專利名稱：用吊掛的配重或浮筒引導的立管設計的制作方法
技術領域：
本發明是一種海洋開發中用以改善聯結水面結構和水底結構的曲線型柔性立管在水中的運動特性的新的設計。這里所指的“立管”可以是單通道或多通道的輸送物質的管道，也可以是輸電電纜。通常英文用“RISER”一詞表示。
現有的水中柔性立管通常在水中呈自由懸掛或懸浮狀態，因此在水面結構運動以及波浪和水流的作用下立管中段會產生較大的運動或振動。特別是海洋石油開發中當立管布置密集并且水面結構運動幅度大的時候，立管之間很容易發生碰撞或一根對另一根的翻越。這是生產使用上不能允許的。
本發明的目的是用從上部結構下掛配重8或從水底系浮筒18，并通過導向機構6或16與立管13中段水平相連的方法，構成一個水平的柔性的力或力系來引導和限制立管或立管群的運動，起到柔性的導向和振動阻尼的作用，改善立管的運動特性。采用本發明可使某些使用條件下的立管分別或多方面取得增加立管在水中的穩定、避免碰撞、縮短立管長度、簡化立管的安裝和維修、簡化生產作業以及減少對上部水面結構的運動限制等效果。使得以開發海上邊際油田為目的的一些工程方案，顯示出更多的優點和更廣泛的適用性。
為達到上述目的，本發明提供了同一原理的兩種解決方法，實際工程設計中可根據系統方案特定的條件擇優采用。這兩種方法之一取名為“上部結構下掛配重法”，英文為“Hanged Counterweight Method”(以下簡稱“配重法”或HCM法)。另一種方法取名為“水底系浮筒法”，英文為“Moored Bouy Method”(以下簡稱“浮筒法”或MBM法)。
附
圖1是“配重法”和“浮筒法”的設計簡圖。該圖為說明書摘要附圖。
附圖2是“配重法”引導立管群的運動的示意圖。
附圖3是“浮筒法”引導立管群的運動的示意圖。
附圖4是“配重法”和“浮筒法”都可以用的與立管中段聯結的導向架的作法示意圖。
附圖5是“配重法”和“浮筒法”都可以用的與立管中段聯結的導向圈的作法示意圖。
“配重法”和“浮筒法”的具體作法描述如下附圖1(1)上部結構下掛配重法(HCM)這里所指的上部結構可以是水面平面結構或船體或接近水面的錨鏈等。如附圖1(1)所表示的聯結水面結構1和水底結構2的柔性立管3靠4和5上下兩組浮子在水中呈一定的曲線形浮態，自上部結構的某個適當位置9直接或間接地下掛吊鏈7和配重8，吊鏈或配重塊通過導向機構6與立管的中段水平相連。若吊鏈與立管上的固定夾具水平相連就稱機構6為導向架(如圖4)，若配重的側面有一個空握住立管的環狀機構與立管相連則稱機構6為導向圈(如圖5)。這個水平聯系只起傳遞水平力和機械導向作用，而配重的重量并不垂直作用于立管。配重及其傾斜的吊鏈構成一個水平分力與立管上的浮子形成的回復力的動態平衡，由此來引導和限制立管中段的運動，增加立管的振動阻尼。圖中雙向箭頭所示為上部結構的運動，立管3與配重8或吊鏈7的相連點將隨配重移動，配重又隨吊鏈在上部結構上的吊點的移動而移動。圖中序號僅標在一組立管和下掛配重上，立管和下掛配重是成組設置的。
附圖2是配重引導下的立管群運動示意圖，圖中L為上部結構運動位移，A表示水面，B表示水底，C表示上部結構中心。如果立管的浮力設計和相應的配重設計基本相同，并對稱布置，那么，各立管的中間段將隨各配重作基本同步同方向的水平運動。如果上部結構上配重吊掛點和海底聯結點(如井口)都是園周狀分布的(如圖2)，那么，立管群的中間段在運動中也會基本保持園周狀或橢園狀分布，而不會產生大的相向運動而碰撞，也避免了一根對另一根的翻越。
附圖1(2)水底系浮筒法(MBM)如圖1(2)所表示的聯結上部結構11(含義同前述)和水底結構12的柔性立管13靠14和15兩組浮子在水中呈一定的曲線形浮態，自水底的某個適當位置19直接或間接地通過吊鏈17系泊一個有一定凈浮力的浮筒18，浮筒保持在水面以下一定深度。吊鏈或浮筒通過導向機構16與立管的中段水平相聯。若吊鏈與立管中段的固定夾具相連就稱機構16為導向架，若浮筒側面直接用一個環圈空握住立管就稱機構16為導向圈。這個水平聯系只起傳遞水平力和機構導向的作用，浮筒的浮力并不垂直向作用于立管，而是由浮筒和傾斜的吊鏈構成一個水平力與立管上兩組浮子14、15形成的回復力的動態平衡，來引導和限制立管中段的運動，增加立管的振動阻尼。立管將隨上部結構移動和波浪、水流的作用而運動，但卻受到浮筒和吊鏈的引導和限制。立管13與浮筒18或吊鏈17的相連點將隨浮筒的水平移動而移動。
附圖3是浮筒引導下的立管群運動示意，如果各立管和浮筒的浮力設計相同，水底的立管基礎12和浮筒錨點19呈內外圈對稱分布，那么，立管中段在隨上部結構運動時也將基本呈園形或橢園形分布，而不會產生大的相向運動而碰撞，也避免了一根對另一根的翻越。
導向架的作法(如圖4)當配重或浮筒通過吊鏈7或17和導向機構6或16與立管水平相連時，導向機構是一個導向架22。導向架通過固定夾具21固定在立管中段某個位置，夾具應保證立管的最小彎曲半徑，導向架又通過鉸軸23繞立管擺動。導向架端部設一個空握住吊鏈的導向環24。該導向環可根據工程實際需要而設計成與吊鏈滑動摩擦或加滾輪25后的滾動摩擦，如視圖(A)。
導向圈作法(如圖5)當配重或浮筒直接引導立管時，導向機構6或16是一個導向圈。導向圈設在配重或浮筒的側面，空握著立管并引導和限制立管的運動，這時導向圈可順著立管上下運動。如果為了防止立管磨損，應在立管表面加復面保護或在導向圈上加滾輪25。圖5中(1)用于配重法，(2)用于浮筒法。
實施例附圖2是用于多口海底油井開采應用下掛配重法引導立管群的最佳實施例。可以看出上部結構中心C因作業或海流影響位移L，各立管3的中段由于配重8的水平回復力的穩定作用，立管群設置海底的結構的分布園直徑可以相對減少，從而大大降低投資和作業費用。
附圖3是水底系浮筒法控制立管群的最佳實施例。每根立管都是張緊吊鏈17的一端錨固在海底的適當位置19上，另一端系浮筒18，并通過導向圈16引導立管3的中段，由浮筒18的凈張力產生的水平方向回復力，保證立管群的相對穩定。
附件現有技術海洋石油開發中在立管水底結構設計時，有意擴大分布園直徑，以解決立管中段相撞或翻越的方案兩例。
權利要求
1.一種聯結水面結構和水底結構的輸送物質或電流的柔性立管的新設計“用吊掛的配重或浮筒引導的立管設計”，其特征在于用上部結構下掛配重(8)或水底系浮筒(18)兩種方法對立管或立管群中段形成一個水平的柔性的約束力或力系，來引導和限制立管的運動，起到柔性的導向和振動阻尼的作用，改善立管或立管群的運動特性的方法。
2.按照權利要求1所述“上部結構下掛配重法”，其特征在于上部結構下掛的吊鏈(7)和配重(8)通過導向機構(6)與立管中段水平相連，構成一個水平分力與立管上的浮子形成的回復力的動態平衡，由此來引導和限制立管的運動。
3.按照權利要求1所述“水底系浮筒法”，其特征在于從水底用錨鏈(17)系泊一個有一定凈浮力的浮筒(18)，通過導向機構(16)與立管的中段水平相連，構成一個水平分力與立管上的浮子形成的回復力的動態平衡，由引來引導和限制立管的運動。
4.按照權利要求1、2、3所述的“配重法”與“浮筒法”中將吊鏈與立管相連的導向機構(6)或(16)是一個導向架，其特征在于導向架(22)通過一個固定夾具(21)固定在立管中部某個位置并可繞鉸軸(23)擺動，又通過端部的導向環(24)空握住與配重或浮筒連接的吊鏈，以使配重或浮筒通過吊鏈來引導和限制立管中段的運動。
5.按照權利要求1、2、3所述的“配重法”與“浮筒法”中將配重或浮筒直接與立管相連的導向機構(6)或(16)應是一個導向圈，其特征在于將一個環狀機構安裝在配重或浮筒的側面，并空握著管來引導和限制立管中段的運動。
全文摘要
本發明“用吊掛的配重或浮筒引導的立管設計”是一種用于海洋開發的新的立管形式。其特征是用從上部結構下掛配重(8)或從水底系浮筒(18)并通過導向機構(6)(16)與立管(3)(13)中段水平相連的方法，構成一個柔性的力或力系來控制和引導立管或立管群中段的運動，并改善立管的動力特征。本發明可使立管在水中增加穩定性、避免碰撞、縮短立管長度、簡化立管的安裝和維修、簡化生產作業等效果。
文檔編號H02G9/00GK1060441SQ9010819
公開日1992年4月22日 申請日期1990年10月12日 優先權日1990年10月12日
發明者陳景輝 申請人:陳景輝