CN1209103A - 用于开采碳氢化合物的装置 - Google Patents

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Abstract

通过使用一个停泊的开采船只(10)、用于在海底开采碳氢化合物的装置,其中相关的船(10)最好在其船头部安装停泊装置(11),并且具有至少一个用于来自海底的产品排出管的连接组元。其中,所述装置包括位于海底(1)的锚装置(3)和至少一个锚定链(6,8),其用于将所述锚装置(3)连接到船(10)上的所述停泊装置(11)上,在此安装的永久锚装置最好为吸锚(3,63)、重力锚或打桩锚,其上安装了用于所述锚定链(6,8)的旋转装置(5,70),最好在锚定链(6,8)的中间部分连接一个浮标体(7),并且其中排出管具有至少一个软管(9,84),其下端与所述旋转装置(5,70)连接,并且其本身包括至少两个用作碳氢化合物和其他可能的流体的通道(79A－C)。

Description

用于开采碳氢化合物的装置
本发明涉及一种通过使用停泊的开采船只在海中开采碳氢化合物的装置，其中相关的船最好在其船头部分安装停泊装置，并且至少有一个用做来自海底的产品排管连接组元，并且在此包括位于海底的锚装置，以及至少一个锚定链，用于使锚装置与船上的停泊装置连接。
在海洋中开采石油和天然气时，经常有非常重要的操作问题，在一定条件下非常困难，其中经常涉及流体的传输。在这方面碳氢化合物形式的流体是特别有利的，因为本发明是用于在海底的石油或天然气井的开采装置。在这种装置中，锚定元件是全部装置中非常重要的部分。在变化和恶劣的天气情况下，由于风、浪和海流的影响，在这种停泊和实施这些操作时会出现巨大的应力和作用力。首先这种应力能够引起破坏，例如石油排放失控。
在同时申请的两个国际专利申请中，重点分别放在了：纯粹停泊装置，即国际申请PCT/NO96/00203号(我方卷号：INT6165L)，以及加载-卸载装置，即国际专利申请PCT/NO96/00202号(我方卷号：INT6252L)。因此，本发明有几点与这两个同时的专利申请有关。例如，与两个申请的后者比较，特别是应当注意到，在从海底开采产品时，与通常碳氢化合物加载或卸载过程相比，在相关的流体中，通常出现非常高的压力。
本发明提供了新颖的和专有的特点，在权利要求中进行了更详细的叙述。
在通过本发明得到的优点中，特别强调，所提到的挑战性的操作能够在恶劣的气候下进行，与以前已知的方法和装置相比，在大多数情况下具有很高的安全性和合理性。在这方面，特别应当注意到，按照本发明的装置在停泊和流体传输时可以为弹性或柔性形式，其包括按照在操作过程中出现的应力或作用力调整整个装置。为了在海上开采碳氢化合物，更重要的是，本发明使得生产效率提高，而没有通常的很高的投资，同时具有安全性。重要的一点是，该装置还允许带锚定装置和排管的船，围绕保持在海底的锚的中心自由旋转。
在下面的描述中，将通过附图对本发明进行更确切的解释，其中：
图1示出了根据本发明的装置的第一实施例的示意图，
图2更详细地用正视图示出了与旋转装置相连的锚，其能够用于按照本发明的装置中，
图3示出了与图2同一装置的侧视图，以及沿图2中的线III的部分的轴向剖面图，
图4示出了图2和3中的锚的俯视图，
图5示出了图1的实施例的变例，
图6示出了本发明的装置的另一个变例，其中所使用的船只装备有一个用于所开采的碳氢化合物的生产装置，
图7详细示出了浮标与锚定链连接的优选方式，
图8以侧视图示出了一个相对于图2-4的锚进行了一些改进的锚，
图9示出了图8中锚的俯视图，以及
图10示出了拆卸图8中的锚的主要零部件的操作。
在附图的图1中，海底用1表示，海面用2表示，并且还示出了按照本发明的总体装置，其包括与操作有关的涉及停泊位置的总体配置。在此，首先包括开采用的船只或轮船10，其可以为改装的运油船；锚3在海底1；锚定链为6和8两部分，在其中间部分安装有一个浮标体7，也称做锚定链浮标。船10在船头用常用方式安装有一个停泊装置11，在该点没有示出更确切的详细情况。
至此，所描述的按照本发明的装置，足以满足船10所需要的停泊要求，并且在这方面还包括上述介绍中已经提到的优点。这种停泊装置的重要特征是锚定链浮标7，其最好位于或安装在整个锚定链6，8的中间部分。显然，浮标7不必精确地连接到整个锚定链长度的正中间，但是为了达到所需要的效果有利的是：浮标的位置离锚定装置3上的锚定链6的下端、以及离停泊装置11上的锚定链的上端的距离最好合适。
应当选择浮标7的大小，以便在大多数情况或压力下，相邻的锚定链部分6和8之间能够保持相当显著的夹角差。因此，锚定链部分6通常将从锚3向上延伸，与锚定链部分8从浮标7出来的角度相比，锚定链部分6与垂直方向呈明显较小的夹角。当船10被风、浪或海流强烈作用时，整个锚定链6，8比如图1中示出的紧，因此浮标7被拉向水的深处，并且锚定链部分6和8的夹角能够基本接近180°。在另一种相反的极端情况下，当停泊力最小时，如果锚定链部分6的长度比水的深度大，浮标7可以浮出海面2。
当在更恶劣的水域中，例如，在深海操作和安装时，作为一个标准，浮标7将完全位于海面以下。这对于浮标及整个装置是一个很好的位置，因为，当浮标位于深水时，较少受到海面出现的风和波浪的影响。浮标7在各种情况下都在海面以下还有一个重要作用，这样能够保证锚定链部分6从锚3向上紧固，以便没有一部分锚定链躺在海底1。
也有一些情况，浮标装置包括一个以上的单独浮标，但是仍然这样安装，即这样在整个锚定链的大约中间部分提供相对有限的偏向部分。这种浮标或浮标装置的主要目的，是在锚定链上提供相对集中的浮力，这样能够使整个停泊装置具有柔性或可弯曲的性能，以减少动态负荷的影响。图7示出了一个与浮标7连接的结构，在实际应用时有利。
除了上面描述的单纯停泊作用外，整个装置还包括在锚装置3和船10之间流体的传递，以便开采碳氢化合物。因此，在图1中，示出了一个相当柔软的管9作为排管，其向上延伸到船10的船头部分，在此提供一个合适的连接装置，其能够与停泊装置11很好地连接。这种装置可以具有已知的样式。在软管9的下部示出了浮力元件9A，在这种情况下提供了三个，但是根据所需要的软管9的形状，浮力元件的数目和大小当然能够变化。浮力元件9A的主要目的是，确保软管9的下部通常一直从海底1抬起。如图1所示，软管9在水中从锚定链6，8的下面通过是非常有利的。这样，避免了该装置两个主要部分的任何接触，特别是，这样软管9不会被锚定链6，8的任何零件损坏。所软管9显然述可以呈孪管或为两个或三个分开的大约平行的管的形式。见相关图6。
图2，3和4更详细地示出了锚的结构以及相关的设备。首先，这种锚的结构包括实际锚部分63，该部分最好为吸锚的形式并且适宜于插进图2中1表示的海底一定深度。也可以使用依靠重量或在海底1打桩的锚部分。在其上部吸锚63上安装着一个顶部平板或框架64，在其上安装着整个锚结构的其余装备组元。在该装备中，主要元件为旋转装置70，其在一个套形支撑元件68上可旋转。这样依次有一个平板-或框架形底部元件67，其放置在吸锚63的顶部，即，平板64上。尤其是如从图3和4可以看到的那样，平板或框架64和67通过螺栓连接在一起，这种螺栓以及相关的螺母在图3和4中以66表示。在这种结构中，通过沿图2中以60表示的线或平面，松开螺栓连接66，整个锚结构可以分成两部分。因此，锚结构的比较重要的零件能够取回到海面，以便保养，维修或更换等。也可能只打算取回组元的一部分进行维修，例如，只取回实际旋转连接器，而锚定部分及其旋转支耳留在海底。该方法基本上与所描述的方法相似，只是所要提起的负载较轻。在平板64上安装着一个用于拆卸的导杆65，特别是在保养等以后，用于降低和放置实际锚部分63，64上的已经取回的部分。这在图10中进行了更详细的图示。
在上面讨论的分离和取回之前，必须在锚结构上安装一个将来自于海底开采装置的管线和电缆分开的装置，并用于在此连接。为达此目的，连接器61用于连接管线，一个特殊连接器62用于连接控制电缆或临时电缆。按照图3和4，这些连接器可以安装在底部元件67的悬臂部分67A上。
在图2中，锚定链的下端以86表示，并且通过合适的连接元件和紧固装置连接到旋转装置壳体70的下部。尤其是安装着有两条平行臂的轭80，如从图4可以看到的那样，由此臂通过侧面元件在其上端连接到用于链端86的紧固组元80C上。在臂80A，80B的下端安装了枢轴连接81A和81B的固定装置，这样，根据锚定位置与相关船只的关系，使得轭80有可能与锚定链86一起在垂直面形成不同的角度。
按照来自相应的船停泊力的方向，通过锚定链86，轭80与紧固元件或枢轴81A和81B还对旋转装置围绕其中心垂直轴线70X(图2)的旋转运动提供足够的扭矩。
旋转装置包括至少一个连接部分88，其用于一些排管或软管，排管或软管的数目最好与连接器61的数目对应。此外在旋转壳体70的上部示出了一个连接部分83，其用于控制电缆82或类似物，与连接器62对应。因此具有旋转装置的锚结构能够在海底的开采装置和海面的开采船只之间提供所需要的连接，由此按照所述方式停泊的船只，将能够根据天气、风向和海浪、以及可能的海流围绕锚摆动。
软管或排管84穿过位于旋转壳体70一端、并且最好位于旋转壳体70的总高度的中心区域的一个或多个连接部分。正如从图4详细看到的那样，软管从轭臂80A和80B之间的旋转壳体70伸出，并且与轭臂相比处于更水平的位置，如图2所示。软管从旋转装置出来的方向适宜于接近水平方向，如图2所示。这同样也适宜于控制电缆82。这种装置使得软管或排管，或可能的控制电缆通过接触轭80的任何部分或锚定链86本身造成的损害最小。
在上述数中，应当注意，目电缆82和排管84能够对这种锚结构施加非常显著的侧向力，而带轭的锚定链一点也不施加作用，因此这种结构的部件能够承受巨大的弯曲应力。由此看来在该结构中，停泊力的接触点，即固定元件81A和81B设置得尽可能低是非常有利的。这意味着用于轭80的固定元件81A和81B通常适宜于位于比锚结构中的连接部分83和88更低的位置，如安装所示。
旋转装置中所需要的内部元件相应地示于图3中，其中79A，79B，79C所示的密封元件和流体通道可以设计成与例如挪威专利177.779号描述的旋环相似。应当知道所述三个旋转通道或通路79A-C分别与连接器61和排管84相对应。在图3中更详细地示出了一个来自一个连接器61A的管连接61C，其穿过静止的内部部分77上的流体通道77C，并且向上穿过另一个实际旋转装置的静止芯组元79，到达流体通道79B，其具有圆环形状，例如象上面描述的挪威专利说明书中所述的那样。
非常重要的是，由于上面描述的力，并且由于软管和电缆连接各自锚定，带芯子79和环绕圆环通道79A-C的密封的所述内部元件，没有受到由于锚结构和旋转装置的弯曲运动造成的较大的机械应力。图3所示的结构通过使旋转壳体75连接到下部而照顾到了这个问题，例如通过螺钉，连接到凸台74上，其依次通过支耳装置将力传递到支撑组元68上，支撑组元68通过通过底部组元67锚定到实际锚部分63。支耳也是上面提到的围绕轴线70X(图2)旋转运动所需要的，其包括一个凸台74上的下部法兰，该法兰夹持在在此连接的下部支耳环71A和夹持环71B之间。在该支耳中，包括如73和76所示的支撑元件，因此凸台74及在其上面的旋转装置能够相对于静止支耳部分和下面的支撑结构旋转。该结构包括在支撑元件68上面的上平板69，或者主要由分布在四周的一些拉板组成，可以从图4中看到。
在上面刚刚描述的结构的解决方案中，旋转体中心的并且静止的芯子与上面提到的内部元件一起被支撑，它们相对于结构的支撑部分来说有些弹性，该结构包括实际锚部分或吸锚63。为此目的，如图3，4中所示的连接管61C被适当弯曲并且有一些弹性，以便可以弹回，而结构没有任何部分通过不希望的方式受到弯曲运动或其它超过合理限制的力。
此处有理由注意，在旋转壳体70顶部上的、85所示的电连接及类似物形式的内部元件，安装有一个罩子70A，其不能达到其余内部元件受所述应力损坏的相应程度。如85所示的电元件和装置一方面通过控制电缆82与外部连接，另一方面通过芯子79以电线束或类似物87沿中心向下，以进一步与图2和4中的连接器62连接。可以看到，电元件85还包括一个滑动环装置，如图3中89所示。
图2，3和4中的锚结构的一些改进，在下面参考图8和9进行简短描述。
图5示出了图1装置的改进形式，其中图5中的传送软管28，29上没有安装浮力元件，而是悬吊在链浮标7上。由于软管部分28和29分别比相应的锚定链6和8的长度较长，软管通常在锚定链下面合适的距离在水中通过。在该实施例中，浮标7的浮力应当比图1中的实施例的浮力大一些。与图1相比，图5的装置整体性，一致性更好，当船10在变化的天气情况下围绕锚定点运动时，可以更好地保持控制。例如，这样当考虑到在较小的或较大的水深中海流的变化时是有利的。
当如上所述在浮标7上悬吊软管28，29时，设置一个支撑结或类似物，以便使软管的悬吊部分有一定的、不太小的曲率半径是比较有利的，以便使软管在该部分不产生过度弯曲或拉应力。此处的另一个可能性是，在浮标上的悬吊能够通过一个多少有些弹性的元件进行，因此软管28，29相对于浮标7只受到相对软的或缓冲的运动。
图6的装置在很大程度上以根据本发明的装置为基础，与图1的实施例的原理一样，但是在图6中，与浮力元件39A在下部连接的排出软管39，其上端连接到船40的中部41上。在此，所述的连接装置41本身可以是传统的类型，例如歧管型。更具体地说，为了能够作为开采船只使用，并且为此目的船40装备了加工组件34。连接装置41可以归属该组件。此外，图6还示出了位于海底1的带吸锚3的停泊装置，其与图1和5的实施例相同。此外，在图6中示意性的示出了管线1A如何从海底的(没有示出的)生产装置安装到锚3上。
在图7中较详细地示出了与浮标7连接的较好的样式，如前描述的那样，浮标7与锚定链的6，8两部分连接。图7特别示出了一个刚性的、棒状的元件17插在锚定链部分6和8之间，并通过例如螺钉连接7A和7B与浮标7连接。锚定链部分6和8的端部能够通过一些常规装置在17A和17B上连接从而连接到元件17上。这样该元件17能够使实际浮标装置减轻通过锚定链6，8带来的相对较大的力。从安全性和寿命因素看，在实际使用中，这是一个非常好的解决办法。
正如用一些相同的参考标号表示的那样，图8和9设计的锚与图2，3的锚结构有许多共同的主要特征。然而在一些方面，图8和9的结构较好，并且可以看到以下的改进：
图9所示的轭90有两个臂，与图4相比其平行度不同，而向着共同的侧面元件和锚定链(没有示出)的连接元件方向有一些会聚。
图8也示出了一个合适的角度范围，以100表示，在这个范围内，根据所在停泊位置水的深度，轭能够***。在轭的点画线图示的垂直位置90′，停泊力将垂直作用，以便上面提到的弯曲运动不作用到锚上。此外轭的垂直位置90′对于上面提到的安装和撤回操作有许多好处，将在下面进一步解释。
与图2和4中的排出软管组对照，与前面描述的实施例的其他不同之处在于排出管或软管的安装及电缆94的相互对准。显然图8和9的排列允许沿横向延伸的软管94更好地保持在一起，并且相对于轭90位于中心，正如可以从图9看到的那样。
具体地说，结合图8在图10中示出了一种情况，在此锚结构的上部和重要部分从实际锚部分63上分开，标志线95与导杆65连接，以便在撤回或重新安装时，以通常的方式引导旋转体及其支撑元件67，68。实际旋转体装置70在图10只是简单地图示出来。最后图10示出了一个具有连接好的连接器部分99A的未连接的管线端99。
在此描述的装置及其改进形式，能够用于，例如，在150-300米深的水中操作。在优选实施例中，例如，在200米深的水中总体锚定链的两部分6和8通常分别为160米和200米。
此外，显然在本发明的框架内能够进行各种改进和变化。因此，当说锚3是永久锚时，并不意味着吸锚或重力锚一旦安装好后必须永久留在海底1。象已经公知的那样，即使锚相对固定地安装在海底，其也可通过合适的装置和设备而拆卸。在此，永久锚表示实际锚部分63(图2，3和8)与通常用船携带的、并且能够通过其常用绞锚机投入或拖出的常用锚相比安装得更持久。
按照本发明的优点，如上面描述的该装置的锚装置的安装方法在于，锚悬吊在锚定链或线的端部；锚定链或线位于相关船上的常用绞锚机或卷扬机上，用于使锚降低到海底预定点。见图8中相关的轭的位置90′。

Claims (17)

1.用于使用一个停泊的开采船只(10)在海底开采碳氢化合物的装置，相关的船(10)最好在其船头部安装停泊装置(11)，并且具有至少一个用于来自海底的产品排出管的连接组元，其中，所述装置包括位于海底(1)的锚装置(3)，和至少一个锚定链(6，8)，其用于将所述锚装置(3)连接到船(10)上的所述停泊装置上，
其特征在于，
永久锚装置最好为吸锚(3，63)、重力锚或打桩锚的形式，其上安装了用于所述锚定链(6，86)的旋转装置(5，70)，最好在锚定链(6，8)的中间部分连接一个浮标体(7)，并且其中所述排出管具有至少一个软管(9，84)的形式，其下端与所述旋转装置(5，70)连接，并且其本身包括至少两个用于碳氢化合物和其他可能的流体的通道(79A-C)。
2.按照权利要求1的装置，
其特征在于，所述锚定链(6，8)的下部与位于所述旋转装置(70)上的一个轭(80)连接，并且轭(80)包括两个最好平行的臂(80A-B)，其外端以枢轴(81A-B)连接到所述旋转装置(70)的两侧，而其相对的另一端与所述锚定链(86)连接(80C)。
3.按照权利要求1或2的装置，
其特征在于，在所述浮标体(7)的所述锚定链(6，8)上***一个刚性的棒形的连接元件(17)，该浮标体与所述连接元件连接(图7)。
4.按照权利要求1，2或3的装置，
其特征在于，所述软管(9，39)最好在其下端安装有浮力元件(9A，39A)。
5.按照权利要求1，2或3的装置，
其特征在于，所述软管(28，29)最好在其中间部分悬吊在锚定链上的所述浮标体(7)上。
6.按照权利要求2-5之任一的装置，
其特征在于，所述软管(9，84)的下端连接于所述旋转装置(70)的中心，并且最好从位于轭臂(80A-B)之间的所述旋转装置的中心伸出。
7.按照权利要求6的装置，
其特征在于，所述软管(9，84)在几乎所有锚定情况下从所述旋转装置(5，70)伸出的角位置，比所述锚定链或轭臂(80A-B)的下部部分(6，6A，6B，80，86)的角位置更水平。
8.按照权利要求1-7的任一权利要求的装置，
其特征在于，所述软管(9，28，29，39)由于其长度和施加浮力(7，9A，39A)的结果，适合于在锚定链(6，8)下面在水中延伸。
9.用于安装在在海上开采碳氢化合物的海底装置上的锚，通过停泊的船只，并且最好通过吸力作用、重力或打桩安装在海底，其特征在于，旋转装置(5，70)包括固定元件(81A，B，80C)，其用于至少一个来自船上的锚定链(6A，6B，86)，其中所述旋转装置的旋转轴线(70X)在海底(1)大体垂直，并且所述旋转装置包括：一个用于流体软管(8，84)的连接元件(88)，以及至少两个贯穿的流体通路或通道(79A-C，77C)，用于与在海底的装置连接。
10.按照权利要求9的锚，
其特征在于，所述旋转装置(70)上的所述固定元件(81A，B)，适合于安装在比在海底的锚的操作位置上的所述连接元件(88)更低的位置。
11.按照权利要求9或10的锚，
其特征在于，一方面实际锚部分(3，63)，另一方面几乎所有的其他部分，特别是，所述旋转装置(5，70)通过可拆卸连接元件(66)可以分开，以便其他部分能够取回到海面用于保养，维修或更换。
12.按照权利要求9，10或11的锚，
其特征在于，其包括一个平板或框架形底部元件(67，67A)位于实际锚部分(63)的顶部，并且最好能够在此处分开，所述底部元件(67)安装有一个用于所述旋转装置(70)的支撑元件(68)，并且所述底部元件(67A)带有连接器(61，62)，用于连接来自海底的用于生产的装置的管线、电缆和类似物。
13.按照权利要求12的锚，
其特征在于，所述连接器(61，62)适合于使所述管线、电缆和类似物连接和分开。
14.按照权利要求9-13的任一权利要求的锚，
其特征在于，最好为圆柱形的外部旋转壳体(75)相对于所述锚部分(63)可旋转安装，其带有所述连接元件(88)，并且所述旋转壳体(75)的支耳装置(71A，B，73，74，76)适宜于将弯曲力传递到锚部分(63)，而且可能通过所述支撑元件(68)和底部元件(67)；弯曲力是由于连接好的流体软管或排管(84)产生的；所述旋转装置(70)的内部元件(79，79A-C)基本上没有应力。
15.按照权利要求9-13的任一权利要求的锚，
其特征在于，所述旋转装置(70)上的中心的和静止的芯子79，包括所述内部元件(79，79A-C)，相对于所述锚部分(63)来说通过有些弹性的方式支撑。
16.按照权利要求9-15的任一权利要求的锚，
其特征在于，用于控制电缆(82)的连接处(83)位于所述旋转装置(70)的上部，并且旋转装置具有一个用于电线连接(85)，例如电滑动环装置(89)，的罩子(70A)。
17.如权利要求9-16之任一的锚在权利要求1的装置中的安装方法，其特征在于，所述锚悬吊在锚定链或线的端部，锚定链或线位于相关船上的常用绞锚机或卷扬机上，用于使锚降低到海底预定点。
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