[发明专利]具有同轴堆叠的主副环形弹性体柔性元件的双头柔性管接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种双头柔性管接头，该双头柔性管接头具有：从共同壳体的相对端延伸出的第一延伸管和第二延伸管；至少第一环形弹性体柔性元件，该至少第一环形弹性体柔性元件用于将第一延伸管安装至壳体；以及第二环形弹性体柔性元件，该第二环形弹性体柔性元件用于将第二延伸管安装至壳体。

背景技术

具有将一延长部安装至壳体的环形弹性体柔性元件的柔性接头用于减小在浮式海上设备与从浮式海上设备悬垂下来的立管和链条束之间由运动引起的应力。典型地，柔性元件包括由金属或其它硬材料与多层弹性材料层交替构成的球形垫片。这样的柔性元件能够提供大约±15度或更大的自由角位移，同时承受与柔性元件的尺寸成比例的轴向张力。典型地，柔性元件的尺寸已被选择以用于处理立管或链条束上的期望负载，并且柔性元件已经以各种尺寸制造并储存，以用于处理各种标准尺寸的立管或链条束。

立管用于将生产流体从海底向上传输到浮式海上船的甲板，并且用于将生产流体从船上传输至一条或多条输出管线。由立管施加在柔性元件上的负载通常包括：立管中的张力；立管的角位移和旋转；生产流体中的内部压力；以及来自生产流体的升高温度。因而，生产流体的内部压力和来自生产流体的升高温度可能使对用于立管的柔性元件的选择比对用于链条束的柔性元件的选择更难。

对于不同的应用，柔性管接头在共同的壳体内结合有多于一个柔性元件。例如，用于立管的双头柔性管接头具有：在壳体中的第一柔性元件，该第一柔性元件用于将第一延伸管安装至壳体；以及在壳体中的第二柔性元件，该第二柔性元件用于将第二延伸管安装至壳体。两根延伸管从共同的壳体沿相反的方向延伸。在这种方式中，双头柔性管接头与具有单个柔性元件的单头柔性管接头所能承受的角位移相比可承受双倍角位移。该角位移在双头柔性管接头中的两个柔性元件之间分担，但是两个柔性元件中的每一个承载立管的相同的全部张力。这样的双头柔性管接头的实例可在下述文献中找到：在Herbert等人的公布于1972年8月1日的美国专利3,680,895；Herbert等人的公布于1978年1月17日的美国专利4,068,864(参见图4)；以及Whightsil，Sr等人的公布于1992年7月28日的美国专利5,133,578。

柔性管接头在共同的壳体中结合有多于一个柔性元件，以使得两个柔性元件承受相同的角位移，而这两个柔性元件中的仅一个承载柔性管接头上的拉伸负载。这样的布置可减小生产流体在每个柔性元件上的压力，并且提供主要和后备的密封机构，以用于抑制(contain)管接头内的加压生产流体。然而，这些构思中的柔性元件为了适当的功能需要进行预压缩；事实上减少了柔性元件的使用寿命。因而，这些设计使得两个柔性元件既用于承载管上的轴向负载又用于抑制压力的使用低效率。这样的柔性管接头的实例可在下述文献中找到：Schwemmer的公布于1980年1月15日的美国专利4,183,556；Ohrt的公布于1978年1月17日的美国专利4,068,868；Peppel等人的公布于1988年11月15日的美国专利4,784,410；以及Peppel等人的公布于1991年1月15日的美国专利4,984,827。

在共同的壳体中具有两个柔性元件并且在两个柔性元件上具有不同水平的轴向预压缩的管接头在Lamy等人的公布于1983年11月23日的美国专利4,416,473中公开。两个柔性元件布置在共同的旋转中心的相对侧上。管接头具有形成球面支承件的套环和凸缘，从而在轴向压缩下允许角位移但是阻止相对运动(Larny，第5栏第2-8行)。一个具有较大直径的柔性元件承受轴向拉伸负载。另一个具有较小的直径的柔性元件设计用于确保仅仅密封管内的流体(Larny，第5栏第16-34行)期望的轴向预应力通过向上较紧地拉伸螺栓以闭合圆柱形开口的间隙而被施加至具有较小直径的柔性元件。(Lamy，第6栏第30-46行)

发明内容

为了处理柔性管接头内的高流体压力，期望柔性管接头包括：至少一个用于处理管接头上的轴向负载的主弹性体柔性元件；以及至少一个特别设计用于抑制柔性管接头内的流体压力并消除主柔性元件上的流体压力的副弹性体柔性元件。通过消除主柔性元件上的流体压力，可减小主柔性元件的尺寸，以及可延长主柔性元件的寿命。