[发明专利]浮力元件、包括浮力元件的上升管组件以及支承上升管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种浮力元件、一种包括浮力元件的上升管组件以及一种对上升管进行支承的方法。特别地而非排他性地，本发明涉及一种适合在油气产业中使用的上升管组件。

背景技术

传统的柔性管用于将诸如油和／或气和／或水之类的生产流体从一个方位输送至另一个方位。柔性管在将海底方位(海底位置可以为深水方位)连接至海平面方位这方面是特别有用的。柔性管总体上形成为柔性管体和一个或更多个端部配件的组件。管体通常形成为形成承压导管的层状材料的组合。管结构允许在不产生损害管在其寿命期间的功能的弯曲应力的情况下产生较大的挠曲。管体总体上构造为包括金属层和聚合物层的复合结构。

在已知的柔性管设计中，管包括一个或更多个拉伸铠装层(tensile armour layer)。这种层上的主要载荷为张力。在高压应用中，拉伸铠装层承受来自内压端盖载荷和柔性管的重量的高张力载荷。由于长期经受这种条件，这会导致在柔性管中发生故障。

在过去已经尝试的能够在某种程度上缓解上述问题的一种方法为：沿着上升管的长度在预定的方位处增加浮力辅助装置。浮力辅助装置的采用与诸如水中弧形结构之类的一些其它构型相比具有相对更低的安装成本，并且还允许相对更快的安装时间。在图1a和图1b中示出了使用浮力辅助装置以支承上升管的中间部段的已知的上升管的构型的示例，图1a和图1b中分别示出了“陡波”构型和“缓波”构型。在这些构型中，提供了上升管组件200，该上升管组件200适合用于将诸如油和／或气和／或水之类的生产流体从海底位置输送至诸如平台或浮标或船之类的浮动设施202。上升管设置为柔性上升管-即包括柔性管，并且包括固定至柔性管的离散的浮力模块204。可以将浮力模块和柔性管的定位布置成呈现陡波构型206₁或缓波构型206₂。

然而，在一些应用中，浮力模块可以对上升管组件重量的改变-例如由海洋生长物(附接至上升管的贝壳类生物和其他海洋生物和／或海洋废弃物)导致的-做出反应。可替代地或附加地，浮力模块可能因运动或总体上日复一日的磨损而承受内容物密度的逐渐的或突然的改变。这可能导致上升管的浮力支承量(并且因此导致海床上方的相对高度)改变。通常，在浮力模块的寿命起始时提供了最大的浮升力，并且浮升力随着时间而降低。浮力支承量的任何改变可能对提供至柔性管的张力消除产生不利影响，这可能最终降低上升管的寿命。

此外，重量的这种改变可能导致下述不期望的情况：上升管组件通过弹出至水面或沉入至海底而完全地改变了其指定构型。这对潜水应用(小于1000英尺(304.8米))是尤为可能的，这是这由于在较浅的深度处浮力的任何改变对高度改变具有更为显著的影响。与任何临近的上升管组件或船舶结构的干扰可能会成为问题。

此外，时而会出现以下情况：有益的是能够将上升管的部段从其使用位置移动至另外一个位置。然而，这件装置的移动(尤其是以任何速度)总是被证明为麻烦且耗能的。

发明内容

本发明的目的是至少部分地减轻上文提到的问题。

本发明的实施方式的目的是提供一种上升管系统和用于这种系统的浮力元件，该上升管系统更能够适应于海洋生长物、来自潮汐和其他船舶的运动、以及内部流体密度。

本发明的实施方式的目的是提供一种能够响应于外部变量而被主动地控制的浮力元件。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于对柔性上升管提供浮力的浮力元件，包括：

本体，本体具有至少部分呈柔性的结构，所述本体具有能够在膨胀状态与收缩状态之间调节的体积，以及

进入端口，该进入口用于将流体供给至本体和／或将流体从本体移除，从而调节本体的体积。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于从海底的方位输送流体的上升管组件，包括：

柔性管；和

一个或更多个浮力元件，这一个或更多个浮力元件包括本体和进入端口，本体具有至少部分呈柔性的结构，所述本体具有能够在膨胀状态与收缩状态之间调节的体积；进入端口用于将流体供给至本体和／或将流体从本体移除，从而调节本体的体积。

根据本发明的第三方面，提供了一种对上升管进行支承的方法，该方法包括下述步骤：

提供上升管，该上升管包括至少一段柔性管；

提供至少一个浮力元件，这至少一个浮力元件用于对上升管的一部分提供浮力，浮力元件具有本体，本体具有至少部分呈柔性的结构；以及

通过将流体供给至本体和／或将流体从本体移除来调节本体的体积。