水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法与流程

文档序号:11109992阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,该非对称式在线安装装置依据平衡管两侧的非对称式气胞体的随动漂移作用、平衡管和气胞体的平衡作用、连接索具的三点式吊装以及捕捉筒和牵引管间的三筒自动对中和锁紧机构,实现水下三级分离系统的稳定吊装、自动对中和锁紧及其与水下管汇和海底管道间的快速对接和在线安装,其特征在于:

该非对称式在线安装装置的整体设计采用非对称式构造,其中气胞体、吊装索具、连接索具、捕捉筒和牵引管采用立式布置,而平衡管和吊装底座则采用卧式布置;

一气胞体;所述气胞体采用非对称式双气胞构造,依据球形调偏机构完成随动漂移,自动调整安装装置水平方向的偏移量,同时依据非对称式平衡作用自动调整安装装置垂向位移量;气胞体的各部件采用分体式结构,小气胞和大气胞均采用倒锥形的气胞,且均由上球体和下锥体组成,其中上球体采用半球体,上球体顶部设有柱形凸台并配置排气阀;气胞体的球形调偏机构由调偏球体、调偏压盖和调偏本体组成,调偏球体与调偏压盖和调偏本体间采用球面副,调偏本体上端面的中央部位加工有半圆球面,调偏本体半圆球面的球心位于调偏本体的轴线上,调偏本体法兰盘的下端面上铣有环形凹槽,其内配有六边形金属环;调偏压盖上端面的中央部位钻有倒圆锥面,该倒圆锥面下端的调偏压盖腔壁上加工有半圆球面,调偏压盖的半圆球面与调偏本体的半圆球面始终保持同心,同时调偏压盖的半圆球面下部腔壁内衬有管状压套;调偏球体的中部由上而下依次采用倒锥体和柱体,而其下部则采用圆球面,该圆球面与调偏压盖和调偏本体的半圆球面始终保持同心,且该圆球面由上而下设有等间距分层布置的环形沟槽,调偏球体的下端切割有与其上部盘体端面相平行的切面;

一平衡管;所述平衡管采用卧式长管体,基管体的两侧端分别设置有法兰盘,各法兰盘的外侧均配置一个盲端法兰,从而将基管体分隔成独立的密闭腔室,基管体的左右两侧分别设置三通管,左右侧三通管采用非对称式的垂向布置且其上端均设置法兰盘,该法兰盘的上端面加工有与调偏本体法兰盘上相同规格大小的环形凹槽;上吊座和中支托均垂向设置,其中上吊座对称布置于基管体上部管体的两侧且位于左右侧三通管之间的位置,上吊座分为两组,中支托则采用非对称的方式布置于基管体的下部管体上,中支托分为三组;

一吊装索具和连接索具;所述吊装索具由一根主吊绳和两根分吊绳组成,且主吊绳与分吊绳之间呈星形布置,所述连接索具由三根连接绳和三组下支座组成,三根连接绳均垂向布置;主吊绳、分吊绳和连接绳均由绳接头、连接管和绳体构成,主吊绳配置一个连接管和绳体,每根分吊绳则配有一个绳接头、连接管和绳体,同时每根连接绳均配置两个绳接头和连接管及一个绳体,每组下支座由两个相互平行的侧板和一个水平放置的法兰盘拼接而成;

一吊装底座;所述吊装底座由槽钢和工字钢拼接而成,其整体轮廓呈现类船形,吊装底座中部的主“船”体呈矩形,其左侧的“船”艏呈等腰梯形,而其右侧的“船”艉呈矩形,由此三组捕捉筒和牵引管在吊装底座上呈三点式布置而构成三筒自动对中机构;

一捕捉筒;所述捕捉筒采用三个立式厚壁筒体,并分别布置于上吊装底座;捕捉基筒采用圆柱体和锥体相结合的筒体,其中部筒壁上钻有沿圆周方向均匀布置的柱形盲孔,每个柱形盲孔的底部加工有变截面的定位轴;捕捉基筒中部筒壁上的柱形盲孔内配置有由锁销和锁簧构成的锁紧机构,锁销采用阶梯轴结构,且锁销的内侧端面设有锲形坡口;

一牵引管;所述牵引管采用三个立式长管体,并分别布置于下吊装底座,其整体轮廓呈现类火箭形;支撑管采用锥管,牵引基管由锥管和柱管焊接而成,其锥管的外壁锥面的锥度与锁销上锲形坡口的倾斜度一致,且其柱管中部钻有与捕捉筒锁紧机构相配合的圆形孔眼;

水下三级分离系统非对称式在线安装方法为依托非对称式在线安装装置依次实施一整套作业流程,包括:水下管汇测量与定位作业、分离系统吊装作业、非对称式对中作业、气胞平衡管回收作业和分离系统对接作业,由此完成水下三级分离系统的在线快速安装。

2.根据权利要求1所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述气胞体的排气阀、调偏球体、调偏压盖和调偏本体均含有左右两个结构完全相同的单体,并分别与小气胞和大气胞一一对应,左右两个调偏压盖和调偏本体之间的轴线保持平行;

所述气胞体的非对称式双气胞包括小气胞和大气胞,小气胞和大气胞的下锥体采用倒圆锥体,且下锥体上部的大端圆面与小气胞和大气胞上球体的下端面结合处保持相切;

所述气胞体依靠波浪力和洋流内波力等随机载荷,球形调偏机构中的调偏球体自行调整角度并完成小气胞和大气胞的随动漂移,从而调整安装装置水平方向的偏移量。

3.根据权利要求1或2所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述调偏本体采用圆柱体,其下部通过法兰盘与平衡管进行连接;调偏本体法兰盘下端面上的环形凹槽截面呈等腰梯形,其内配置的六边形金属环采用粗金属环体;

所述调偏压盖的外环面由上而下依次为圆锥面和圆柱面,调偏压盖上端面中央部位的倒圆锥面小端圆面直径大于调偏球体中部柱体的外径,且该倒圆锥面的锥度大于气胞体的调偏角度,调偏压盖半圆球面下部的管状压套通过密封性管螺纹将调偏压盖与调偏本体相连接;

所述调偏球体的上部通过盘体而分别与小气胞和大气胞连接在一起,调偏球体倒锥体的锥度等于调偏压盖倒圆锥面的锥度;调偏球体的圆球面与调偏压盖和调偏本体的半圆球面采用间隙配合而构成球面副,调偏球体下端的切面中央部位处的腔壁采用圆锥面和柱面相结合的结构,调偏球体圆球面上的各层环形沟槽均沿调偏球体的圆球面倾斜放置,且各层环形沟槽中心线所在锥面的锥顶点均与调偏球体圆球面的球心保持同心,同时上面两层环形沟槽与调偏压盖的半圆球面进行配合,而下面两层环形沟槽与调偏本体的半圆球面进行配合。

4.根据权利要求1所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述平衡管上连气胞体和吊装索具且下接连接索具,基管体两侧端的各法兰盘和盲端法兰相结合的端面上均设有相同规格大小的环形凹槽,且法兰盘和盲端法兰上的两环形凹槽对称布置而构成环形空腔,该环形空腔内配置有六边形金属环;基管体左右两侧三通管的轴线分别与调偏压盖和调偏本体的轴线重合,左右侧三通管法兰盘上的环形凹槽和调偏本体法兰盘上环形凹槽的截面中心对称线所形成的中心圆柱面彼此间保持重合;

所述平衡管中的左右两组中支托位于左右侧三通管的正下方,而中间一组中支托的位置则依据水下三级分离器中第一级分离器的轴线而定;每组上吊座和中支托均含有两个单体且两单体平行放置,每组上吊座和中支托的两单体由半圆形钢板和矩形钢板组合而成。

5.根据权利要求1或4所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述吊装索具的主吊绳位于平衡管的中心对称面上且上接于施工船的吊机吊钩,吊装索具中两分吊绳的长度相等且对称布置于主吊绳两侧后接于上吊座;

所述连接索具实现水下三级分离器的三点式吊装,三根连接绳长度依据水下三级分离器的各接口位置而定,且每根连接绳的两端分别连接中支托和下支座;下支座采用垂向布置且与中支托一一对应,每组下支座的两侧板与上吊座和中支托两单体的结构和规格相同;

所述连接索具中连接绳的两绳接头和连接管对称布置于连接绳的绳体两侧端并连为一体,主吊绳、分吊绳和连接绳的绳接头的一侧端由半圆柱体和四方体组合而成,且其另一侧端采用变截面轴,而连接管则采用长管体,其内壁采用阶梯回转面来固定绳体的绳端部。

6.根据权利要求1所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述吊装底座的上吊装底座和下吊装底座的结构和规格相同,上吊装底座完成水下三级分离器的成撬和吊装,而下吊装底座则与水下采油树和水下管汇连为一体并完成水下三级分离器的对中和支撑;吊装底座中部的主“船”体上布置水下三级分离器,其左侧的“船”艏中部配置一组捕捉筒和牵引管,且其右侧的“船”艉两侧对称布置两组捕捉筒和牵引管。

7.根据权利要求1所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述捕捉筒配有均匀排列的锁紧机构,捕捉基筒的内筒壁采用变截面回转体结构,其内筒壁的中部钻成圆柱面,该圆柱面的上端和下端分别钻成圆锥面,捕捉基筒内筒壁的上端圆锥面小端圆面的直径、中部圆柱面和下端圆锥面小端圆面的直径相等,同时其内筒壁上端圆锥面的锥度和锥高均小于其内筒壁下端圆锥面的锥度和锥高;捕捉基筒柱形盲孔底部的定位轴采用阶梯轴结构,且定位轴的截面变化处形成轴肩以定位贯穿其外的锁簧一侧端;

所述捕捉筒的锁销外环面与捕捉基筒柱形盲孔的孔壁精密配合而形成移动副,锁销内侧端面的锲形坡口朝下布置;锁销外侧端面的截面变化处形成轴肩以定位贯穿其外的锁簧另一侧端,通过锁簧的伸缩运动来带动锁销进行内外滑移而实现捕捉筒与牵引管间的自动锁紧。

8.根据权利要求1或7所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述牵引管通过牵引捕捉筒实现吊装和对中作业中的自动对中,牵引基管的下端焊有盘形钢板且盘形钢板的底端与下吊装底座的底端相平齐,牵引基管中锥管的外壁锥面大端圆面的直径和牵引基管中柱管的外径均等于捕捉基筒内筒壁中部圆柱面的直径,牵引基管中柱管中部的各圆形孔眼的孔壁与锁销的外环面间采用间隙配合;支撑管中锥管的外壁锥面的锥度等于捕捉基筒内筒壁的下端圆锥面的锥度,同时大于牵引基管中锥管的外壁锥面的锥度。

9.根据权利要求1所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述分离系统吊装作业的流程为,打开排气阀向气胞体的小气胞和大气胞以及平衡管的基管体内依次充入微正压的气体,通过平衡管将气胞体、吊装索具和连接索具连为一体,然后将各捕捉筒预制于上吊装底座,并通过上吊装底座完成水下三级分离器的成撬,接着通过连接索具的三个下支座将水下三级分离器接于气胞体和平衡管的下部,实现连接索具的三点式吊装;最后,依据所测定的水下管汇和下吊装底座相对位置参数,通过施工船上的吊机和吊装索具下放水下三级分离器,吊装下放过程中依据非对称式气胞体的随动漂移作用以及平衡管和气胞体的平衡作用而将水下三级分离器顺利稳定吊装至水下管汇的接口位置;

所述非对称式对中作业的流程为,对中作业中依据非对称式气胞体的随动漂移作用平衡掉波浪力和洋流内波力等随机载荷,自动调整水下三级分离器水平方向的偏移量,同时依据气胞体和平衡管的非对称式平衡作用平衡掉垂向振荡载荷,自动调整水下三级分离器的垂向位移量;然后,利用水下机器人以及捕捉筒和牵引管间的三筒自动对中机构,实现水下三级分离器和上吊装底座与下吊装底座间的自动对中;最后,继续吊装下放水下三级分离器,依据捕捉基筒内所配置锁紧机构的锁销与牵引基管上圆形孔眼间的配合,实现水下三级分离器和上吊装底座与下吊装底座间的自动锁紧。

10.根据权利要求1所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法,其特征在于:所述分离系统对接作业的流程为,依据平衡管的平衡作用并通过吊机、吊装索具和连接索具依次将连接油管稳定吊装至水下三级分离器油气汇集管道下端的接口,并利用水下机器人和连接油管将水下输油管接于水下三级分离器;然后,将连接水管稳定吊装至水下三级分离器排水管道下端的接口,并利用水下机器人和连接水管将水下输水管与水下三级分离器连为一体;最后,依据平衡管的平衡作用将跨接油管稳定吊装至水下管汇接口和水下三级分离器入口之间的位置,利用水下机器人和跨接油管将水下三级分离器接于水下采油树和水下管汇,从而实现海底油气井产出液在水下直接进行油气水分离和含油污水处理。

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