[发明专利]用于增强的平台设计的补充张紧的系统和相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及海床至船舶的海底立管的张紧。更具体而言，本发明涉及结合脱开的浮力罐平台而用多个张紧单元来张紧海底立管。

背景技术

从浮动平台进行的近海烃钻探和生产操作所提出的问题是需要在海底处的各个钻孔或井和海面处的平台的甲板之间建立密封的流体路径。立管典型地提供了这个密封的流体路径。在钻探操作中，钻柱延伸通过钻探立管，钻探立管用来保护钻柱以及在钻柱的外部为钻探流体提供返回路径。在生产操作中，使用多个生产立管来提供路径，以将来自多个井的烃或其它生产流体输送到甲板。

各个立管典型地通过船舶中的称为月池的开口而向上突起到紧邻船舶上的操作台的工作装备和连接件。如果其没有部分地或完全地得到支承，则在浮动船舶上操作的、大于约200英尺(34.72米)的水深中的立管管道可在其自身重量和容纳在立管内的钻探流体的重量的影响下弯折。对于浮动平台，立管必须张紧，以在工作甲板相对于立管的上部部分运动时使各个立管保持在一定范围的安全操作张力内。如果容许立管的一部分进行压缩，则它会由于弯折或由于弯曲以及与相邻的立管碰撞而受到损害。当船舶船体运动到极限横向或竖向位置时，诸如例如，当在极端的波浪状况下或当海流对立管施加显著的侧负荷时，还必须确保立管不过度张紧。

存在两种主要类型的张紧系统：使用长行程的顶装式张紧器(连接在立管的顶部和船舶船体之间的液压式、气动式或液压-气动式缸体)的那些；以及使用浮力罐张紧器(连接到各个立管的上部部分上的漂浮装置)的那些。顶装式张紧系统的功能或者为被动的或者为主动的。被动的顶装式张紧系统包括利用具有典型地介于15英尺和30英尺之间的行程的缸体的长行程张紧器，以便补偿由于深水操作引起的预期的运动。主动的顶装式张紧系统另外包括这样的控制系统：其主动地调节各个长行程张紧器缸体的液压，以在其相关联的立管上保持相对恒定的张力。对于被动的和主动的顶装式张紧系统两者而言，船舶船体的急剧的横向和竖向运动由张紧器的行程补偿。另一方面，浮力罐张紧系统通过在低于水线的位置处将浮力罐或者单独地或者共同地连接到各个立管的顶部上而起保持相对恒定的张力的作用，船舶船体的急剧的横向和竖向运动通过允许浮力罐和/或立管沿着延伸通过船体的导向支承件而上下滑动来补偿。

与在深水和极深水(5000英尺-10000多英尺水深)中操作的近海平台有关的问题之一是与平台相关联的横向偏移的量或程度。引起立管和船舶之间的竖向偏差的横向偏移本质上由平台的类型和所使用的锚泊系统控制。但是，在水深变得更深时，不管所使用的平台如何，横向偏移都会增大。对于典型地采用长行程张紧器的顶部张紧系统的浮动生产平台(例如SPAR的平台)而言，这个横向偏移会驱动张紧系统的总行程要求。因此，行程要求可容易地超过25英尺-30英尺，而且在主动的张紧系统中，需要主动地调节液压，以在船舶下降期间提高张紧缸体中的在立管上保持足够的张力所需的压力，以及在船舶上升期间降低张紧器中的压力，以防止对立管施加过度的张力。

因而，发明人已经认识到，与深水和极深水相关联的状况不可避免地导致有由典型地长25英尺以上的多个缸体构成且能够行进所需的25英尺-30英尺的张紧系统，以及导致在船舶和/或额外的支承框架或甲板内有显著的空间要求，以支承张紧器的缸体的非行进部分，这可大大增加船舶适应25ft-30ft行程的成本。照此类推，这可等于必须建造这样的房子：其在房子的每个房间中具有25英尺高的门道和顶板来容纳张紧器的缸体的行进部分，而非具有六英尺或八英尺门道的普通的单个层。另外，主动的张紧系统可需要计算机化的控制和反馈系统以及额外的蓄能器、气泵、压力传感器等等。这些长行程张紧器可对支承生产平台的船体增加显著的额外重量，而且可显著地增加立管管理系统的成本。因为勘探把该行业带入了(特定)环境和操作状况的领域，所以预期将存在越来越多的情况超过长行程顶装式张紧系统的当前行程能力的情形，这可导致甚至更高的成本。

已经采用了长行程顶装式张紧系统的备选设计来解决总行程要求。这样的备选方案包括采用之前描述的多浮力罐系统，其包括单独连接到对应的一组单独的立管上的一组单独的浮力罐。但是，这样的系统具有一些显著的缺点。这样的缺点包括安装复杂、不可靠的抗暴风雨能力、粘滑问题(例如由于接触导向支承件或柱的侧壁引起)，以及浮力限制(例如由于单独的浮力罐的大小、可由船体支承的罐和立管的数量以及船体大小之间的折衷而造成)。也就是说，对于给定大小的船体，罐越大，可由船舶支承的立管的数量就越少。类似地，对于给定数量的立管，罐越大，船体就必须越大以支承立管，而且建造、维护和操作船舶的成本就越高。