用于连接刚性海底管道和柔性海底管道的方法和装置.pdf

本发明涉及一种连接刚性海底管道(18)和柔性海底管道(20)的方法和装置，所述刚性海底管道(18)终止于自由连接端(22)，所述柔性海底管道(20)具有海床部分(32)和悬浮部分，所述海床部分具有连接到自由连接端(22)的输入端(19)，所述装置包括锚定设备(26、24、30)，其用于保持所述海床部分(32)锚定在所述海床部分的锚定点(28)上，并允许所述海床部分形成波状起伏(38)。本发明的特征在于锚定设备适用于保持所述锚定点(26、24、30)靠近或与所述自由连接端(22)间隔开以形成所述锚定点(28)和所述自由连接端(22)之间的所述波状起伏(38)。

1.  一种连接刚性海底管道(18)和柔性海底管道(20)的方法，所述海底管道被设计用来在安装在海床(12)上的海底设备(14)和设置在所述海洋环境的水面(10)上的水面设备(16)之间的海洋环境下输送烃，所述刚性海底管道(18)铺设在所述海床(12)上，从所述海底设备(14)开始，终止于自由连接端(22)；所述柔性海底管道(20)具有铺设在所述海床(12)附近的流线部分(32)和设计用来连接所述水面设备(16)的悬浮部分，所述流线部分(32)终止于输入端(19)；根据这种类型的所述连接方法，所述输入端(19)和所述自由连接端(22)通过铺设所述悬浮部分作为和所述自由连接端附近基本成一直线的悬索，并且通过保持所述流线部分(32)锚定在海床(12)上的所述流线部分的锚定点(28)处而连接，以允许所述流线部分形成可变形的波状起伏(38)；
其特征在于，提供的刚性管道(18)能够纵向变形，使得所述自由连接端(22)在海床上滑动，而且其中在所述锚定点(28)和所述自由连接端(22)之间允许形成波状起伏，因此允许所述自由连接端相对于所述锚定点(28)和所述波状起伏的变形而相对移动。

2.  根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于：所述锚定点(28)通过柔性锚定线(30)连接到沿所述刚性管道(18)安装的锚定桩(24)。

3.  根据权利要求1或2所述的连接方法，其特征在于：形成波状起伏(38)的所述流线部分(32)安装有弯曲限位器，以限制所述波状起伏(38)的弯曲。

4.  根据权利要求1-3中任一个所述的连接方法，其特征在于：所述波状起伏(38)基本上在水平平面上形成。

5.  根据权利要求1-3中任一个所述的连接方法，其特征在于：通过在所述流线部分安装浮子(34)，所述波状起伏(38)基本上在垂直平面上形成。

6.  一种用于连接刚性海底管道(18)和柔性海底管道(20)的装置，所述海底管道被设计周来在安装在海床(12)上的海底设备(14)和设置在所述海洋环境的水面上的水面设备(16)之间的海洋环境下输送烃，所述刚性海底管道(18)铺设在所述海床(12)上，从所述海底设备(14)开始，终止于自由连接端(22)；所述柔性海底管道(20)具有铺设在所述海床附近的流线部分(32)和设计用来连接所述水面设备(16)的悬浮部分，所述流线部分终止于输入端(19)；所述输入端和所述自由连接端(22)连接在一起，因此所述悬浮部分作为和所述自由连接端附近基本成一直线的悬索而铺设，所述装置包括锚定设备(26、24、30)，以保持所述流线部分(32)在所述海床的锚定点(28)处锚定在海床上，以允许所述流线部分形成可变形的波状起伏(38)；
其特征在于，刚性管道(18)能够纵向变形，使得所述自由连接端(22)在海床上滑动，而且其中所述锚定设备适用于保持所述锚定点(26、24、30)靠近并与所述自由连接端(22)相隔一定距离，以允许在所述锚定点(28)和所述自由连接端(22)之间形成所述波状起伏(38)。

7.  根据权利要求6所述的连接装置，其特征在于：所述锚定设备(26、24、30)包括在所述锚定点(28)处安装在所述流线部分(32)的夹紧构件(26)和沿刚性管道(18)设置的锚定桩(24)，而且其中所述夹紧构件通过锚定线(30)与所述锚定桩相连。

8.  根据权利要求6或7所述的连接装置，其特征在于：形成波状起伏(38)的所述流线部分(32)安装有弯曲限位器(40)。

9.  根据权利要求6-8中任一个所述的连接装置，其特征在于：包括多个逐步安装在所述锚定点(28)和所述自由连接端(22)之间的流线部分(32)上的浮子(34)，以在基本垂直的平面上形成波状起伏(38)。

用于连接刚性海底管道和柔性海底管道的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于连接刚性海底管道和柔性海底管道的方法，以及适用于使用该连接方法的装置。
背景技术
这些海底管道被设计用来在海洋环境下输送烃(hydrocarbon)，特别是在安装在海床上的海底设备和水面设备(例如位于海洋环境的水面上的平台)之间输送烃。
刚性海底管道从海底设备在海床上延伸，并终止于自由连接端。柔性海底管道的部分具有位于海床上的流线(flow-line)部分和设计用来接合水面设备的悬浮部分。流线部分终止于与自由连接端连接的输入端，因此悬浮部分位于悬挂了自由连接端的悬索(catenary)上。另外，本装置包括锚定设备，其用于将流线部分保持锚定在海床上流线部分的锚定点上，以允许该流线部分在锚定点和悬浮部分之间形成与海床分离开的波状起伏，借此在水面设备的垂直位置上下起伏时防止该流线部分撞到海床上。
特别可以参考的是文献FR2746977，其描述了这样一种装置。
然而，在某些操作环境下，采出的烃的温度的变化导致刚性管道的纵向变形，结果导致自由连接端移动。
从而，位于刚性管道的自由连接端和锚定点之间的柔性管道的流线部分可能在海床上水平移动，这一方面导致其本身纵向变形，另一方面导致其磨损。因此流线部分的老化加速。
另外，作为悬索设置的柔性管道的悬浮部分在刚性管道的自由连接端对所述刚性管道施加纵向上的拉力。现在，当刚性管道收缩时，特别是烃的流动停止而且管道冷却时，收缩力与柔性管道施加的拉力相反，因此刚性管道有被损坏的危险。尽管在浅的和中等深度的海底设备中，很容易地修复损坏的刚性管道是可行的，对于非常深的海底设备这种工作就不再可行了。
发明内容
由此出现以及本发明要解决的问题是提供一种连接方法，使得避免发生前面提到的缺陷成为可能，并且特别是使得避免深水作业成为可能。
为了解决这个问题，本发明提出，根据第一方面，一种用于连接刚性海底管道和柔性海底管道的方法，所述海底管道被设计用来在安装在海床上的海底设备和设置在海洋环境的水面上的水面设备之间的海洋环境下输送烃，所述刚性海底管道铺设在所述海床上，从所述海底设备开始，终止于自由连接端；所述柔性海底管道具有铺设在所述海床附近的流线部分和设计用来连接所述水面设备的悬浮部分，所述流线部分终止于输入端；根据这种类型的所述连接方法，所述输入端和所述自由连接端通过铺设所述悬浮部分作为和所述自由连接端附近成基本一直线的悬索，并且通过保持所述流线部分锚定在海床上的所述流线部分的锚定点处而连接，以允许所述流线部分形成可变形的波状起伏；而且根据所述方法，所述波状起伏形成在所述锚定点和所述自由连接端之间，以允许所述自由连接端相对于所述锚定点和所述波状起伏的变形而相对移动。
因此，本发明的一个特征在于锚定点和刚性管道的自由连接端之间柔性管道流线部分的波状起伏的使用，当热的烃在刚性管道中流动时，刚性管道变长，锚定点自然明显位于海床限定的中间平面上的固定位置处。这样，由于热烃在该管道内的无规律流动和/或压力的变化引起了刚性管道的纵向和横向变化，导致管道的反复移动，并从而导致海床上的自由连接端的交替移动，具有例如以米为数量级的振幅；刚性管道的纵向和横向变化传递到波状起伏的流线部分，于是其弯曲半径产生相当大的变化，但不会影响该流线部分的完整性。因此，刚性管道自由变形，没有应力，也没有损坏的危险，因此修复工作就不再需要了。另外，本方法很容易实施，而且只需要柔性管道和刚性管道之间的一个连接部分，这使得它具有经济的优点。
而且，根据一个有特别优点的实施例，所述锚定点例如连接到锚定桩，锚定桩是通过柔性锚定线沿所述刚性管道设置的，以使连接更容易。特别是因为，在自由端和水面设备之间以基本渐近的方式铺设柔性管道，随后将其连接到锚定线，然后将锚定桩和柔性管道的锚定点离开海床一定距离设置，然后朝向海床进一步放下柔性管道，因此波状起伏在流线部分的锚定点和锚定桩之间形成，这就足以形成波状起伏了。
然而，根据另一个替代实施例，锚定线是在设备就位使用之前沿柔性管道首先铺设的，因此只有当刚性管道在热烃的流动影响下伸长时，才形成波状起伏。因为，实际上，刚性管道最初的长度是最小的。
根据一个有利的特征，在自由连接端和锚定点之间的流线部分上，形成波状起伏的所述流线部分安装有弯曲限位器，以限制所述波状起伏的弯曲，特别是允许均匀的弯曲并防止扭折。
有利的是，这些弯曲限位器形成包围流线部分的套筒，所述波状起伏基本上在水平平面上形成，因此套筒可以在需要时靠在海床上并保护柔性管道不会磨损。
根据另一个实施例，通过在所述流线部分安装浮子，所述波状起伏基本上形成在垂直的平面上，因此完全避免了与海床的接触，同时允许流线部分的弯曲半径均匀的变化。
根据另一方面，本发明提供了一种连接刚性海底管道和柔性海底管道的装置，所述海底管道被设计用来在安装在海床上的海底设备和设置在海洋环境的水面上的水面设备之间的海洋环境下输送烃，所述刚性海底管道铺设在所述海床上，从所述海底设备开始，终止于自由连接端；所述柔性海底管道具有铺设在所述海床附近的流线部分和设计来连接所述水面设备的悬浮部分，所述流线部分终止于输入端，所述输入端和所述自由连接端连接在一起，因此所述悬浮部分作为和所述自由连接端附近基本成一直线的悬索而铺设，所述装置包括锚定设备，以保持所述流线部分在所述流线部分的锚定点锚定在海床上，并因此允许所述流线部分形成可变形的波状起伏；根据本发明，所述锚定设备适用于保持所述锚定点靠近并与所述自由连接端分隔开，以允许在所述锚定点和所述自由连接端之间形成所述波状起伏。
正如将在后面更加详细说明地，有利的是，所述锚定设备包括在所述锚定点安装在所述流线部分的夹紧构件，以及沿所述刚性管道设置的锚定桩，所述夹紧构件通过锚定线与所述锚定桩连接，例如当使用前面提到的安装方法时，允许很容易地形成波状起伏。
另外，优选地，形成波状起伏的所述流线部分要么安装有弯曲限位器，要么包括在所述锚定点和所述自由连接端之间逐个安装在所述流线部分的多个浮子，以使波状起伏基本上形成在垂直的平面上，这使得能够得到基本均匀的弯曲，而且另外，将流线部分相对于海床分隔开并防止任何磨损。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过阅读下面对本发明的特定实施例的说明并参考附图而显现，所述实施例是一种指示而不是限制，附图中：
图1是根据本发明的第一变体的连接装置的局部示意图；
图2A是根据第二变体的连接装置的细节部件在第一位置沿纵向截面的局部示意图；
图2B是图2A所示的细节部件在第二位置的局部示意图。
具体实施方式
图1示意性地显示了具有水面10和海床12的海洋环境的纵断面；设计用来提取烃的海底设备14安装在海床12上，水面设备16被设计为用来采出并储存烃。在海底设备14和水面设备16之间，从海底设备14开始在海床12上铺设的刚性管道18和通过输入端19连接到刚性管道18并延伸的柔性管道20接合水面设备16，并且它们两者一起使得采出烃成为可能。
刚性管道18具有自由连接端22，并能在烃的压力变化和/或管道的温度变化的影响下纵向变形，其中管道的温度变化是由于温度高于海洋环境中海床12上的温度的烃的流量(flow)变化。从而，在海底设备14的操作中，自由连接端22能够平移，其振幅以米为数量级。
为了克服这种尺度变化引起的问题，特别地沿从自由连接端22向后延伸的刚性管道14设置了锚定桩24，在柔性管道20的锚定点28上安装了夹紧构件26，并且根据特定的实施例，当柔性管道20被放下到海洋环境中时，夹紧构件26和锚定桩24通过拉紧的锚定线30连接并形成绳索，同时柔性管道20的流线部分32在位于海床12上的输入端19和锚定点28之间为弧形。另外，在这里弧形流线部分32在输入端19和锚定点28之间事先安装有大体等距分布的浮子34。
然后，在安装期间，当柔性管道20进一步在海床12上展开时，锚定点28趋向于靠在海床12上，同时由于锚定线30对它的保持而与锚定桩24保持固定的距离，由于基本上柔性的管道的长度比锚定线30的长度更长，因此安装有浮子34的流线部分32自然地朝水面10移动而形成波状起伏(undulation)38。如图1所示，波状起伏38基本垂直地面向海床12形成。
因此，由于锚定点28与锚定桩24保持固定的距离，在刚性管道18和锚定线30限定的中间方向，刚性管道18的任何纵向移动和自由连接端22由此产生的移动都使得柔性管道20的输入端19移动，这导致流线部分32的波状起伏38变形，并且其弯曲半径正负变化，而不会与海床12接触，从而避免了磨损的可能性。
另外，刚性管道18的自由连接端22是自由的，由于柔性管道最终被锚定在海床12上，而且其流线部分32弯曲并且可变形，没有应力作用在其上，因此当它收缩时不会被损坏。
根据第二变体，图2A和2B中局部地出现并放大的流线部分32’安装有弯曲限位器40，其包括管状套筒41和管形构件42，管形构件42形成钩环并被设计为与管状套筒41连接在一起。夹紧到流线部分32’的管状套筒41在每个端部都具有径向环44，管状套筒被沿着流线部分32’逐步安装，径向环44与它们面对。另外，管形构件42在每一端具有适于围绕管状套筒41啮合并处于径向环44后面的窄部46。由此，管形构件42的两端都具有窄部46，分别围绕管状套筒41啮合，以将两个相邻的管状套筒41连接在一起，同时环绕并完全覆盖流线部分32’。由此，多个管状套筒和管形构件围绕流线部分32’安装在一起使得生产既是保护性的又能有限弯曲的活结护套成为可能。
以这种方式，如图2B所示，当流线部分32’弯曲时，当管形构件42端部的窄部46在它们周围的接触部分相互抵靠的放置，并在同一个管状套筒41的径向环44之间，它们直接相对的部分抵靠在径向环44上。因此，流线部分32’的弯曲被限制，而且不能小于确定的弯曲半径。
这样装配，不需要安装浮子，于是流线部分32’可以在保持靠在海床上的时候形成波状起伏，由管形构件42保护，管形构件42的一部分直接与海床12接触并靠在海床12上。以这种方式，刚性管道18的尺寸变化可能导致流线部分32’形成的波状起伏的变形，靠在海床12上的流线部分32’一方面通过管形构件42保护避免磨损，另一方面，由于管形构件42和管状套筒41的相互作用，避免了不合适的扭折。