在大深度上安装的水下管道的海底-海面连接装置 本发明的主题是一种在大深度上安装的至少一个水下混合塔管道的海底—海面连接装置。
本发明的技术领域是为了开发外海、近海的开采场，从水下井口进行水下抽取石油、气或其他可溶或易溶物质或矿物悬浮液的竖直开采升管的制造和安装领域。本发明的主要直接应用是石油开采领域。
浮动基座通常包含锚定装置，用于保持位置，而不受水流、风及波涛的影响。它一般也包括石油储存和加工装置，以及将油卸载到油轮上的装置，这些油轮定期到达以便将产品运走。这种浮动基座称为“浮动开采储存和卸载”(FPSO)，在下面的描述中将使用缩写“FPSO”来称谓这种基座。
由于在这种类型的装置中存在管路的多样性，所以已采用了海底—海面混合型竖直升管接头，其中基本上竖直的刚性管在此被称为“竖直升管”，保证了位于海底的水下管道之间地连接，并沿升管上升到接近海面的深度，在该深度上，挠性管道保证塔的顶部和浮动基座之间的连接。因此，塔设有浮动装置，以便使其保持竖直位置，且升管在塔的底座通过挠性套管连接于水下管道，所述挠性套管可以吸收塔的角运动。所述组件整体地称为“混合塔”，因为它采用了两种技术：一方面是竖直部分，塔，其中的升管由刚性管构成，另一方面是升管顶部由级联挠性管构成，该挠性管保证了与浮动基座之间的连接。
1982年12月17日公开的、名称为“水中大深度升管”的法国专利FR2507672已经公知，且描述了这样的一种混合柱。
本发明尤其涉及包含锚定在海底的混合式竖直柱且由位于竖直升管顶部的浮体组成的接头类型的已知领域，其中浮体通过管道，特别是挠性管道连接，所述挠性管道在自重作用下表现为弓形，从所述升管的顶部到达水面的浮动基座。
这种混合柱的优点在于通过在所述柱中，或者在海底或在海面的悬线形式的管道零件中引发微小的应力，使所述浮动基座具有从正常位置上移开的可能性。
作为本申请人的代表，专利WO 00/49267已经公知，并公开了这样一种柱，其浮体位于大于所述水体深度的一半的深度上，并且其悬线式接头连接于水面船只是通过厚壁刚性管道实现的。因此，所述柱要求位于其基部的挠性连接管能将所述柱的竖直升管的下端以这样的方式连接于海底的水下管道，即可以吸收由于所输送的流体温度导致膨胀而引起的运动。
尤其是，在WO 00/49267中，所述锚定系统包含竖直的锚索，所述锚索由缆或金属杆构成，或者甚至由上端保持在浮体上的管道构成。所述锚索的下端固定在位于海底的底座上。所述锚索包含位于整个长度上的引导装置，所述竖直升管穿过所述引导装置。所述底座可以简单地位于海底并借助其自重保持适当的位置，或者通过桩或其他任何适当的用于保持位置的装置锚定。在WO 00/49267中，竖直升管的下端可以连接于弯曲的连接套管的端部，所述连接套管可以相对于所述底座在高、低位置之间运动，从所述底座处，连接套管悬垂并与返回装置配合，在没有所述升管的情况下，返回装置移动套管到达所述高位置。所述弯曲连接套管的可动性使得可以适应温度和压力作用下的升管长度变化。邻接装置以安装在所述浮体顶部的支撑引导件上悬垂的方式固定于竖直升管的顶部。
而且，原油流过非常长的距离—几公里—应当提供非常严格的绝热程度，一方面为了减少粘度的增加，粘度增加将会导致单位时间内油井的产量下降，另一方面，避免一旦温度降到约30-40℃，由于石蜡的沉积或水合物的形成而阻塞流动。这种阻塞现象更为重要，特别是在西非，因为海底的温度约为4℃，而且原油是石蜡型的。
已知多种绝热系统可以获得所需要的性能等级，并可以承受海底的压力，该压力在1500米的深度上约150bar。尤其是提出了“管中管”的概念，它包括一个安装在保护外管内的输送热流体的管，两层管子之间的空间可以简单地填充绝热材料，无论是否限制在真空条件下，或者简单地抽空。已经开发了多种用于保证高性能绝热的其他材料；其中某些材料可以承受压力，简单地围绕在所述热管道周围，且通常所述挠性或刚性护套限制在等压条件下，其主要功能是长时间地保持基本稳定的几何形状。
在绝热管道中所有这些运输热流体的装置都表现出不同程度的膨胀差别现象。实际上，由于通常也是钢制的外部护套处于海水的温度下，也就是4℃左右，所以钢制成的内管保持在尽可能高的温度，例如，60或80℃。作用在内管和外部护套之间的连接元件上的力相当大，可以达到几十甚至几百吨。在整个1000到1200米长的管道上会导致1到2米的伸长。
本发明的目的是能够实现并安装用于这种大深度的水下管道的海底—海面连接，例如大于1000米，且是包含竖直塔的类型，其中所输送的流体必须保持在最低温度以上，直至到达水面，这是通过使部件的热损失减小到最小，通过避免由于本身或所述塔的不同部件的热膨胀产生的缺陷实现的，且以承受在作业时间跨度内积累的极端应力和疲劳现象的方式实现和安装，其中所述时间跨度一般超过20年。
本发明的另一个目的是提供一种混合塔型的海底—海面连接装置，它的锚定系统强度很高，价格低廉，且其中各种构成元件的安装工艺简化，且同样低廉。
本发明的另一个目的是提供一种使用盘管型的工艺从水面，且利用竖直升管的顶端，维护位于海底的所述水下管道内部的装置。
所述目的的一种解决方法是一种用于海底的水下管道的海底—海面连接装置，尤其是大深度的，包含：
a)至少一条竖直的升管，其底端连接于海底的至少一条水下管道，且其顶端连接于至少一个浮体，
b)至少一条连接管，可取的是挠性管，保证在一浮动支撑和所述竖直升管的上端之间的连接，
c)在所述竖直升管的下端和位于海底的所谓水下管道之间的连接是通过锚定系统实现的，所述锚定系统包含位于海底的底座，且尤其是在通过其自重或吸力锚保持位置；
其特征在于：
1.所述竖直升管包含位于其下端的端管部分，可取的是增强的，通过挠性接头连接于所述竖直升管的上部，其中所述挠性接头可以使所述上部相对于所述端管部分作角运动(α)。
2.位于海底的所述管道的端部具有肘形的端部弯头，可取的是具有半径很大的曲率。
3.通过在所述竖直升管和位于海底的所述水下管道之间的一个连接元件，优选的是自动连接器，所述竖直升管的所述端部的下端连接于位于海底的所述水下管道的所述肘形端部弯头的上端上，
4.所述底座刚性地保持在固定的竖直位置，并通过所述连接元件互相连接在一起：
●一方面，所述竖直升管的所述肘形端管
●另一方面，位于海底的所述水下管道的所述肘形端部弯头，所述弯头向上反转。
本发明的装置是有利的，因为它具有塔下部形成的稳定几何形状，因此它是完全稳定的，不会受到任何运动和/或力，尤其是在所述竖直升管和位于海底的所述管道之间的连接处。
本发明的另一优点是大大降低了总成本，这是由于取消了现有技术中用于连接所述竖直升管和位于海平面的所述管道的所述连接套管的使用。实际上，根据现有技术，这种连接套管的制造和安装都非常复杂，因为它是在下降到位于海底的所述管道末端后安装的，并且在所述底座安装后安装的，所述底座的安装是在目标区域中完成的，每个目标区域通常分别是直径5到10米的圆形区域；即，它们的相对位置具有相当的不确定性。所述管道的位置和相对方位应当是使用“ROV”(“遥控操作的潜器”，是指从水面控制的遥控自动潜艇)完成的。所述连接套管在陆地或在安装船只上完成，然后使用ROV放置到位。另外，这种连接套管需要连接装置，一般使用两个自动连接器，在所述连接套管的两端各放置一个，在所述竖直升管和位于海底的所述管道之间。最后，必须说明用于现有技术的装有自动连接器的这种弯曲连接套管的有效绝热非常复杂，所以非常昂贵，因此大大增加了成本和在这种情况下安装的复杂性，其中它是在需要严格绝热的条件下实施的。
最后，因为位于海底的所述管道的末端下降到目标区域，且与所述塔的基座距离很远，因此必须安装预制的连接套管，该套管具有连续的线性部分和角度可变的弯曲部分，用于连接位于海底的所述管道和所述塔的基座，这会在所述连接套管中产生相当大的力——由于位于海底的所述管道膨胀产生的压力和运动，且由于所述弯曲的存在，导致主要产生弯曲应力。
本发明的所述装置可以消除现有技术的所有缺点，且成本更合算地提供了一种综合所述最佳性能的绝热技术的升管塔。
根据WO 00/49267，所述塔包含几条通过中心锚索悬吊的升管，所述锚索保持多条悬吊的竖直升管，且由浮体支撑的所述锚索的顶部构成了基本上固定在变化的高度上的基准点，接近于所述升管及其内容物的总表观重量；并且整体偏移由下部的所述弯曲连接套管适应，所述套管非常昂贵而且难于制造和加工。根据本发明，所述基本上升高的固定点位于所述塔的下面，在所述挠性接头的高度，这可以取消所述弯曲连接套管，在所述升管之间的运动差异可以由不同的浮体适应，所述浮体可以竖直地自由放置在所述升管的顶部。
在一个优选实施例中，所述底座包括：
a)位于海底的下部构件，该构件将所述管道的所述端部弯头保持在向上反转的竖直位置上，以及所述连接元件的第一部分位于所述弯头端部，以及
b)上部构件，该构件确保所述竖直升管的所述端部的引导，并将所述升管保持在竖直位置上，且与所述下部构件配合，而使所述上部构件位于所述下部构件的上面，从而：
-相对于所述连接元件的所述第二部分的第一互补部分，引导位于所述竖直升管的所述端部下端的所述连接元件的第二部分；
-通过所述上部构件的重量稳定位于海底的所述下部构件，且最终，与吸力锚配合。
上述实施例可以在安装时有效地帮助将所述竖直升管连接于位于海底的水下管道上。
可取的是，所述下部构件通过楔块系统固定在所述上部构件上，这可以避免所述下部构件沉入海底。
具体而言，所述上部构件包含：
-主构件和稳定元件，所述稳定元件与所述主构件配合，用于使其稳定在海底；
-升高的中心构件，包含：
·在其基部开口的内腔，其形状与所述下部构件的外部形状互补，而使所述中心构件罩住所述下部构件，
·上部开口，该开口被所述竖直升管的所述端部贯穿，所述端部在所述开口中被第二楔块系统阻挡，所述开口与所述内腔连通，
-在所述中心构件的基部的下部外围水平平台，该平台与所述稳定元件配合，尤其是锚块位于该平台上或吸力锚贯穿该平台，埋入海底。
如果所述装置包含以下要素，本发明特别有利：
-至少两个基本上平行且邻近的竖直升管，每根升管在其上端至少连接于一个浮体，
-所述底座将其保持在竖直固定位置，并通过所述连接元件使其互相连接：
·一方面，所述竖直升管的端管的两个所述部分
·另一方面，位于海底的两个所谓的水下管道的两个所谓端部弯头，所述弯头向上反转。
在这一具有多个升管的实施例中，所述底座包含：
-位于海底的至少两个所谓的下部构件，每个构件都保持在竖直位置，且位于海底的一个所谓的水下管道的一个所谓的端部弯头和位于所述弯头末端的所谓连接元件的一个所谓的第一部分向上反转，
-一个所谓的上部构件，该构件确保所述竖直升管的两个所谓端部的引导，并使其保持在竖直位置上，且与所述两个所谓的下部构件配合，而使所述上部构件位于并排的至少两个所谓的下部构件上面，且通过所述上部构件的重量以及最终通过配合吸力锚，相对于位于海底的所述导管的所述弯头末端的所述连接元件的所述第一部分，引导位于每一所述竖直升管的所述端部的下端的所述连接元件的一个所谓的第二部分。
在一个特定实施例中，所述上部构件包含主构件和至少两个所谓的上部开口，所述主构件包含至少两个内腔，每个内腔的形状与一个所谓的下部构件的外部形状互补，并罩住下部构件，所述下部开口分别与一个所谓的内腔连通，每个所述的上部开口被所述竖直升管的一个所谓的端部贯穿，所述端部在所述上部开口中被所谓的第二楔块系统阻挡。
有利的是，所述主构件包含：
-至少两个升高的中心构件，与第二水平平台配合，且至少两个所谓的下部构件位于第二水平平台上；
-在所述第二平台上装有中心竖直元件，所述元件可以：
·相对于所述升高的中心构件的上部开口引导所述竖直升管，
·可取的是，使用楔块系统阻挡两个所谓的升高的构件。
如果具有以下特征，本发明的所述装置将更加有利：
-位于海底的两个所谓的水下管道在同一柔性护套中组合成束，所述护套可以容纳绝热材料，可取的是石蜡类型的相变材料或凝胶绝热复合物，围绕所述管道，
-所述竖直升管包含在其上部在所述挠性接头上方的绝热管道系统，该系统包括两个同心管形成的组件，所述组件包含内管和外管，绝热流体或材料，可取的是石蜡类型的相变材料或凝胶绝热复合物，且可取的是放置在两个所谓的管道之间或甚至在二者之间保持强制真空。
在一个优选实施例中，为了有利于升管之间的差别运动，第一和第二竖直升管通过滑动连接系统基本上保持平行，而使所述第一升管可以相对于所述第二升管轴向偏移，所述连接系统包含固定于所述第一升管周围的管状套环，所述套环刚性连接于可在所述第二升管外自由滑动的管状环，可选的是同一滑动连接系统的多个所谓的套环与同一所谓的升管的另一所谓的连接系统的所述环在所述升管上交替放置。这种滑动连接系统可以使所述升管竖直移动，但不能横向移动；即，它们基本上等间距地保持在垂直于它们的轴的平面上。
在所述浮体组件、挠性管道和位于水面附近的竖直升管的多个部件之间的连接，容易受到浪和海流的综合作用。另外，水面支撑不仅受到浪和海流的作用，还受到风的作用，所述组件的运动在构成升管和挠性管之间的连接的奇异点处产生，在各种机械构件之间产生相当大的力。实际上，浮体施加向上的竖直牵引，该牵引可以从几十吨变化到几百吨甚至超过1000吨，这取决于水的深度，水深可达到1500m甚至3000m，且管子的内径可以从6″变化到14″，甚至达到16″。因此，要传递的力也是相当大的，并且所述组件的运动有节奏，除其他因素外，符合浪涌的韵律；换言之，具有典型的变化周期，周期大约在8到20秒。在作业场的使用寿命内，累积的疲劳循环可以达到几千万次循环。这就是为什么本发明的装置最好包含至少一个浮体的原因，可选的是含有由多个浮体组成的组，所述浮体安装在每根升管的顶部，至少两根所谓的竖直升管，且以这样的方式放置，即所述浮体通过支撑浮体的构件保持固定，且允许在竖直方向上相对于每一所述浮体组相互之间发生偏移，特别是由膨胀差别造成的偏移。因此，所述浮体可以在竖直方向上自由移动，但它们充分隔开，因此由它们的支撑构件支配，避免了浮体组之间的任何物理接触。
本发明的另一个目的是通过在所述浮体的上端插入的刚性管，经过所述浮体和所述竖直升管之间的连接装置，可以简化从水面对所述升管内部进行清理，特别是所述竖直升管的检查或清洁。
实际上，这些海底—海面连接装置运输的是多相流体；换言之，流体由原油、水和气体构成。当流体上升时，局部压力下降，因此气泡的体积增大，产生流体的不稳定现象，这会导致产生显著的起伏。开采中断时，气体位于上部，油水混合物被限制在下部；即，在所述悬线式挠性管区的下部，以及所述升管的基本竖直部分的下部。
由原油、水和气体构成的所述多相混合物具有一种倾向，当温度下降到低于30至40℃时，会产生两种类型的栓塞，带来妨碍开采的风险。第一种类型的栓塞是由于水的存在由气相形成了水合物；另一种类型的栓塞是由于某些油田，特别是在西非，原油中含有的不同成分的石蜡凝结造成的。
用于所述管道内部的所谓的“盘管”维护方法已经公知，该方法强制小直径的刚性管，直径一般在20到50mm，通过所述管道。所述刚性管简单地缠绕在卷轴上储存，在解绕时展开。所述管子的一个长度可以达到几千米。位于所述鼓形存储卷轴上的所述管子端部通过旋转接头连接于泵送装置上，该泵送装置能够喷射高压高温下的流体。因此，强制所述管子的端部通过所述管道，同时保持泵送和负压，通过注射能够溶解所述栓塞的所述热产品，清洗有关的管道。这种维护方法目前应用于维护被形成石蜡或水合物阻塞的竖直井或管道，在所有的原油生产装置中，这种现象普遍存在并令人畏惧。这种盘管方法在下文中被称为“连续管道清洗”或NTC。
本发明的所述装置包括所述浮体和所述升管的上端之间的连接装置，包含：
·第二挠性管，其末端位于所述浮体和所述升管上端的相应高度上；
·在所述升管上端的第二挠性管，连接于所述升管上端，且由鹅颈管装置形成，该鹅颈管装置确保所述升管和具有浮动支撑的所谓连接管之间的连接，可取的是所谓的挠性管；
·所述第二挠性导管，可取的是通过刚性管状通道延伸穿过所述浮体，所述通道经由所述浮体从一侧到达另一侧，且可以从所述浮体的上部，通过刚性管状通道，然后，由第二挠性管构成的所述连接装置通过所述鹅颈管装置，进入所述升管内部，通过喷射液体和/或刮擦位于海底的所述水下管道的升管内壁，进行清洗，而在所述竖直升管的内部完成维护。
所述鹅颈管装置包含上部直线部分，该部分确保所述竖直升管和所述第二挠性管之间的接头连接于所述浮体上。位于所述鹅颈管装置的这一所谓的直线部分上的肘形弯曲部分，可以使所述竖直升管的末端和所述挠性管本身的末端之间的接头连接于所述浮动支撑上。所述弯曲部分的末端基本上与由所述挠性管构成的悬垂曲线相切，而保证连接于所述浮动支撑，并基本上与鹅颈管装置的所述直线部分相切。
本发明的装置的另一个优点是，所有的元件都可以在安装前在陆地上预制。因此它们可以模拟组装，以验证是否所有元件都能够正确地互相配合，包括螺纹装置；因此，所述装置的组装相当简单，并可以将安装船只的操作时间减小到最低限度。在现有技术中，水下管道定位，然后在升管安装完成后，使用ROV在高精度计量的基础上完成弯曲的连接套管的装配。在陆地上预制或者现场制造的这种连接套管可以长达几十米，他们必须使用同一个ROV安装，这意味着相当长的操作时间，且由于专用安装船只的复杂性，会导致非常高的成本。通过本发明的装置和工艺实现的收益可计算出是几天的安装船只作业，以及消除了预制连接套管的两端必不可少的自动连接器，这意味着大大降低了成本。
因此，本发明的目的可以类似地通过实施所述装置的方法实现，该方法包括以下步骤，其中：
-至少一根所谓的水下管道安装在海底，其端部具有向上反转且使其稳定在海底的所谓弯头，
-所谓的底座下降，所述底座保持所述弯头的位置，并使其稳定在海底，
-至少一个所谓的竖直升管下降通过所述底座的开口，所述升管的下端包含所谓连接元件的所谓的第二互补部分，尤其是分别为凸出或凹入部分，且实现所述连接元件的两个所谓的第一和第二互补部分之间的所述连接，
-在所述底座中所述升管(51)的所述下端部分的和位于海底具有所谓肘形弯头的管道的所述端部阻挡。
具体而言，本发明的方法包含以下步骤，其中：
1-将至少一个所谓的水下管道安装在海底上，其端部具有肘形弯头，且通过预先在海面上安装的所谓的下部构件固定，
2-使所谓的上部构件下降到所述下部构件上，且可取的是在所述上部构件的所述内腔的内部，所述下部构件通过楔块系统机械地阻挡，
3-通过从位于海底的所述上部构件的所谓基部平台上方，使所述稳定元件与海底配合，从而使所述上部构件稳定，尤其是通过锚定基座下降到所述平台上或通过埋入贯穿所述平台上的开口的吸力锚；
4-至少一个所谓的竖直升管下降穿过所述上部构件的至少一个所谓的上部开口，
5-在所述连接元件的互补部分接近之后，完成所述连接
6-在所述上部开口中在所述连接元件和所述挠性接头之间，使用楔块系统，完成所述竖直升管下端的端管的所述部分的阻挡。
在优选实施例中，最后完成了步骤2中详细描述的使用楔块系统阻挡所述下部构件；即，在最终步骤6之后完成。
从下面参照附图1到12对实施例的详细说明，本发明的其他特征和优点将会非常明显。
图1示出了连接于FPSO类型的浮动支撑的混合塔上部的剖面图，其中具有在所述塔的竖直方向上执行维护操作的船只10。
图2示出了在将所述竖直升管的下端连接于位于海底的所述水下管道上之前的本发明的装置的下部视图。
图3A示出了在连接于所述竖直升管上以后，且在所述底座内阻挡之前的本发明的所述装置下部的侧视图。
图3B示出了从所述楔块系统的上方观察的视图，所述楔块用于在所述底座中对中阻挡所述竖直升管。
图4示出了在底座中所述升管对中阻挡之后本发明的装置的下部剖面图，该图示出了所述竖直升管上部的可能的角运动，以及锚块和吸力锚。
图5A和5B分别是所述下部构件的侧面(图5A)和正面(5B)剖面图，具有支座型的角锥构件。在图5A中的所述横截面对应于沿图5B的轴线AA的截面。
图6是本发明的装置的下部构件的侧面剖视图，包含两根平行安装的竖直升管，并且在其基部连接于位于海底的组合成束的两根水下管道上。
图7示出了通过管中管组件绝热的竖直升管的内管和外管的截面图，
图8示出了位于海底的两根水下管道束的截面图。
图9示出了通过连接装置和滑动引导装置固定的两根竖直升管的侧视图。
图10示出了带有鹅颈管型装置的竖直升管的上端侧视图，所述鹅颈管装置能在一端通过挠性管连接于所述浮动支撑，另一端连接于所述浮体。
图11和12分别示出了直接与所述竖直升管相连的浮体的侧面和顶视图。
图13和14示出了在顶上装有中心竖直引导元件的第二平台的实施例。
图1示出了位于海底，尤其是大深度的水下管道10的海底-海面的连接，包含：
a)至少一根竖直升管5，其下端连接于位于海底的至少一根水下管道10(未示出)，且其上端连接于至少一个浮体6，
b)至少一根连接管道，可取的是挠性管道，确保浮动支撑1和所述竖直升管的上端4之间连接。
所述FPSO1在1500m深处的油田上方通过锚定系统(未示出)锚定，且包含在其侧面的用于流出的石油的挠性管道3的支撑系统2，所述挠性管道以悬线形式朝鹅颈管装置4上升，且鹅颈管装置本身的上端固定到竖直升管5上。所述组件通过安装在竖直升管5顶部的所述浮体6利用挠性管道7保持张紧，所述挠性管道通过阀9通向封闭的开口。维护船只10位于所述浮体的竖直方向上，通过盘管可以经所述浮体6进行维护操作，所述操作以这种方式进行，即使小直径的刚性管(未示出)-通常50mm-强制进入管道的竖直部分中，沿前进方向清洁管道的内部。在此不再详细描述油井维护领域的专家公知的盘管装置。
图3A和4示出了在所述竖直升管5的下端和通过包含位于海底的底座13-14的锚定系统位于海底的所谓水下管道10之间的连接，并且借助于其自重保持位置。
所述竖直升管包含在其下端的端管部分51，可取的是该端管部分是增强的，通过挠性接头19连接于所述竖直升管的上部52，这可以允许上部52相对于所述终端管部分51角运动α。
所述挠性接头19可以使所述塔的轴线和固定到所述底座的竖直升管部分的轴线之间的夹角α发生显著变化，而不会在位于所述挠性接头两端的管道部分内产生显著的应力。所述挠性接头可以为公知形式的带有防漏接头的球，或者由具有弹性片夹层和粘接的金属层构成的叠层球，通过弹性体的变形可以适应明显的角位移，同时，由于没有摩擦接头还要保持完备的密封性，或者是能够提供同样功能的有效长度的挠性管道。在这些情况下，可以理解的是所谓挠性接头19是中空的，且其内径基本上与包含所述竖直升管5的相邻管道直径相同，且以不干涉并且有助于刮擦工具通过和盘管作业的方式。
位于海底的所述管道的所述端部11，具有肘形弯头，可取的是具有大半径的曲率，尤其是半径大于5米的曲率，尤其是约5～10m。根据本发明，所述“肘”定义为互相成90°的管道的两条短直线部分，通过具有所述曲率半径的弯曲部分分离或连接。
所述竖直升管的所述端部51的下端通过位于所述竖直升管和位于海底10的所述水下管道之间的单独连接元件12，连接于位于海底的水下管道的端部弯头11的上部5，可取的是所述连接元件为自动连接器。
所述底座13-14刚性地保持在竖直位置上，并且通过所述连接元件12互相连接：
·一方面，所述竖直升管的所述端管51的所述部分，
·另一方面，位于海底的所述水下管道的所述肘形端部弯头11，所述弯头向上反转。
根据图2，所述底座包括：
a)位于海底的下部构件12，所述构件使海底10的所述管道的所述肘形端部弯头11和所谓连接元件12的所述第一部分121保持在竖直位置，所述弯头的末端向上反转，
b)上部构件14-18，该构件确保所述竖直升管的所述端部51的引导，并保持在竖直位置，与所述下部构件13配合，且所述上部构件14-18位于所述下部构件13上方，并相对于与所述连接元件12的第二部分122互补的第一部分121，引导位于所述竖直升管的所述端部51的下端的所述连接元件12的第二部分122，并借助于所述上部构件14-18的重量稳定位于海底的所述下部构件13。所述下部构件13是轻质支座型金属构件，该构件集成到位于海底10的所述管道的肘形端部。图2示出了所述连接元件12的二个互补部分其中之一，即，能够连接于所述竖直升管5的所述端部51的下端的凹入部分122的凸出部分121(图4)。
本文将不详细描述液压和气动领域的专家已知的自动连接器12的原理。在所述自动连接器设计为能够脱开的情况下，这种连接方式具有完全可逆的优点。因此，在开采过程中，可以在单个升管上进行维护，以便拆卸和更换，而不干扰其他的生产，且不必中断相邻升管的生产。
在图2中，更准确地说，所述上部构件14-18包含：
-主构件14和位于主构件14上的稳定锚块171，
-所述主构件14为帽子形式，包含：
·突出的中心构件141，为方形或圆柱形截面的外部几何形状圆柱形，且封闭在所述中心构件的基部开口的内腔21，所述内腔21具有朝基部增大的扩张形状，且与所述下部构件13的角锥形外部形状互补，以罩住下部构件。所述中心构件141包含被所述竖直升管5的所述端部51穿过的上部开口(20)，所述后者阻挡与所述内腔21连通的所述开口20
·在所述中心构件14基部且包围所述构件的下部外围水平平台142，上面放置所述锚块171。
所述下部构件13是一种被底部10上放置的管道端部弯头11在顶部截去且在基部横切的中空角锥状支座型构件，该构件在其顶部朝平坦部分131开口，其中管道10末端的所述连接元件12的凸出部分121位于所述平坦部分上。
在图4中，基部142包含在附图最右侧的叶片143，所述叶片吸收由于管道10的扩张以及锚块型稳定元件171产生的压力。
实际上，位于海底的管道基本上与所述塔的底座对齐，即，一直到底座构件。温度变化导致产生管道的内部压力，在底座上产生平行于所述管道轴线的水平压力，该压力可达数十吨。这些叶片143最好垂直于所述管道的轴线布置，且深深地插入海底，以承受这些压力，并防止所述底座有任何偏移。为在对其他各图的基部描述中清楚起见，所述叶片143没有示出。
在通过吸力锚172稳定的底座的情况下，吸力锚172的自身设计非常适于吸收这些力。在图4的最左侧，吸力锚172示为通过平台142上的开口370埋入。吸力锚172具有大直径的钟形且通常细长的通道，在下表面上具有开口，在上表面上具有防泄漏塞371。锚172通过起重机挂耳372下降，直到进入海底。然后ROV(未示出)连接在开口373上，且借助于泵，对所述钟形内部施加吸力。产生的作用力致使吸力锚深入海底，直到凸肩374邻靠底座构件的平台142，从而稳定。这种类型的锚172可以直径达数米，且高度为10至30m，或更大。它们可能重达15至50吨，或更大。
在图3A，4和5A中，所述下部构件13通过楔块15形成的系统由所述上部构件14-18固定。
图5A和5B是分别是支座型构件13的侧面和正面的剖面图。在图5A中，所述截面对应于沿轴线AA的一部分，且详细给出了与上文描述的楔块15配合的所述支座13的面100。所述楔块15(在图5B中未示出)具有对应支座构件13上的开口101的宽度的长度。所述支座13示为具有与主构件14上相同的配对部分，且一旦楔块15锁定，支座组件13加构件14形成一体。
在图6中，示出了一装置，该装置包含：
-至少两个所谓的竖直升管5a、5b，它们基本上平行且相近，分别在其上端连接于至少一个浮体30a、30b
-所述底座14-18，使其保持在固定的竖直位置上，并通过所述连接元件12使其互相连接：
·一方面，所述竖直升管的管道51的两个所谓的端部，
·另一方面，位于海底10上的两个所谓的水下管道的两个所谓的肘形端部弯头11，它们向上反转。
-位于海底的两个所谓的下部构件13a、13b，每一构件保持在竖直位置，位于海底的所谓的水下管道101、102的一个所谓的端部弯头12，和在所述弯头11附近的所谓的连接元件12的第一部分121向上反转，
-所谓的上部构件14-21，所述构件确保所述竖直升管5a、5b的两个所谓的端部51的引导，并使其保持在竖直位置，且与两个所谓的下部构件13a、13b配合，且所述上部构件14-21位于上方并罩住并排排列的两个所谓的下部构件13a、13b，且相对于每一所述管道101、102的所述弯头端部的所述连接元件12的所述第一部分121，引导位于每一所述竖直升管的所述端部51下端的所述连接元件12的所谓的第二部分122，所述管道位于海底上，且借助于所述上部构件14-21稳定位于海底上的所述下部构件12。
所述上部构件包含主构件14，该主构件包含两个在基部开口的下部内腔21，且分别具有朝海底的扩张形状，与一个所谓的下部构件13a，13b的外角锥形状互补，且能罩住它，以及两个所谓的上部开口20，它们分别与所谓的下部内腔21连通，每一所述上部开口20被所述竖直升管5a、5b的所述端部51穿过，且这些升管在所述上部开口20中通过楔块18形成的所述第二系统居中并阻挡。
在图6和7中，所述竖直升管5包含在其上部在所述挠性接头19上方的管道系统，所述管道系统包括管中管型绝热系统，包含两个同轴的管道形成的组件，所述组件包含内管52和外管53，绝热流体或绝热材料54，所述绝热材料例如由最好位于所述的两个所谓的导管52、53之间的石蜡组成。
在图6和8中，位于海底的所述两个所谓的水下导管101、102在同一个环绕的挠性保护套103中组合成束，使其可以容纳绝热材料102，可取的是所述绝热材料由石蜡组成，围绕所述导管。
在图4中，所述塔基座的全部构成元件都处于最终的结构，所述组件的整个几何形状不再移动，除了在位于所述挠性接头19上方的升管的竖直部分上。
图6示出了类似于图5的塔的下部，包含连接于独立管道101、102的两个竖直升管5a、5b。根据前述的程序，平行安装所述升管。
图9详细示出了用于使升管5a、5b之一相对于另一个轴向偏移的优选方式，且升管之间的膨胀差别可以释放而不会导致出现不可接受的应力，所述应力会产生损坏或甚至毁坏所述塔的危险。本发明的装置包括牢固地固定在升管5a上，且刚性连接在27上并连接于在升管5b上自由滑动的管状环26的管状套环组成。所述套环沿升管的长度布置，无论是否以规则的间隔，且可取的上如图所示相对地安装。因此，在挠性接头19的高度处固定于底座的两个升管，如果仅升管5a处于高温下，则滑动环26可以允许所述升管5a膨胀，且准整体膨胀是在竖直升管的头部，在图10所示的鹅颈管的高度处。
在图10中，所述装置包含在所述浮体6和所述升管5的上端之间的连接装置4、7，包含：
·第二挠性管道7，其端部分别嵌入所述浮体6的下侧和升管5的上端
·在所述升管5的上端通过鹅颈管装置4形成的第二挠性管道7，所述鹅颈管装置4确保所述升管5和具有浮动支撑的所谓挠性导管3之间的连接；
·所述第二挠性管道7通过刚性导管8延伸穿过所述浮体6，所述刚性导管从一侧穿到另一侧，从而可以从浮体6的上部经所述刚性导管8接近所述竖直升管5的内部，这样由所述第二挠性管道组成的所述连接装置经过所述鹅颈管装置4，而可以接近所述升管5的内部，并通过注入液体和/或刮擦所述升管5的内壁进行清洗，以及位于海底的所述水下管道10。
所述第二挠性管道7在其端部在分别位于所述浮体6的下表面和鹅颈管上端41处的部分71、72上具有惯性逐渐变化的元件。
在图11中，本发明的装置包含两组，每一组包含在至少两个所谓的竖直升管5a、5b的顶部的多个浮体30a、30b。所述一组的所述浮体30a、30b通过刚性构件互相保持固定，所述刚性构件为由两个平行的竖直杆33和固定并支撑所述竖直杆的两个平行的横杆36组成的矩形框架的形式。所述两组浮体30a、30b的两个矩形框架通过两个铰接框架互相连接，所述铰接框架为每一侧平行四边形的形式，每一框架由两个平行的大致竖直的杆33组成，且在其端部通过铰链轴35连接于上、下平行横杆34a和34b的端部。
通过所述矩形框架互相竖直平移而可以变形为平行六面体的组件，可以使所述浮体组相互之间相对竖直偏移，尤其是由于膨胀差别造成的。
如图11和12详细示出，所述构件支撑一组三个浮体30a，其中心浮体被与挠性管道7连接的管道8横穿，且在所述浮体的上部在防泄漏开口9上方形成开口，例如，球阀。这样，升管和位于海底的管道大部分的全部维护操作可以从位于所述入口阀32a的竖直平面上的水面船只10上完成，在位于保护套内的弯头的曲率半径足够大时，例如5m，或甚至7m或更大时，盘管的操作可以在位于海底的管道部分中进行。
在图10中，冷的升管5b比更高温度下的升管5a短。类似地，在图11中，浮体组30b基本上向下偏移相同的距离。两浮体组30a、30b通过平行四边形的构件基本上竖直地保持在相同的距离，所述构件形成可变形的平行六面体，允许出现竖直位移，例如由于两升管5a、5b的膨胀差别造成的，一个热，另一个处于海水的温度，即冷。
浮体的连接装置已经通过在轴35的高度铰接的杆33、34说明，但也能通过可变形的元件实现，例如弹性体制成的元件，可以理解，寻找的结果是使两浮体组30a-30b保持基本上恒定的距离，以避免由于膨胀和海流互相碰撞，同时可以允许沿基本上对应竖直管道轴线的方向相对运动。
同样，在图9中，如果滑动套环25和环26通过类似于前述用于引导浮体30的铰接杆在运动部分上引导两竖直的升管，则也在本发明的范围内。
竖直升管5可以在陆地上预制成，然后拖曳到现场，或者在安装前不久直接在现场制造。它包括延伸的升管部分5，在该部分的下端装有挠性接头19，连接于增强升管的一部分51上，所述增强的升管本身固定于自动连接器的第二部分122上。挠性接头19的内部通道以及增强的升管的所述部分51具有最好等于升管5的内径。一旦楔块18锁定在其最终位置，升管的所述部分51得到增强，以确保所述组件的刚性。所述增强通过壁厚的简单增加，或通过增加外部加强肋，或通过所述两种方式的组合，或任何其他旨在使所述组件具有增强的强度和刚度的方式实现。
在本发明的完成安装的方法中，实施下述步骤，其中：
1-将至少一个所谓的水下管道10安装在海底上，其端部具有肘形弯头11，且固定在所述下部构件13上，该下部构件最好在海面上预先安装，且在其端部附加所谓的连接元件12的凸出部分121或凹入部分122，
2-使所谓的主构件14下降到所述下部构件13上，且可取的是在所述主构件14的所述内腔21的内部机械地，更可取的是仍然使用例如由液压致动装置致动的楔块15形成的系统，阻挡所述下部构件13，从而形成高刚度的组件；
3-所述主构件14通过从海面下降的锚块171稳定在海底的所谓外围平台142上，这种放置是在ROV的控制下完成的；
4-至少一个所谓的竖直升管5a、5b下降穿过所述上部构件14的至少一个所谓的上部开口20，然后是在所述上部开口20内啮合的升管51的所述部分的下端，所述下端包含所谓的互补部分，分别为所谓的连接元件的凹入部分122或凸出部分121，且在所述连接元件12的两互补部分121、122之间实现所述连接，
5-在所述连接元件12的互补部分接近之后，完成所述连接
6-在所述连接元件12和所述上部开口20中的所述挠性接头19之间，借助于楔块18形成的系统，完成端管51的所述部分对所述竖直升管的下端的阻挡。为此，将阻挡升管下部51的楔块18位于所述连接器12和挠性接头之间，该挠性接头包括与整个通道19邻接的铰接部分。楔块18，在图3a和3b中示为在右侧处于收缩位置，在左侧处于啮合位置，通过液压致动装置(未示出)由ROV操纵。
在包含至少两个竖直升管5a、5b的本发明的实施例中，它们互相独立地安装，且它们通过套环25和滑环26或任何其他的能以释放沿平行于所述升管轴线的方向平移的方式在同一平面内在整个高度上保持大致平行。
在图13中，示出了第二平台131，其中两支座型构件13a、13b位于中心竖直元件132的两侧，该竖直元件在所述第二平台131顶上中心处。
如图14所述，所述中心竖直元件132用作竖直升管5a、5b在其下降过程中的引导，以便它们相对地到达突出的所述两中心构件141a和141b的开口20a、20b。
在安装顺序中，实施下述步骤，其中：
1)所述第二平台131下降；
2)所述支座型构件13a和13b下降到所述平台13上，这些平台安装在位于海底上的管道10的端部。
3)突出的所述中心构件141a和141b下降到所述支座型构件13a和13b上，从而覆盖它们；
4)使用与所述中心竖直元件132配合的楔块133形成的系统，机械地阻挡突出的所述构件141a和141b；
5)所述竖直升管5a、5b沿中心竖直元件132下降，而相对地到达突出的所述中心构件141a和141b上部的开口20a、20b；
6)使用楔块18和位于所述竖直升管51的下端部51的第二对应部分181形成的系统，使所述竖直升管的下端51在所述开口20a、20b的内部被机械地阻挡；
7)使用楔块18形成的系统，使所述支座型下部构件13a、13b在所述中心构件141a和141b的所述下部内腔21中被机械地阻挡。所述支座型下部构件13a和13b包含第一对应部分16，当楔块15阻挡支座型下部构件13a和13b时，该对应部分可以提升所述支座型下部构件13a，可以将连接元件的第一部分121锁定在所述下部构件13a的顶部，并将所述连接元件122的互补部分锁定在竖直升管5a的下端部分51处。
可以理解，通过下部构件13的提升锁定连接元件121、122是由下述特征组合实现的：
1)所述楔块15和所述下部构件13的第一对应部分16的形状，当楔块15与第一对应部分配合时可以导致出现所述下部构件的提升距离，
2)第二对应部分181在升管的端部位置51中的位置和内腔21及支座型构件13的高度，这确定与所述提升距离同时发生的连接元件两互补部分121、122的最初间隔。
在图14中，在附图的右侧，示出了在使用楔块15形成的系统锁定之前下部构件13b的位置。而且，在附图的左侧，下部构件13a示为在使用楔块15形成的系统锁定和自动连接器121、122锁定之后，相对于所述第二平台13突出。
在该优选实施例中，在最终步骤之后，使用楔块15形成的系统完成在所述上部构件14的所述内腔21内部对所述下部构件13的阻挡。