用于在海床上的设备和 海面单元之间传送 流体的装置 本发明涉及一种用于在海床上的设备(如井口装置)和海面单元(可以包括一浮动平台或船舰)之间传送流体的装置。
在石油生产中，要用一个或多个软管将源油(如石油)从一个或多个井口装置和/或海床上的管道线输送至海面单元(surface unit)。
在1985年9月由本申请人公司出版的名为“动态柔性提升器”的手册中提出了各种结构的装置和方法，这种结构还在“软管推荐经验”一文中出现(API Recommanded Practice 17B，第一版，1998年6月1日)。
主要的结构是“LAZY S”,“LAZY WAVE”,“STEEP S”,“STEEPWAVE”。在这些结构中，连接海床设备和海面单元的软管或管子与中间元件有关，中间元件是具有正浮力的元件，它由浮子(float buoys)或弓架(arch)构成，中间元件将每个软管分成两个部分-上部和下部，并将上部形成为朝向海面单元的凹面。
本申请人在FR-A-2,627,542中提出了一种重要的改进，这种改进包括：软管下部的固定；和海床上固定点连接的保持构件，它使上述下部形成为朝向井口装置和/或连接组件(管道线)的凹面，所以上述下部地一个区域均匀弯曲。该文件中，那些公共、相似或等同的部分此处引以为参考。
美国专利5505560涉及一种用于传送流体的系统，它包括两个中间元件-一上元件和一下元件，它们将软管分成三个部分：一上部，该区域具有朝向海面单元的凹面；一中间部分，位于两个中间元件之间，其凹面也朝向海面单元；和一下部，其一个区域具有朝向海床的凹面，下部的自由端和海床设备连接。上中间元件包括一弓架，弓架通过一连接缆线与海床上的一固定点连接，下中间元件包括一浮子，它围绕在软管周围。事实上这是“LAZYS”和“LAZY WAVE”结构的组合。
欧洲专利申请0251488介绍了一种用于安装流体传送系统的方法，该传送系统可以用来执行这种方法。该方法包括：提供一中间元件，该中间元件相对于沿垂直于海面方向延伸的线侧向偏离；将软管从海面降低直至与中间元件连接，从而将管子下部的重量传到中间元件上。
以前技术的所有结构都是设计并用于几百米深的水中。当海床设备用于浅水海边石油生产场地时，软管和有关元件会受到很高的流体载荷和动应力的作用。
另外，由于软管重复运动的振幅作用，软管的损坏和早期动态老化会很明显。在一个包括多个软管和临时缆管及连接缆如系绳缆的杂乱环境中，管边的各种缆线由于动态应力的作用，会撞到一起，这样会损坏上述管子和/或连接或系绳缆线。
开始，重要的是必须指出在过度弯曲时，管子不会变形，管子的上述最大允许变形可以用最小弯曲半径或称MBR来表达。
MBR是软管在不会损坏的前提下可以接受的最小弯曲半径。过分的弯曲会导致管子的损坏，损坏的形式有多种，可以参考API文件中描述的多种形式。
在浅水中，一般浅于100米深，起伏运动使海面单元产生垂直和水平运动。当由于波动而引起的水平和/垂直位移一振幅相对于水深不轻微时，就认为是浅水海。实际上，当振幅超过深度的10％时，这种海被认为浅水。在石油生产场地中。用支撑弓架来支撑软管或管线，海面单元的运动向软管或管的中间支撑元件传递明显的流体载荷。这种流体载荷的一个结果是使上述弓架产生明显的水平运动，它会导致软管的动态变形。当表面单元相对于海床设备侧移一很长距离时，和上述美国专利描述的情况相同，这就需要一非常长的软管，这样水下安装的总体费用就增加，由于表面单元和中间单元正浮力元件之间以及中间浮力元件和海床设备之间所用软管长，软管的变形就会或多或少地被吸收。然而，当海面单元和海床设备基本在一条直线上或与之垂直时，容易理解，弓架以及软管的侧向位移可能会使管子产生明显的变形使其半径小于MBR。
本发明的目的是提供一种用于在海床上的设备和海面单元之间传送流体的装置，不管海床设备和海面单元相距多远都可以使用。
本发明的主题是上述类型的装置，它包括：至少一个垂曲线形软管；一中间浮力和支撑元件，它与管子有关，将管子分成两部分-上部和下部，中间元件使上部的凹面朝海床；保持构件，它用于保持管下部的至少一个区域，上述保持构件通过连接元件与固定点连接，以张紧位于中间元件和保持构件之间的部分，上述保持构件和固定点影响着位于保持构件和管端部之间的区域，使之形成半径均匀地弯曲，凹面朝着海床上的设备，其中，中间元件与上述固定点连接，上述连接元件的长度等于软管的最小弯曲半径。
本发明的一个优点在于当用于浅水石油生产时非常有益。
本发明的另一优点在于它可以用于相对于海面单元侧向平移的或位于包含有产生平台的海面单元下面的海床设备。
其它优点在于波动不会使连接海面单元和海床设备的软管或缆线产生过分变形，也就是说，本发明可以使变形的弯曲半径小于管子上每一点处的MBR。
参考附图，通过对本发明的一优选实施例的介绍，本发明的其它特征和优点就会更加明显，其中：
图1是石油生产装置的透视图，其中包含一海面单元、海床设备以及本发明的装置；
图2是本发明装置的简图；
图3是图2中圆圈内部分的局部放大图。
本发明装置是石油生产装置的一部分，它包括：海面单元(如平台1)，它保持在海的表面2上；海床设备，更具体地说，它包括一个或多个井口装置(图1中简单地用标号3表示)；软管(flexible pipes)和/或缆线(umbilicals)4；和一中间支撑和浮力元件5。
支撑和浮力元件5包括一弓架，将软管或管和/或缆线至少分成三个部分。这里只参考一个悬垂线延伸的软管，这对其它的软管和/或缆线，以及一般地对由支撑和浮力元件所支撑的元件都适用。软管的上部或第一部分6位于平台1和弓架5之间，它包括一个区域6a，其凹面朝海面2。软管的第二部分7包括一个区域，它位于弓架5上面，其凹面朝海床8。第三部分9位于弓架5和海床8之间，它包括有一区域10，其凹面朝井口装置3，井口装置3可能直接位于平台1的下面(见图1)，或沿侧向平移，与平台1相隔一定距离，连接区域10和上述井口装置的管子部分如图2中左手部分所示，管子的该部分构成软管的第四部分11。
一静负载(deadweight)12或设备的其它等同件以合适的方法固定到海床8上。
软管4的第三部分9至少在其包含区域10的部分与静负载12连接，该连接是通过缆线或系绳线13来实现的，系绳线13的一端固定到静负载12上，另一端固定到上述第三部分9的连接件14上的一点上。连接件14可以包括一卡箍15，卡在管子周围，卡箍15可以包括两个轴对准的相对元件，缆线或系绳13固定其上，当使用时，固定到静负载12上的相同系绳点16上。
对于一给定的软管4，也就是直径和结构已知的软管，最小的弯曲半径或MBR(minimum bend radius)是确定的。一旦最小弯曲半径或MBR已知，锚固系绳13的长度L就给定了，它至少等于上述MBR，它还有使区域10的变形限制在某一平均值内的作用，该平均值大于上述管的MBR，这样可以防止出现上述API文件所介绍的任何类型的不可避免的损坏。
这样一实施例已使之成为可能，一方面，根据系绳上所产生的张力来调整管子的张力，另一方面，当管子由于逆流的作用而发生倾斜时，保持夹紧卡箍15两侧的管子轴向对准。所以，管子的区域10的平均弯曲半径在两个极限值之间，平均弯曲半径是管子直径和使用条件的函数。
弓架5通过一锚固缆线或系绳17与静负载连接，缆线和系绳的一端直接固定到上述弓架上，或固定到固定在上述弓架底部的两个小缆线19的连接点18上。锚固缆线的另一端固定到静负载12上，最好是固定在软管14的锚固点16上。
根据本发明的另一实施例，软管4的第三部分9的区域10通过一系列铰接装甲波导管20，上述一系列装甲波导管将上述区域的弯曲量限制在一预定值范围内。此时，夹紧卡箍15可能固定在一系列装甲波导管20周围或位于上述两个装甲波导管21之间，并直接夹在软管周围；最好，夹紧卡箍15置于一系列装甲波导管20长度的中间。当软管4的最小弯曲半径已知时，一系列装甲波导管的长度L′是这样确定的，它至少等于MBR的两倍(最好是三倍)。
至于弓架5所用锚固系绳的长度L＂，它取决于海面2和海床8之间的水深P，锚固系绳17的长度L＂决定着上述弓架5的浸没深度。长度L＂最好也是生产区可能发生的波的振幅的函数，上述振幅可能在15米数量级或更大，用D来表示。弓架5至少在等于D的深度处被浸没从而尽可能地减小海水运动对上述弓架5的影响。最好，弓架5的浸没深度在深度P的20％-70％之间，最好为50％。
所以，既使在水的波动非常明显且存在递流时，软管也不会发生过份变形，所产生的变形仍在管弯曲变形平均值允许范围内。
所以，根据本发明，可以使用较短的管子，而不用害怕会产生过分的变形，否则，在软管受到流体应力作用时，会使软管引起不可回复的损坏。