[实用新型]一种基于顶张紧式立管的应力接头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应力接头，特别是关于一种基于顶张紧式立管的应力接头。

背景技术

随着深水开发活动的大大增加，深水开发的技术装备也不断面临新的挑战，对连接海底管线和平台的立管系统提出了不同的要求。深水立管是一种柔性结构，它们常常是直接与刚性结构连接，当立管两端与刚性结构固定连接时，特别是生产立管直接与海床固定连接或直接与浮式结构、平台等固定连接时，其柔性会急剧减小甚至消失，这样的连接部位弯曲强度在局部响应中处于十分重要的地位，因此，在进行深水立管设计时，就要在连接边界附近慎重选择结构形式，确定弯曲强度，以避免发生局部弯曲应力过大的现象。在深水立管系统当中这样的结构通常被称作应力接头(Stress Joint)。

应力接头的主要特性与整个立管的弯曲强度变化直接相关，性能也直接受其几何形状影响，在深水立管系统当中，应力接头的主要功能是将立管位移和荷载传递到固定或刚性端部，如平台和海床等，因此在进行应力接头设计时要充分考虑立管与接头连接部位的力学特性及接头的主要形式。目前，应力接头的设计大都依据设计者的相关经验，根据已有的应力接头和服役海洋环境进行应力接头设计，因此当服役区域的海洋环境及生产要求发生变化时，设计的应力接头将很难满足在该海洋环境下的功能性和经济性的要求。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够适合各种实际海洋环境，并能满足功能性和经济性要求，基于顶张紧式立管的应力接头。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于顶张紧式立管的应力接头，其特征在于：所述应力接头呈锥体形，其内径恒定不变，外径由顶端到底端逐渐变大，壁厚逐渐增加，所述应力接头的顶端与立管连接，底端连接水下井头系统。

所述应力接头采用钛铝合金制成。

本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型的应力接头采用钛合金制成，与传统钢材料相比具有高强度、低弹性模量及耐腐蚀等优点。2、本实用新型的应力接头呈锥体形，其内径恒定不变，外径由顶端到底端逐渐变大，结构简单，力学性能优良，能够有效的提高立管系统底部的抗弯刚度、降低弯曲应力，而且在建造工艺上也较易实现。3、本实用新型提供的设计参数α_j的优选取值范围为1.1～1.5，并能够基于设计情况和功能需求不断分析设计结果，调整应力接头的规格数据，获得满足各方面要求的最优设计方案，因此，具有经济性。本实用新型的应力接头结构简单，力学性能优良，能够适合各种实际海洋环境。

附图说明

图1是本实用新型应力接头在整个顶张紧式立管系统中的位置示意图

图2是本实用新型应力接头结构示意图

图3是本实用新型立管与应力接头连接部位载荷示意图

图4是本实用新型应力接头的坐标系统以及应力接头顶端荷载情况示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，顶张紧式立管系统包括地面采油树1、张紧器2、张紧器接头3、立管4和立管接头5。本实用新型的应力接头6设置在整个顶张紧式立管系统的底部，其顶端与立管接头5连接，底端通过回接接头7与水下井头系统连接。

如图2所示，本实用新型的应力接头6呈锥体形，其内径恒定不变，外径由顶端到底端逐渐变大，壁厚逐渐增加。

本实用新型的应力接头6采用高强度、低弹性模量的钛铝合金制成，能够承受来自于立管4的高应力、高弯矩和高疲劳荷载。

本实用新型的应力接头6采用以下优化设计方法：

1、获取基础数据：基础数据包括立管4的外部直径Φ_e，立管4的壁厚t_end-min，立管4的弹性模量E_r和立管4的底部弯矩M₀。由于应力接头6的顶部连接立管4的底部，因此，根据立管4的外部直径Φ_e和立管4的壁厚t_end-min可以得到应力接头6的顶端外部直径Φ_e0和应力接头6的内部直径Φ_i，其中，应力接头6的内部直径Φ_i在整个应力接头6中保持恒定。根据制备应力接头6采用的材料，可以得到应力接头6的弹性模量E。根据立管4的底部弯矩M₀和应力接头6顶部的有效张力T₀可以得到应力接头6的顶部转角θ_j和应力接头6顶部所受的联合剪切载荷F₀。