阅读说明：本技术 一种设于立管底部的张力平衡系统 (Tension balancing system arranged at bottom of vertical pipe ) 是由 杨伟 尹汉军 熊海荣 赵党 苑健康 熊刚 夏日长 王波 潘悦然 刘彩虹 王猛 于 2021-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种设于立管底部的张力平衡系统,包括立管管线终端、张力平衡锚链及深水吸力桩；张力平衡锚链,所述张力平衡锚链一端通过卸扣与管线终端的吊耳连接,另一端通过加强环与所述深水吸力桩上的水下ROV吊钩连接；所述张力平衡锚链由依次连接的加强环、特殊端环、端环、普通链环及卸扣组成；深水吸力桩,所述深水吸力桩包括ROV平台和ROV吊钩,所述ROV吊钩固定于所述ROV平台上。本发明中钢悬链线立管与立管管线终端相连通过张力平衡锚链将不平衡张力传到到深水吸力桩上,由于锚链单向受力特点实现了张力的被动平衡,以达到保护深水海管端部设施及与其相连的水下设施完整性及安全的目的。(The invention discloses a tension balancing system arranged at the bottom of a vertical pipe, which comprises a vertical pipe line terminal, a tension balancing anchor chain and a deepwater suction pile; one end of the tension balance anchor chain is connected with a lifting lug at a pipeline terminal through a shackle, and the other end of the tension balance anchor chain is connected with an underwater ROV lifting hook on the deep water suction pile through a reinforcing ring; the tension balance anchor chain consists of a reinforcing ring, a special end ring, an end ring, a common chain ring and a shackle which are connected in sequence; the deepwater suction pile comprises an ROV platform and an ROV lifting hook, and the ROV lifting hook is fixed on the ROV platform. In the invention, the steel catenary riser is communicated with the riser pipeline terminal, and the tension balancing anchor chain transmits unbalanced tension to the deepwater suction pile, and the passive balance of the tension is realized due to the unidirectional stress characteristic of the anchor chain, so that the aims of protecting the integrity and safety of deepwater marine pipe end facilities and underwater facilities connected with the deepwater marine pipe end facilities are fulfilled.)

一种设于立管底部的张力平衡系统

技术领域

本发明涉及一种设于立管底部的张力平衡系统。

背景技术

钢悬链线立管(SCR)一端连接着浮式生产系统一端连接着海底管线终端，是水下生产设施与浮式系统之间的关键的生产介质输送通道，由于其结构形式简单、对高温高压环境有较强的适应性，因此是深海开发中应用最为广泛的立管形式之一。但是如果钢悬链线立管(SCR)海床段长度受限或海床段土壤轴向刚度较小无法对整根立管提供充足的锚固抗力，在极端环境条件下浮式生产系统的运动会在立管海床段端部产生较大的轴向张力，导致立管向平台近向发生不可逆的运动，从而影响管线端部连接器及跨接管的完整性，造成整个系统的泄漏和破坏等问题。

发明内容

本发明提供了一种设于立管底部的张力平衡系统，能够平衡钢悬链线立管底部较大的张力，避免立管系统遭到破坏。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种设于立管底部的张力平衡系统，包括立管管线终端、张力平衡锚链及深水吸力桩；

张力平衡锚链，所述张力平衡锚链一端通过卸扣与管线终端的吊耳连接，另一端通过加强环与所述深水吸力桩上的水下ROV吊钩连接；所述张力平衡锚链由依次连接的加强环、特殊端环、端环、普通链环及卸扣组成；

深水吸力桩，所述深水吸力桩包括ROV平台和ROV吊钩，所述ROV吊钩固定于所述ROV平台上。

更进一步地，所述立管管线终端、所述张力平衡锚链及深水吸力桩的材料选择、腐蚀控制、在位强度、安装分析以及疲劳寿命满足承受300吨张力和保证30年水下使用寿命的要求。

更进一步地，所述张力平衡锚链通过300T卸扣与所述立管管线终端的吊耳连接；吊耳材质DH36-Z35，采用两侧贴板的方式保证连接结构的强度以及所述卸扣销轴的公差要求。

更进一步地，所述张力平衡锚链全长约90米，采用DNVGL-OS-E302 R4 级材质。

更进一步地，所述深水吸力桩采用API 2H Gr 50材质，直径为5m，桩长为20m，入泥深度为19m。

本发明的技术效果为：

本发明能够用于被动平衡钢悬链线立管端部较大张力，避免系统破坏，钢悬链线立管与立管管线终端相连通过张力平衡锚链将不平衡张力传到到吸力桩上，由于锚链单向受力特点实现了张力的被动平衡，以达到保护深水海管端部设施及与其相连的水下设施完整性及安全的目的。

立管管线终端一端通过一段预装水平直管短节与SCR起始铺设端焊接实现了立管底部张力的水平可靠传递，另一端通过终端框架延伸结构上的吊耳与张力平衡锚链上的300T卸扣连接，实现了张力转换，吊耳材质DH36-Z35，采用两侧贴板保证结构强度以及卸扣销轴的公差要求。

张力平衡锚链全长约90米，采用DNVGL-OS-E302 R4级材质，由加强环，特殊端环，端环，普通链环和卸扣组件构成；普通链环和端环为有档型，其他为无档型以防止安装中锚链扭结；锚链构件尺寸由两端逐步过渡到普通链环尺寸以方便水下连接；锚链强度依据API-RP-2SK设计，普通链环考虑12mm腐蚀余量后的锚链直径为58mm,最小安全工作张力为3396kN；张力平衡锚链一端通过卸扣与管线终端吊耳相连，一端通过加强环与吸力桩上的水下ROV吊钩相连，将立管底部张力最终传递给深水吸力桩。

深水吸力桩直径5m,桩长20m,入泥深度19m,桩身采用API 2H Gr 50材质，顶部设置有排水阀门和ROV操作平台方便沉桩及锚链连接作业；ROV吊钩内壁经过研磨以和加强环尺寸相匹配减少应力集中。

深水吸力桩设计规范依据API-RP-2A，DNV-OS-C102及API-RP-2SK，基于有限元分析方法校核桩身强度、抗侧向变形能力、桩身稳定性保证钢悬链线立管全生命周期内的张力平衡需求。

附图说明

图1为本发明中一个优选实施例的整体示意图；

图2为本发明中一个优选实施例中张力锚链布置图；

图3为本发明中一个优选实施例中深水吸力桩的立体示意图。

附图标记：1.立管管线终端；2.张力平衡锚链；3.深水吸力桩；21.加强环； 22.特殊端环；23.端环；24.普通链环；25.卸扣；31.ROV吊钩；32.ROV平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例，如图1到图3所示，本发明公开了一种设于立管底部的张力平衡系统，包括立管管线终端1、张力平衡锚链2及深水吸力桩3；

张力平衡锚链2，张力平衡锚链2一端通过卸扣25与管线终端的吊耳连接，另一端通过加强环21与深水吸力桩3上的水下ROV吊钩31连接；张力平衡锚链2由依次连接的加强环21、特殊端环22、端环23、普通链环24及卸扣25 组成；

深水吸力桩3，深水吸力桩3包括ROV平台32和ROV吊钩31，ROV吊钩31ROV平台32上。

立管管线终端1、张力平衡锚链2及深水吸力桩3的材料选择、腐蚀控制、在位强度、安装分析以及疲劳寿命满足承受300吨张力和保证30年水下使用寿命的要求。

张力平衡锚链2通过300T卸扣25与立管管线终端1的吊耳连接；吊耳材质DH36-Z35，采用两侧贴板的方式保证连接结构的强度以及所述卸扣25销轴的公差要求。

张力平衡锚链2全长约90米，采用DNVGL-OS-E302 R4级材质。

深水吸力桩3采用API 2H Gr 50材质，直径为5m，桩长为20m，入泥深度为19m。深水吸力桩3的桩身强度、抗侧向变形能力、桩身稳定性和腐蚀设计能够保证钢悬链线立管全生命周期内的张力平衡需求。

深水吸力桩3和张力平衡锚链2兼做钢悬链线立管J型铺设起始桩和起始缆，为立管起始铺设提供张力，简化了立管起始铺设安装作业。

本发明通过以下步骤进行实施：

1、按照立管管线终端1在线安装流程将终端临时固定在J型铺设塔内，按照SCR铺设程序完成立管首端与立管管线终端1的对中、焊接、检验及节点涂敷，并预装张力平衡锚链2及其他辅助索具；

2、将预装好的张力平衡锚链2和立管管线终端1随着管线J型铺设下放至深水吸力桩3顶部，同时由铺管船上吊机下放DMA和辅助浮筒及索具，下放过程由ROV全程监控；

3、将吊机索具通过ROV与预装在张力平衡锚链2上的安装索缆相连，继续下放张力平衡锚链2至部分触地，ROV将张力平衡锚链2上的加强环21与深水吸力桩3上的ROV吊钩相连接；

4、铺管船继续向前铺设SCR，同时逐步收紧张力平衡锚链2；

5、立管管线终端1下放就位后，铺管船正常铺设SCR，此时张力平衡锚链2处于张紧状态为SCR铺设提供初始铺设张力，ROV回收临时索具及浮筒。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。