立管結(jié)構(gòu)物；圖加至圖2i示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在不同裝配階段的浮力罐；圖3a至圖3c更詳細(xì)地示出了連接有一個(gè)、六個(gè)和十二個(gè)浮力管的圖2浮力罐的頂部和底部；以及圖4示出了圖2的浮力罐的橫截面。實(shí)施方式的詳細(xì)描述參考圖1，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)出海底設(shè)施的剖開圖，海底設(shè)施包括許多井口 (well head)、歧管和其他的管道裝備100至108。這些位于海底110的油田中。垂直的立管塔被置在112和114處，用于將產(chǎn)出流體輸送到表面，以及用于將提升氣體、注射水、氣體和諸如甲醇的處理化學(xué)品從表面輸送到海底。通過(guò)水平管道116等將每個(gè)立管112、114的根部連接到多個(gè)井口 /注射部位100至108。另外的管道118、120可以連接到海底的遙遠(yuǎn)部分處的其他的井場(chǎng)。在海面122處， 每個(gè)立管塔的頂部被浮體1對(duì)、1沈支撐。這些塔在海岸設(shè)施處預(yù)裝配，被拖到它們的操作位置并且然后被通過(guò)在底部的錨固器和在頂部的助浮物(buoyancy)安裝到海底。浮動(dòng)生產(chǎn)單元(FPU)US通過(guò)未顯示的裝置被停泊，或以其他方式保持在表面的適當(dāng)位置處。FPU 128為往返井100至108的流體提供生產(chǎn)設(shè)施、儲(chǔ)藏和接納。通過(guò)以鏈配置方式布置的柔性流動(dòng)管(flow line)132等將FPU 1 連接到立管，用于輸送FPU和海底之間經(jīng)由立管塔112和114的流體。
可能需要單獨(dú)的管道，不僅用于從海底井生產(chǎn)的碳?xì)浠衔?，而且用于各種輔助的流體，該輔助的流體幫助生產(chǎn)和/或海底設(shè)施的維護(hù)。為方便起見，載有相同類型的流體或多種不同類型的流體的多個(gè)管被聚集成“捆”(bundle)，并且在該實(shí)施方式中的立管塔 112和114每個(gè)包括用于生產(chǎn)流體、提升氣體、水和氣注射、石油和天然氣輸出和諸如甲醇的處理化學(xué)品的一捆導(dǎo)管。每個(gè)捆的所有組成導(dǎo)管通過(guò)連接到中心心部的導(dǎo)向架被布置在中心心部的周圍，并且通常相對(duì)于彼此保持在適當(dāng)位置(在橫向的二維中，不阻止縱向運(yùn)動(dòng))°現(xiàn)參考剩下的圖將描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖加至圖2i示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在不同裝配階段的浮力設(shè)備。圖3a至圖3c還更詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的連接有一個(gè)、六個(gè)和全部浮力管的浮力設(shè)備的頂部和底部。圖4示出了浮力設(shè)備的橫截面(為了清楚僅示出一個(gè)浮力管)。浮力設(shè)備包括中心心部200，中心心部200帶有支撐主管支架220的頂部凸緣和底部凸緣210。然后將延長(zhǎng)部220a附加到主管支架220，以便提供用于在其中放置浮力管 MO的多個(gè)插部230。浮力泡沫(復(fù)合泡沫(syntactic foam)) 250被圍繞心部200放置。 圍繞浮力泡沫250放置浮力管240使得浮力管240通過(guò)主支架220被保持在適當(dāng)位置，從而浮力管240的頂部和底部置于插部230中。圖2f中示出具有所述浮力管240中的一個(gè)， 其中封閉端被以特寫示出。圖2g-2i示出連接有1個(gè)、6個(gè)和所有12個(gè)浮力管240的浮力罐。每個(gè)浮力管240是封閉的且中空的并且因此當(dāng)被潛入水中時(shí)產(chǎn)生浮升力。來(lái)自所有浮力管(和浮力泡沫，若存在)的組合浮升力足以張緊立管塔結(jié)構(gòu)物。但是，生產(chǎn)多個(gè)浮力管比生產(chǎn)常規(guī)的浮力罐更便宜。當(dāng)公認(rèn)浮力管240可以由通過(guò)軋管機(jī)而不是通過(guò)結(jié)構(gòu)物制造廠制造的管(帶有密封的末端)制成時(shí)，尤其如此。該管可以是與被立管塔結(jié)構(gòu)物支撐的管為相同類型的管，用于制造立管導(dǎo)管等。理想地，每個(gè)浮力管240應(yīng)該被制成可淹沒的，用于壓載目的。在一個(gè)實(shí)施方式中，浮力泡沫250產(chǎn)生足夠的浮升力以維持整個(gè)浮力設(shè)備漂浮， 即使當(dāng)所有浮力管240被淹沒/壓載時(shí)。因此，不可能偶然地使該浮力設(shè)備丟失到海的底部。由于每個(gè)管是單獨(dú)的浮力罐，所以總浮力還比常規(guī)浮力罐的總浮力更可控，因?yàn)榭梢赃x擇性地使浮力管240中的僅一個(gè)或一部分淹沒/壓載。因此，平衡從空的浮力管M0、 浮力泡沫250和包括被壓載管的設(shè)備的重量而合成的力可以是可能的(假定比在前面段落中描述的實(shí)施方式中的泡沫少)，以便使設(shè)備成中性浮力(或接近中性浮力)，使得其更容易操縱。浮力設(shè)備適合于任何類型的實(shí)質(zhì)上垂直的立管塔結(jié)構(gòu)物，包括含單個(gè)的立管導(dǎo)管或一捆立管導(dǎo)管的那些立管塔結(jié)構(gòu)物，以及具有中心心部或沒有中心心部的那些立管塔結(jié)構(gòu)物。任何中心心部，存在的情況下，可以另外地用作立管導(dǎo)管，并且，在這樣的情況下，可以構(gòu)成整個(gè)立管結(jié)構(gòu)物，而沒有其他導(dǎo)管。浮力設(shè)備可以剛性地連接到立管結(jié)構(gòu)物的頂部， 或通過(guò)機(jī)械接合(例如雙樞軸接頭或具有兩個(gè)自由度的萬(wàn)向接頭)或柔性接頭或系鏈連接。上文的實(shí)施方式僅用于例證，且其他的實(shí)施方式和變化形式是可能的并被設(shè)想，
5而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。例如，所描述的浮力管布置只是用于例證，且可以被改變， 包括少于或多于所示的十二個(gè)浮力管的供應(yīng)。而且，浮力泡沫(或其他材料)可以采取與所示的形式不同的形式。
權(quán)利要求
1.一種浮力設(shè)備，用于張緊長(zhǎng)形垂直的(或近似垂直的)海底結(jié)構(gòu)物，所述長(zhǎng)形垂直的(或近似垂直的)海底結(jié)構(gòu)物位于海面下方的位置且在其底部被錨固，其中所述設(shè)備包括作為其主要的浮力元件的多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體，并且還包括至少一個(gè)輔助的浮力元件， 所述至少一個(gè)輔助的浮力元件實(shí)質(zhì)上包括固體浮力材料。
2.如權(quán)利要求1所述的浮力設(shè)備，其中所述中空的長(zhǎng)形物體是圓柱形的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的浮力設(shè)備，其中所述中空的長(zhǎng)形物體包括在兩端都被加蓋的管的節(jié)段。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的浮力設(shè)備，其中所述中空的長(zhǎng)形物體是圍繞一中心心部均勻地且垂直地布置的，使得所述中空的長(zhǎng)形物體平行于所述浮力設(shè)備的垂直軸。
5.如權(quán)利要求4所述的浮力設(shè)備，包括支撐結(jié)構(gòu)物，以支撐圍繞所述心部的所述中空的長(zhǎng)形物體。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的浮力設(shè)備，其中所述多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體中的所述每個(gè)是可淹沒的。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的浮力設(shè)備，其中所述至少一個(gè)輔助的浮力元件包括復(fù)合泡沫。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的浮力設(shè)備，其中當(dāng)所有的所述中空的長(zhǎng)形物體被淹沒時(shí)，所述輔助的浮力元件提供足夠的浮升力以保持所述浮力設(shè)備漂浮。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的浮力設(shè)備，其中所述多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體被圍繞所述輔助的浮力元件的外周布置。
10.一種長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，具有在其底部的錨固裝置和連接在其頂部處或其頂部附近的用于張緊所述長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物的浮力設(shè)備，其中所述浮力設(shè)備包括作為其主要的浮力元件的多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體，并且還包括至少一個(gè)輔助的浮力元件，所述至少一個(gè)輔助的浮力元件實(shí)質(zhì)上包括固體浮力材料。
11.一種長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，其中所述浮力設(shè)備如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述。
12.如權(quán)利要求10或11所述的長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，包括一個(gè)或多個(gè)剛性導(dǎo)管。
13.如權(quán)利要求12所述的長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，包括結(jié)構(gòu)心部。
14.如權(quán)利要求13所述的長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，其中所述一個(gè)或多個(gè)剛性導(dǎo)管是圍繞所述結(jié)構(gòu)心部布置的。
15.如權(quán)利要求13所述的長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，其中所述一個(gè)或多個(gè)剛性導(dǎo)管中的一部分或所有位于所述管狀的心部的內(nèi)部。
16.如權(quán)利要求13或14所述的長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，其中所述管狀的心部用作導(dǎo)管。
17.如權(quán)利要求10至16中任一項(xiàng)所述的長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，還包括與剛性導(dǎo)管相同數(shù)目的柔性導(dǎo)管，使得柔性導(dǎo)管將每個(gè)剛性導(dǎo)管連接到表面結(jié)構(gòu)物。
18.—種長(zhǎng)形海底結(jié)構(gòu)物，如本文先前參考附圖2-4所描述的。
19.一種浮力設(shè)備，如本文先前參考附圖2-4所描述的。
全文摘要
公開了一種用于張緊位于海面下方的位置且在其底部被錨固的長(zhǎng)形垂直的(或近似垂直的)海底結(jié)構(gòu)物的浮力設(shè)備。該設(shè)備包括作為其主要的浮力元件的多個(gè)中空的長(zhǎng)形物體，并且還包括至少一個(gè)輔助的浮力元件，該輔助的浮力元件包括固體浮力材料。理想地，萬(wàn)一主要的浮力元件被浸沒，固體浮力材料提供足夠的浮升力以維持該設(shè)備漂浮。還描述了包括這種浮力設(shè)備的立管裝置。
文檔編號(hào)E21B17/01GK102202963SQ200980140116
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者吉恩-魯克·勒格拉 申請(qǐng)人:海思力法國(guó)有限公司