[實用新型]一種基于頂張緊式立管的應力接頭

有效

• 申請號: 201120160912.7
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN202100226U
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 賈旭;張崎;矯濱田;黃一;鄒星;張日曦;許亮斌;劉剛;沙勇;徐陽
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海石油研究中心;大連理工大學
• 主分類號: E21B33/038
• 分類號: E21B33/038
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本實用新型涉及一種應力接頭，特別是關于一種基于頂張緊式立管的應力接頭。

背景技術

隨著深水開發活動的大大增加，深水開發的技術裝備也不斷面臨新的挑戰，對連接海底管線和平臺的立管系統提出了不同的要求。深水立管是一種柔性結構，它們常常是直接與剛性結構連接，當立管兩端與剛性結構固定連接時，特別是生產立管直接與海床固定連接或直接與浮式結構、平臺等固定連接時，其柔性會急劇減小甚至消失，這樣的連接部位彎曲強度在局部響應中處于十分重要的地位，因此，在進行深水立管設計時，就要在連接邊界附近慎重選擇結構形式，確定彎曲強度，以避免發生局部彎曲應力過大的現象。在深水立管系統當中這樣的結構通常被稱作應力接頭(Stress?Joint)。

應力接頭的主要特性與整個立管的彎曲強度變化直接相關，性能也直接受其幾何形狀影響，在深水立管系統當中，應力接頭的主要功能是將立管位移和荷載傳遞到固定或剛性端部，如平臺和海床等，因此在進行應力接頭設計時要充分考慮立管與接頭連接部位的力學特性及接頭的主要形式。目前，應力接頭的設計大都依據設計者的相關經驗，根據已有的應力接頭和服役海洋環境進行應力接頭設計，因此當服役區域的海洋環境及生產要求發生變化時，設計的應力接頭將很難滿足在該海洋環境下的功能性和經濟性的要求。

發明內容

針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠適合各種實際海洋環境，并能滿足功能性和經濟性要求，基于頂張緊式立管的應力接頭。

為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案：一種基于頂張緊式立管的應力接頭，其特征在于：所述應力接頭呈錐體形，其內徑恒定不變，外徑由頂端到底端逐漸變大，壁厚逐漸增加，所述應力接頭的頂端與立管連接，底端連接水下井頭系統。

所述應力接頭采用鈦鋁合金制成。

本實用新型由于采用以上技術方案，其具有以下優點：1、本實用新型的應力接頭采用鈦合金制成，與傳統鋼材料相比具有高強度、低彈性模量及耐腐蝕等優點。2、本實用新型的應力接頭呈錐體形，其內徑恒定不變，外徑由頂端到底端逐漸變大，結構簡單，力學性能優良，能夠有效的提高立管系統底部的抗彎剛度、降低彎曲應力，而且在建造工藝上也較易實現。3、本實用新型提供的設計參數α_j的優選取值范圍為1.1～1.5，并能夠基于設計情況和功能需求不斷分析設計結果，調整應力接頭的規格數據，獲得滿足各方面要求的最優設計方案，因此，具有經濟性。本實用新型的應力接頭結構簡單，力學性能優良，能夠適合各種實際海洋環境。

附圖說明

圖1是本實用新型應力接頭在整個頂張緊式立管系統中的位置示意圖

圖2是本實用新型應力接頭結構示意圖

圖3是本實用新型立管與應力接頭連接部位載荷示意圖

圖4是本實用新型應力接頭的坐標系統以及應力接頭頂端荷載情況示意圖

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。

如圖1所示，頂張緊式立管系統包括地面采油樹1、張緊器2、張緊器接頭3、立管4和立管接頭5。本實用新型的應力接頭6設置在整個頂張緊式立管系統的底部，其頂端與立管接頭5連接，底端通過回接接頭7與水下井頭系統連接。

如圖2所示，本實用新型的應力接頭6呈錐體形，其內徑恒定不變，外徑由頂端到底端逐漸變大，壁厚逐漸增加。

本實用新型的應力接頭6采用高強度、低彈性模量的鈦鋁合金制成，能夠承受來自于立管4的高應力、高彎矩和高疲勞荷載。

本實用新型的應力接頭6采用以下優化設計方法：

1、獲取基礎數據：基礎數據包括立管4的外部直徑Φ_e，立管4的壁厚t_end-min，立管4的彈性模量E_r和立管4的底部彎矩M₀。由于應力接頭6的頂部連接立管4的底部，因此，根據立管4的外部直徑Φ_e和立管4的壁厚t_end-min可以得到應力接頭6的頂端外部直徑Φ_e0和應力接頭6的內部直徑Φ_i，其中，應力接頭6的內部直徑Φ_i在整個應力接頭6中保持恒定。根據制備應力接頭6采用的材料，可以得到應力接頭6的彈性模量E。根據立管4的底部彎矩M₀和應力接頭6頂部的有效張力T₀可以得到應力接頭6的頂部轉角θ_j和應力接頭6頂部所受的聯合剪切載荷F₀。