專利名稱：深水立管的安裝方法
技術領域：
本發明涉及安裝方法，尤其涉及一種利用鋪管船進行深水立管的安裝方法，屬于海洋石油工程領域。
背景技術：
海底管道鋪設是油氣田開發建設的一個重要組成部分，對海上油氣田的開發、生產和產品外輸等方面起著十分重要的作用。其中深水立管的安裝是深水油氣田開發工程中較復雜、同時也是極其重要的部分。一般海底管道的鋪設需在鋪管船上進行，在海底管道鋪設完畢后，進行深水立管部分的安裝，但是僅僅依靠鋪管船難以獨立實現立管的安裝，需要動用輔助船舶來完成立管安裝過程中的水下操作和張力轉化，或者需要帶有中、大型起重設備的鋪管船來完成。隨著海洋石油開發不斷向深水領域的邁進，海底管道的鋪設水深越來越深，對于深水海底管道鋪設技術要求也越來越高。目前，采油平臺的作業水深已達3000m，鉆井深度超過萬米，海底管道的鋪設水深也達到了 3000m左右。當海底管道鋪設水深增加時，其中的立管則會更長，如仍采用上述方法，其安裝工藝過程則更為復雜；且由于安裝設備安裝于鋪管船上，而鋪管船甲板空間是用于儲存管道，若設備長期放置于甲板上則大大降低了鋪管船的鋪管能力。由于目前船舶甲板上的作業設備都是通過焊接長期固定的，不輕易拆卸，但對于鋪管船來說，甲板面積也是決定鋪管能力很重要的一方面。而目前尚無對較大型設備的快速拆裝的裝置，所以研發此種裝置顯得尤為重要。另一種方法是需要專用的深水立管安裝船舶；由于專用的深水立管安裝船舶屬于稀缺資源，購置費用昂貴，因此，采用此種方法將會導致安裝費用的增加。
發明內容
本發明的主要目的在于克服現有技術存在的上述缺點，而提供一種深水立管的安裝方法，其操作簡便，易于控制，不需要動用輔助船舶或專用的深水立管安裝船舶，便可在普通的鋪管船上實現深水立管安裝功能的一體化；同時，降低了安裝時間及安裝成本。本發明的目的是由以下技術方案實現的一種深水立管的安裝方法，其特征在于采用以下步驟第一步安裝深水立管安裝專用設備將深水立管安裝專用設備整體吊起，并通過自適應轉換接頭快速連接至船舶甲板上的臨時支腿上；第二步船舶就位，下放收放絞車纜繩(1)將收放絞車纜繩通過安裝于船舶上的導向滑輪，引導通過深水立管安裝專用設備上的頂部滑輪；(2)收放絞車纜繩通過頂部導向滑輪，立管固定裝置開始豎直下放，收放絞車纜繩限位裝置伸出，纜繩進入到護線卡內，收放絞車纜繩限位裝置閉合進行限位，纜繩繼續下放直至到達立管棄管封頭上方，并連接于立管棄管封頭上；第三步回收立管回收收放絞車纜繩，增加收放絞車張力，當纜繩張力達到設定值后，移動船舶，直至將立管提升至水面；第四步立管固定，更換封頭(1)打開收放絞車纜繩限位裝置并縮回；(2)打開立管固定裝置，繼續緩慢提升立管，直至立管頭懸掛環高于立管固定裝置，閉合立管固定裝置；(3)下放立管，使立管頭懸掛環坐于立管固定裝置上，鎖緊立管固定裝置，移除收放絞車纜繩，切割立管棄管封頭，并安裝牽引頭；第五步張力轉換(1)將收放絞車纜繩和平臺上的牽引纜繩分別連接于牽引頭上，打開立管固定裝置鎖緊裝置，提升立管使立管頭懸掛環脫離立管固定裝置；(2)打開立管固定裝置，開始下放立管通過立管固定裝置，緩慢下放收放絞車纜繩，開始張力轉換，同時，回收牽引纜繩，并逐漸的將牽引力由收放絞車纜繩全部轉換至牽引纜繩上；第六步立管安裝(1)繼續回收牽引纜繩，直至立管到達平臺預定位置；(2)切割牽引頭，并連接于平臺上。所述第二步中頂部滑輪與立管安裝專用設備上的立管固定裝置中心及收放絞車纜繩限位裝置中心共線；纜繩下放直至到達立管棄管封頭上方后，是在水下機器人的輔助下，將纜繩連接于立管棄管封頭上；所述第三步中，回收纜繩和移動船舶過程為交替或同時進行。所述第五步中，當收放絞車纜繩張力變為零后，立管載荷已全部由牽引纜繩承擔， 此時，利用水下機器人解脫收放絞車纜繩并回收。所述第一步中，自適應轉換接頭包括一外筒、一頂部端蓋，該外筒與頂部端蓋連接為一體；頂部端蓋上安裝有一插栓，插栓與外筒之間填充有頂部緩沖墊，頂部緩沖墊的下面安裝有中部限位擋圈，中部限位擋圈的下面環繞頂部端蓋安裝有數個側向緩沖墊和內側滑移塊，側向緩沖墊和內側滑移塊連接為一體；活動單元上端安裝于外筒內側，下端的插尖外露與臨時支腿相配合，活動單元外側連接有一底部限位擋圈，活動單元可相對于外筒軸向移動。所述插栓安裝在頂部端蓋上中心位置處。所述頂部緩沖墊為環形，并采用橡膠材料制成；中部限位擋圈帶有限位擋圈滑槽； 側向緩沖墊為弧形，并采用橡膠材料制成；內側滑移塊為鋼塊。所述活動單元為上面具有防脫落端面，下面具有插尖的中空結構。本發明的有益效果本發明由于采用上述技術方案，其操作簡便，易于控制，不需要動用輔助船舶或專用的深水立管安裝船舶，便可在普通的鋪管船上實現深水立管安裝功能的一體化；同時，降低了安裝時間及安裝成本。同時，其自適應轉換接頭使得立管專用安裝設備的安裝與拆卸方便快捷，并可使其按照需求應用到不同的鋪管或安裝作業船上。
圖1為本發明深水立管專用安裝設備立體示意圖。圖2為本發明深水立管專用安裝設備主體塔架立體示意圖。圖3為本發明自適應轉換接頭剖面示意圖。圖4為本發明自適應轉換接頭立體示意圖；圖5. 1為本發明船舶就位，下放纜繩示意圖。圖5. 2為本發明回收立管示意圖。圖5. 3為本發明連接浮式平臺放出的牽引纜繩示意圖。圖5. 4為本發明張力轉換示意圖。圖5. 5為本發明牽引纜提升立管示意圖。圖5. 6為本發明立管安裝完畢示意圖。圖6為本發明牽引頭立體示意圖。圖中主要標號說明1主體塔架、2頂部滑輪、3立管固定裝置、4收放絞車纜繩限位裝置、5自適應轉換接頭、6臨時支腿、7安裝船舶、8浮式生產裝置、9浮標、10牽引纜、11主腿管立柱、12工作平臺、13主支撐梁層、14錐形頂部層、15垂向吊裝面、16撐桿、17內向側、18外向側、19垂向輔助面、20海床、21立管、22立管棄管封頭、23水下機器人、24收放絞車纜繩、25立管牽引頭、251牽引頭連接環、252牽引頭連接環、253牽引頭座、51外筒、52頂部端蓋、53插栓、54 頂部緩沖墊、55中部限位擋圈、56限位擋圈滑槽、57側向緩沖墊、58內側滑移塊、59防脫落端面、510活動單元、511底部限位擋圈、512插尖、513環向限位筋板。
具體實施例方式如圖1-圖4所示，本發明的自適應轉換接頭5包括外筒51、頂部端蓋52，外筒 51與頂部端蓋52采用方式連接為一體，頂部端蓋52中心焊接有一帶倒角的插栓53，插栓 53與外筒51之間填充有頂部緩沖墊M，本實施例為頂部緩沖墊M環形，并采用橡膠材料制成。頂部緩沖墊M的下面安裝有帶限位擋圈滑槽56的中部限位擋圈55，帶限位擋圈滑槽56的中部限位擋圈55具有輔助限位定位功能。中部限位擋圈55的下面環繞頂部端蓋52安裝有數個側向緩沖墊57和數個內側滑移塊58，并與限位擋圈滑槽56相配合對緩沖路徑進行導向和限位。本實施例為側向緩沖墊57為弧形，并采用橡膠材料制成；內側滑移塊58為鋼塊。側向緩沖橡膠57和內側滑移塊58通過螺栓連接或膠結連接到一起；然后，安裝活動單元510，活動單元510的上端安裝于外筒51內側，下端的插尖外露與臨時支腿6相配合，活動單元510外側連接有一底部限位擋圈511，活動單元510可相對于外筒51 軸向移動；活動單元510為上面具有防脫落端面59，下面具有插尖512的中空結構，防脫落端面59 —側安裝在外筒51內。本實施例為在活動單元510外側底部連接一底部限位擋圈511，使得外露的插尖512與臨時支腿配合，將整個自適應轉換接頭5通過外筒51與主體塔架1支腿之間采用焊接方式連為一體。自適應轉換接頭5與主體塔架1連接為整體后再與底部臨時支腿6進行對接安裝，最后，通過側向筋板將主體塔架1上、下支腿焊接為一體。 上述結構在主體塔架1安裝時，通過插尖512和船上臨時支腿6的配合實現預定位；在安裝過程中，通過活動單元510和側向緩沖墊57以及頂部緩沖墊M的之間的協調，以防止過大的剛性碰撞，另外，還可以消除安裝殘余應力。通過環向限位筋板513的加強作用，使整套機構具備了足夠的剛度，滿足了工作強度要求。本發明通過自適應轉換接頭5使得主體塔架1的主支撐腿11與船上臨時支撐腿6對接，最終將主體塔架1安裝到船上，用于安裝深
水立管。如圖2所示，本發明包括數個由主腿管立柱11通過撐桿16連接構成的主體框架， 主體框架上設有工作平臺12、主支撐梁層13及錐形頂部層14三層水平層，主體框架為以管材焊接結構為主的鋼結構；考慮到輕便省材的需要，主體框架設為錐形或梯形；上部的錐形頂部層14為框架式結構，主要用于支撐和固定滑輪及添加防雨掩體，下部的工作平臺 12采用工字鋼焊接骨架及花紋鋼板鋪設，為向外伸出的懸臂式結構，外伸部分開了數個方形孔用于支撐固定立管的裝置，以便于立管提升、下放和收放絞車纜繩的歸位、轉移等；中間主體塔架設有主支撐梁層13，主支撐梁層13為框架式結構，主要用于加強主體塔架整體強度；豎直方向上包括垂向吊裝面16、內向側17、外向側18、垂向輔助面19等。垂向吊裝面15主要用于為立管塔架提供吊裝面，同時，增強主體塔架強度；內向側17主要受壓，設計為網格狀鋼結構，外向側18主要承受拉力，采用兩根或三根鋼管斜拉，垂向輔助面19主要承受壓力，采用方格網狀式或桁架結構，連接方式為焊接。如圖5所示，首先，將安裝船舶7定位于立管棄管封頭22上方海面附近，進行深水預鋪設立管21的安裝，立管的安裝采用以下步驟第一步安裝深水立管安裝專用設備將深水立管安裝專用設備整體吊起，對準安裝在船舶甲板上的臨時支腿6，并通過自適應轉換接頭5快速連接至船舶甲板上的臨時支腿6上；第二步安裝船舶7就位，下放收放絞車纜繩M(1)將安裝船舶7上的收放絞車纜繩M通過安裝于安裝船舶7上的導向滑輪，引導通過深水立管安裝專用設備上的頂部滑輪2 ；頂部滑輪2外側與立管安裝專用設備上的立管固定裝置3中心及收放絞車纜繩限位裝置4中心共線；(2)收放絞車纜繩M通過設備頂部導向滑輪2，立管固定裝置3打開，開始豎直下放收放絞車纜繩24，收放絞車纜繩限位裝置4伸出，纜繩進入到護線卡內，收放絞車纜繩限位裝置4閉合進行限位，纜繩繼續下放直至收放絞車纜繩到達立管棄管封頭22上方約兩米的位置，繼續緩慢下放收放絞車纜繩24，并在水下機器人23的輔助下，將收放絞車纜繩M 連接于立管棄管封頭22上；第三步回收立管開始回收收放絞車纜繩M，增加收放絞車張力，在收放絞車纜繩張力達到設定值后，移動安裝船舶7，此處纜繩回收和移船過程交替或同時進行；直至立管提升至水面；第四步立管固定，更換封頭(1)打開收放絞車纜繩限位裝置4并縮回，避免立管繼續向上提升時發生碰撞；(2)打開立管固定裝置3，繼續緩慢提升立管21，直至立管棄管封頭22懸掛環略高于立管固定裝置3，閉合立管固定裝置3 ；(3)下放立管，使立管頭懸掛環坐于立管固定裝置3上，鎖緊立管固定裝置3，移除收放絞車纜繩24，切割立管棄管封頭22，安裝牽引頭25 ；如圖6所示，利用安裝船舶7上的輔助吊機將立管牽引頭吊25起，使牽引頭座253與位于立管固定裝置3上的立管端部對接，并利用焊機將二者焊接在一起，牽引頭連接環 251,252分別與牽引纜10和收放絞車纜繩相連接。第五步張力轉換(1)打開立管固定裝置3的鎖緊裝置，提升立管使管頭懸掛環脫離立管固定裝置 3 ；(2)打開立管固定裝置3，開始下放立管通過立管固定裝置3，緩慢下放收放絞車纜繩M，開始張力轉換，同時，回收牽引纜10，逐漸的將牽引力由收放絞車纜繩M全部轉換至牽引纜10上；當收放絞車纜繩M張力為零后，立管載荷全部由牽引纜10承擔，此時，利用水下機器人23解脫收放絞車纜繩M ；第六步立管安裝(1)繼續回收牽引纜10，直至到達浮式生產裝置8的預定位置；(2)切割牽引頭25，并連接于浮式生產裝置8上。上述主體塔架、頂部滑輪、立管固定裝置、收放絞車纜繩限位裝置為已知技術。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種深水立管的安裝方法，其特征在于采用以下步驟第一步安裝深水立管安裝專用設備將深水立管安裝專用設備整體吊起，并通過自適應轉換接頭快速連接至船舶甲板上的臨時支腿上；第二步船舶就位，下放收放絞車纜繩(1)將收放絞車纜繩通過安裝于船舶上的導向滑輪，引導通過深水立管安裝專用設備上的頂部滑輪；(2)收放絞車纜繩通過頂部導向滑輪，立管固定裝置開始豎直下放，收放絞車纜繩限位裝置伸出，纜繩進入到護線卡內，收放絞車纜繩限位裝置閉合進行限位，纜繩繼續下放直至到達立管棄管封頭上方，并連接于立管棄管封頭上；第三步回收立管回收收放絞車纜繩，增加收放絞車張力，當纜繩張力達到設定值后，移動船舶，直至將立管提升至水面；第四步立管固定，更換封頭(1)打開收放絞車纜繩限位裝置并縮回；(2)打開立管固定裝置，繼續緩慢提升立管，直至立管頭懸掛環高于立管固定裝置，閉合立管固定裝置；(3)下放立管，使立管頭懸掛環坐于立管固定裝置上，鎖緊立管固定裝置，移除收放絞車纜繩，切割立管棄管封頭，并安裝牽引頭；第五步張力轉換(1)將收放絞車纜繩和平臺上的牽引纜繩分別連接于牽引頭上，打開立管固定裝置鎖緊裝置，提升立管使立管頭懸掛環脫離立管固定裝置；(2)打開立管固定裝置，開始下放立管通過立管固定裝置，緩慢下放收放絞車纜繩，開始張力轉換，同時，回收牽引纜繩，并逐漸的將牽引力由收放絞車纜繩全部轉換至牽引纜繩上；第六步立管安裝(1)繼續回收牽引纜繩，直至立管到達平臺預定位置；(2)切割牽引頭，并連接于平臺上。
2.根據權利要求1所述的深水立管的安裝方法，其特征在于所述第二步中頂部滑輪與立管安裝專用設備上的立管固定裝置中心及收放絞車纜繩限位裝置中心共線；纜繩下放直至到達立管棄管封頭上方后，是在水下機器人的輔助下，將纜繩連接于立管棄管封頭上；
3.根據權利要求1所述的深水立管的安裝方法，其特征在于所述第三步中，回收纜繩和移動船舶過程為交替或同時進行。
4.根據權利要求1所述的深水立管的安裝方法，其特征在于所述第五步中，當收放絞車纜繩張力變為零后，立管載荷已全部由牽引纜繩承擔，此時，利用水下機器人解脫收放絞車纜繩并回收。
5.根據權利要求1所述的深水立管的安裝方法，其特征在于所述第一步中，自適應轉換接頭包括一外筒、一頂部端蓋，該外筒與頂部端蓋連接為一體；頂部端蓋上安裝有一插栓，插栓與外筒之間填充有頂部緩沖墊，頂部緩沖墊的下面安裝有中部限位擋圈，中部限位擋圈的下面環繞頂部端蓋安裝有數個側向緩沖墊和內側滑移塊，側向緩沖墊和內側滑移塊連接為一體；活動單元上端安裝于外筒內側，下端的插尖外露與臨時支腿相配合，活動單元外側連接有一底部限位擋圈，活動單元可相對于外筒軸向移動。
6.根據權利要求5所述的深水立管的安裝方法，其特征在于所述插栓安裝在頂部端蓋上中心位置處。
7.根據權利要求5所述的深水立管的安裝方法，其特征在于所述頂部緩沖墊為環形， 并采用橡膠材料制成；中部限位擋圈帶有限位擋圈滑槽；側向緩沖墊為弧形，并采用橡膠材料制成；內側滑移塊為鋼塊。
8.根據權利要求5所述的深水立管的安裝方法，其特征在于所述活動單元為上面具有防脫落端面，下面具有插尖的中空結構。
全文摘要
一種深水立管的安裝方法，采用以下步驟一將深水立管安裝專用設備整體吊起，并通過自適應轉換接頭快速連接至船舶甲板上的臨時支腿上；二船舶就位，下放收放絞車纜繩；三回收收放絞車纜繩，增加收放絞車張力，當纜繩張力達到設定值后，移動船舶，直至將立管提升至水面；四立管固定，更換封頭；五打開立管固定裝置，開始通過下放收放絞車纜繩下放立管，開始張力轉換；六回收牽引纜繩，直至立管到達平臺預定位置，切割牽引頭，并連接于平臺上，完成立管安裝。本發明操作簡便，易于控制，不需要動用輔助船舶或專用的深水立管安裝船舶，便可在普通的鋪管船上實現深水立管安裝功能的一體化；同時，降低了安裝時間及安裝成本。
文檔編號F16L1/15GK102359660SQ201110253910
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者何寧, 李麗娜, 李志剛, 段夢蘭, 王輝, 趙冬巖, 陳瑞艷 申請人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(北京), 海洋石油工程股份有限公司