深水自由站立式立管系统的终端连接器技术领域
本发明涉及深水自由站立式立管系统，尤其涉及一种用于深水海底管道
和海上浮式平台之间的深水自由站立式立管系统的终端连接器。属于海洋石
油工程领域。
背景技术
随着海洋石油天然气逐渐向深水发展,深水开发技术不断面临新的挑战,
对于深水生产系统而言,深水立管系统作为连接水面浮式平台和海底设备的
输送油气的导管，其作用非常关键。负载中的深水立管系统,由于波浪、风以
及现场作业等因素引起的动载荷是非常复杂的,深水立管系统的设计、布置
形式是深水油气田开发中需要考虑的重要因素。
深水立管系统具有多种结构：顶端张紧立管，钢悬链立管，柔性立管，
自由站立式立管等形式。同一浮式平台也有可能采用多种类型的立管。
顶端张紧立管采用张紧器或者浮力罐实现立管张紧，缺点是难以适应深
水开发很大的浮式平台漂移，顶张力的补偿也较困难，更难以适应浮式平台
的升沉运动。柔性立管能满足浮式平台的漂移和升沉运动，但是技术还未成
熟成本高，并且不适用于高温高压介质条件。钢悬链立管是深水立管的首选
形式，它解决了以上问题，但是，由于钢悬链立管上端与水面浮式平台连接，
浮式平台运动对钢悬链立管有一定的影响，同时，钢悬链立管的自身重量由
浮式平台承担对浮式平台的浮力有更高要求。
深水自由站立式立管系统以刚性立管作为主体，上部通过上部终端连接
器与密闭浮力筒连接后垂直站立在海底，以柔性跳接管作为外输装置与海上
浮式平台相连；下部通过下部终端连接器与基座连接。该结构形式具有以下
优点：
1.浮式平台未到达油田之前也可以对深水立管进行安装；
2.刚性立管顶部密闭浮力筒位于海平面以下，深水立管系统受浮式平台
运动和海上风浪影响较小；
3.深水立管系统重量及张力由密闭浮力筒提供，从而，降低了对浮式平
台的浮力要求；
4.在风浪条件下，可以快速解脱；
5.深水立管系统的主体的疲劳寿命较高；
6.对油气田的扩展适应力强等优点；
7.海底输油管道与深水立管系统相互独立，海底输油管道荷载由基座承
担，对深水立管系统无影响。
深水自由站立式立管系统在具有以上优点同时，也有以下几个缺点：
1.造价高；
2.需要配套连接装置；
3.需要较多的检测系统。
4.存在重心偏心，即：深水立管系统重心不在立管的中心轴线上，从而，
对深水立管造成弯矩荷载，不利于深水立管的稳定性及疲劳寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种深水
自由站立式立管系统的终端连接器，其不仅能够消除深水立管的重心偏心弯
矩荷载，改善深水立管的稳定性和疲劳寿命；而且，能够有效地降低深水立
管主体承受的弯矩荷载，进而，大大降低了深水立管的设计难度，节约了深
水立管的成本。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
一种深水自由站立式立管系统的终端连接器，设有：一刚性立管,该刚性
立管通过设在上部终端连接器分别与密闭浮力筒和柔性跳接管的一端连接，
柔性跳接管的另一端与浮式平台连接；刚性立管的底端通过下部终端连接器
与基座连接；其特征在于：上部终端连接器的上部分别与栓链、鹅颈式弯管
的一端相连，栓链的另一端通过柔性接头与密闭浮力筒相连，用以为立管系
统提供张力；鹅颈式弯管的另一端与柔性跳接管相连，柔性跳接管在刚性立
管和浮式平台之间传送液体；刚性立管的底端通过下部终端连接器还与海底
跳接管连接；原油从海底跳接管通过刚性立管和柔性跳接管输送到浮式平台，
以实现油气由海底设备到海上浮式平台的运输。
所述上部终端连接器安装在一钢管框架结构上，上部终端连接器通过钢
管框架结构来减小重量和增大强度；钢管框架结构上设有一密闭浮力筒连接
法兰，密闭浮力筒连接法兰为与密闭浮力筒的连接提供接口。
所述钢管框架结构包括：一个设在框架主体一侧的配重构件，通过调整
配重构件的水平位置来调整上部终端连接器的重心到刚性立管的中轴线上，
从而，使整个上部终端连接器在水中，可以自然的保持平衡和稳定状态。
所述配重构件为中间填满固体材料的倒П形的钢管框架，钢管的端部用
钢板密封。
所述刚性立管的一端安装有一输油管，通过该输油管把液体从刚性立管
经鹅颈弯管和柔性跳接管输送到浮式平台上；且该输油管安装在钢管框架结
构的上部的转接头上。
所述下部终端连接器与刚性立管之间设置有一锥形应力节，该锥形应力
节的上部与刚性立管连接，锥形应力节的下部通过一法兰与下部终端连接器
连接；下部终端连接器的侧面侧面与海底跳接管之间，通过一竖向套筒连接
器接口连接；下部终端连接器的底部通过一旋转插销与基座连接，该旋转插
销是一个有自引导作用的锁扣装置，同时也是一个柔性节点。
所述下部终端连接器为一钢管框架结构；该钢管框架结构包括：一个配
重构件，该配重构件为：一中间填满固体材料的的倒П形的钢管框架，其端
部用钢板密封。
本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其不仅能够消除深
水立管的重心偏心弯矩荷载，改善深水立管的稳定性和疲劳寿命；而且，能
够有效地降低深水立管主体承受的弯矩荷载，进而，大大降低了深水立管的
设计难度，节约了深水立管的成本。
附图说明
图1为本发明深水自由站立式复合立管系统布置图。
图2A为本发明深水自由站立式复合立管系统上部连接结构示意图。
图2B为本发明深水自由站立式复合立管系统上部终端连接器示意图。
图3A为本发明深水自由站立式复合立管系统下部连接结构示意图。
图3B为本发明深水自由站立式复合立管系统下部终端连接器示意图。
图中主要标号说明：
101.刚性立管；102.上部终端连接器；103.下部终端连接器；104.鹅
颈弯管；105.柔性跳接管；106.密闭浮力筒；107.浮式平台；108.基座；
109.海底跳接管；201.钢管框架结构；202.配重构件；203.密闭浮力筒连
接法兰；204.下部立管法兰；205.鹅颈弯管法兰；206.输油管；207.栓链；
301.钢管框架结构；302.配重构件；303.输油管；304.旋转插销；305.法
兰；306.竖向套筒连接器接口；401.锥形应力节。
具体实施方式
如图1所示，本发明设有：一刚性立管101,刚性立管101通过设在上部
终端连接器102和鹅颈弯管104分别与密闭浮力筒106和柔性跳接管105的
一端连接，柔性跳接管105的另一端与浮式平台107连接；刚性立管101的
底端通过下部终端连接器103与基座108和海底跳接管109连接；原油从海
底跳接管109通过刚性立管101和柔性跳接管105输送到浮式平台107，从而，
实现油气由海底设备到海上浮式平台的运输。其中，密闭浮力筒106对整个
立管系统提供张力，用以保持刚性立管101的竖直状态。
如图2A所示，上部终端连接器102的上部分别与栓链207、鹅颈式弯管
104的一端相连，栓链207的另一端通过柔性接头与密闭浮力筒106相连，用
以为立管系统提供张力。鹅颈式弯管104的另一端与柔性跳接管105相连，
柔性跳接管105在刚性立管101和浮式平台107之间传送液体。
如图2B所示，上部终端连接器102安装在钢管框架结构201上，上部终
端连接器102通过钢管框架结构201来减小重量和增大强度。
钢管框架结构201包括：一个设在主体框架一侧的配重构件202，配重构
件202为中间填满固体材料的倒П形的钢管框架，其中，钢管的端部用钢板
密封。通过调整配重构件202的水平位置来调整上部终端连接器102的重心
到刚性立管101的中轴线上，从而，使整个上部终端连接器102在水中，可
以自然的保持平衡和稳定状态。
钢管框架结构201上设有一密闭浮力筒连接法兰203，密闭浮力筒连接法
兰203为与密闭浮力筒106的连接提供接口。上部终端连接器102的底部通
过设在下部立管法兰204与刚性立管101连接。上部终端连接器102的侧面
设有一鹅颈弯管法兰205，该鹅颈弯管法兰205提供了一个能够与鹅颈弯管
104的连接或分离结构。
刚性立管101的一端安装有一输油管206，通过输油管206把液体从刚性
立管101经鹅颈弯管104和柔性跳接管105输送到浮式平台107上；且该输
油管206采用焊接方式安装在钢管框架结构201的上部的转接头上；输油管
206的管道内径尺寸与立管系统101相同，用以维持管道连通性。
如图3A所示，下部终端连接器103的设置是用于刚性立管101，海底跳
接管109和海底基座108之间的连接结构。
下部终端连接器103上通过法兰305与锥形应力节401连接，锥形应力
节401内径与刚性立管101一致；锥形应力节401的上部与刚性立管101采
用焊接方式连接，锥形应力节401的下部与下部终端连接器103上通过法兰
305连接。下部终端连接器103的侧面与海底跳接管109连接，从而，实现原
油从海底管道到刚性立管101之间的传输。
如图3B所示，下部终端连接器103的底部通过旋转插销304与基座108
连接，旋转插销304是一个有自引导作用的锁扣装置，同时也是一个柔性节
点。
下部终端连接器103侧面与海底跳接管109通过竖向套筒连接器接口306
连接。输油管303将流体从海底跳接管109输送到刚性立管101，该管道内径
与刚性立管101内径一致。
下部终端连接器103为一钢管框架结构301；该钢管框架结构301包括：
一个配重构件302，配重构件302为中间填满固体材料的钢管，其端部用钢板
密封。通过调整配重构件302的水平位置来调整下部终端连接器103的重心
到刚性立管101的中轴线上，从而，使整个下部终端连接器103在水中可以
自然的保持平衡和稳定状态。
上部终端连接器102和下部终端连接器103中配重构件的设置，其好处
是：
1.使得结构安装变得容易，同时，使水下结构能够自然平衡；这样一来，
就减小了安装过程中吊车吊装点的倾覆力矩。
2.能够减小底部的锥形应力节401和刚性立管101的载荷。极大的减小
了连接到锥形应力节401和刚性立管101的底部弯矩，从而，改善了立管系
统的疲劳寿命。
上述法兰为现有技术，未作说明的技术为现有技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上
的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等
同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。