专利名称：深水立管的安装方法
技术领域：
本发明涉及安装方法，尤其涉及一种利用铺管船进行深水立管的安装方法，属于海洋石油工程领域。
背景技术：
海底管道铺设是油气田开发建设的一个重要组成部分，对海上油气田的开发、生产和产品外输等方面起着十分重要的作用。其中深水立管的安装是深水油气田开发工程中较复杂、同时也是极其重要的部分。一般海底管道的铺设需在铺管船上进行，在海底管道铺设完毕后，进行深水立管部分的安装，但是仅仅依靠铺管船难以独立实现立管的安装，需要动用辅助船舶来完成立管安装过程中的水下操作和张力转化，或者需要带有中、大型起重设备的铺管船来完成。随着海洋石油开发不断向深水领域的迈进，海底管道的铺设水深越来越深，对于深水海底管道铺设技术要求也越来越高。目前，采油平台的作业水深已达3000m，钻井深度超过万米，海底管道的铺设水深也达到了 3000m左右。当海底管道铺设水深增加时，其中的立管则会更长，如仍采用上述方法，其安装工艺过程则更为复杂；且由于安装设备安装于铺管船上，而铺管船甲板空间是用于储存管道，若设备长期放置于甲板上则大大降低了铺管船的铺管能力。由于目前船舶甲板上的作业设备都是通过焊接长期固定的，不轻易拆卸，但对于铺管船来说，甲板面积也是决定铺管能力很重要的一方面。而目前尚无对较大型设备的快速拆装的装置，所以研发此种装置显得尤为重要。另一种方法是需要专用的深水立管安装船舶；由于专用的深水立管安装船舶属于稀缺资源，购置费用昂贵，因此，采用此种方法将会导致安装费用的增加。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种深水立管的安装方法，其操作简便，易于控制，不需要动用辅助船舶或专用的深水立管安装船舶，便可在普通的铺管船上实现深水立管安装功能的一体化；同时，降低了安装时间及安装成本。本发明的目的是由以下技术方案实现的一种深水立管的安装方法，其特征在于采用以下步骤第一步安装深水立管安装专用设备将深水立管安装专用设备整体吊起，并通过自适应转换接头快速连接至船舶甲板上的临时支腿上；第二步船舶就位，下放收放绞车缆绳(1)将收放绞车缆绳通过安装于船舶上的导向滑轮，引导通过深水立管安装专用设备上的顶部滑轮；(2)收放绞车缆绳通过顶部导向滑轮，立管固定装置开始竖直下放，收放绞车缆绳限位装置伸出，缆绳进入到护线卡内，收放绞车缆绳限位装置闭合进行限位，缆绳继续下放直至到达立管弃管封头上方，并连接于立管弃管封头上；第三步回收立管回收收放绞车缆绳，增加收放绞车张力，当缆绳张力达到设定值后，移动船舶，直至将立管提升至水面；第四步立管固定，更换封头(1)打开收放绞车缆绳限位装置并缩回；(2)打开立管固定装置，继续缓慢提升立管，直至立管头悬挂环高于立管固定装置，闭合立管固定装置；(3)下放立管，使立管头悬挂环坐于立管固定装置上，锁紧立管固定装置，移除收放绞车缆绳，切割立管弃管封头，并安装牵引头；第五步张力转换(1)将收放绞车缆绳和平台上的牵引缆绳分别连接于牵引头上，打开立管固定装置锁紧装置，提升立管使立管头悬挂环脱离立管固定装置；(2)打开立管固定装置，开始下放立管通过立管固定装置，缓慢下放收放绞车缆绳，开始张力转换，同时，回收牵引缆绳，并逐渐的将牵引力由收放绞车缆绳全部转换至牵引缆绳上；第六步立管安装(1)继续回收牵引缆绳，直至立管到达平台预定位置；(2)切割牵引头，并连接于平台上。所述第二步中顶部滑轮与立管安装专用设备上的立管固定装置中心及收放绞车缆绳限位装置中心共线；缆绳下放直至到达立管弃管封头上方后，是在水下机器人的辅助下，将缆绳连接于立管弃管封头上；所述第三步中，回收缆绳和移动船舶过程为交替或同时进行。所述第五步中，当收放绞车缆绳张力变为零后，立管载荷已全部由牵引缆绳承担， 此时，利用水下机器人解脱收放绞车缆绳并回收。所述第一步中，自适应转换接头包括一外筒、一顶部端盖，该外筒与顶部端盖连接为一体；顶部端盖上安装有一插栓，插栓与外筒之间填充有顶部缓冲垫，顶部缓冲垫的下面安装有中部限位挡圈，中部限位挡圈的下面环绕顶部端盖安装有数个侧向缓冲垫和内侧滑移块，侧向缓冲垫和内侧滑移块连接为一体；活动单元上端安装于外筒内侧，下端的插尖外露与临时支腿相配合，活动单元外侧连接有一底部限位挡圈，活动单元可相对于外筒轴向移动。所述插栓安装在顶部端盖上中心位置处。所述顶部缓冲垫为环形，并采用橡胶材料制成；中部限位挡圈带有限位挡圈滑槽； 侧向缓冲垫为弧形，并采用橡胶材料制成；内侧滑移块为钢块。所述活动单元为上面具有防脱落端面，下面具有插尖的中空结构。本发明的有益效果本发明由于采用上述技术方案，其操作简便，易于控制，不需要动用辅助船舶或专用的深水立管安装船舶，便可在普通的铺管船上实现深水立管安装功能的一体化；同时，降低了安装时间及安装成本。同时，其自适应转换接头使得立管专用安装设备的安装与拆卸方便快捷，并可使其按照需求应用到不同的铺管或安装作业船上。
图1为本发明深水立管专用安装设备立体示意图。图2为本发明深水立管专用安装设备主体塔架立体示意图。图3为本发明自适应转换接头剖面示意图。图4为本发明自适应转换接头立体示意图；图5. 1为本发明船舶就位，下放缆绳示意图。图5. 2为本发明回收立管示意图。图5. 3为本发明连接浮式平台放出的牵引缆绳示意图。图5. 4为本发明张力转换示意图。图5. 5为本发明牵引缆提升立管示意图。图5. 6为本发明立管安装完毕示意图。图6为本发明牵引头立体示意图。图中主要标号说明1主体塔架、2顶部滑轮、3立管固定装置、4收放绞车缆绳限位装置、5自适应转换接头、6临时支腿、7安装船舶、8浮式生产装置、9浮标、10牵引缆、11主腿管立柱、12工作平台、13主支撑梁层、14锥形顶部层、15垂向吊装面、16撑杆、17内向侧、18外向侧、19垂向辅助面、20海床、21立管、22立管弃管封头、23水下机器人、24收放绞车缆绳、25立管牵引头、251牵引头连接环、252牵引头连接环、253牵引头座、51外筒、52顶部端盖、53插栓、54 顶部缓冲垫、55中部限位挡圈、56限位挡圈滑槽、57侧向缓冲垫、58内侧滑移块、59防脱落端面、510活动单元、511底部限位挡圈、512插尖、513环向限位筋板。
具体实施例方式如图1-图4所示，本发明的自适应转换接头5包括外筒51、顶部端盖52，外筒 51与顶部端盖52采用方式连接为一体，顶部端盖52中心焊接有一带倒角的插栓53，插栓 53与外筒51之间填充有顶部缓冲垫M，本实施例为顶部缓冲垫M环形，并采用橡胶材料制成。顶部缓冲垫M的下面安装有带限位挡圈滑槽56的中部限位挡圈55，带限位挡圈滑槽56的中部限位挡圈55具有辅助限位定位功能。中部限位挡圈55的下面环绕顶部端盖52安装有数个侧向缓冲垫57和数个内侧滑移块58，并与限位挡圈滑槽56相配合对缓冲路径进行导向和限位。本实施例为侧向缓冲垫57为弧形，并采用橡胶材料制成；内侧滑移块58为钢块。侧向缓冲橡胶57和内侧滑移块58通过螺栓连接或胶结连接到一起；然后，安装活动单元510，活动单元510的上端安装于外筒51内侧，下端的插尖外露与临时支腿6相配合，活动单元510外侧连接有一底部限位挡圈511，活动单元510可相对于外筒51 轴向移动；活动单元510为上面具有防脱落端面59，下面具有插尖512的中空结构，防脱落端面59 —侧安装在外筒51内。本实施例为在活动单元510外侧底部连接一底部限位挡圈511，使得外露的插尖512与临时支腿配合，将整个自适应转换接头5通过外筒51与主体塔架1支腿之间采用焊接方式连为一体。自适应转换接头5与主体塔架1连接为整体后再与底部临时支腿6进行对接安装，最后，通过侧向筋板将主体塔架1上、下支腿焊接为一体。 上述结构在主体塔架1安装时，通过插尖512和船上临时支腿6的配合实现预定位；在安装过程中，通过活动单元510和侧向缓冲垫57以及顶部缓冲垫M的之间的协调，以防止过大的刚性碰撞，另外，还可以消除安装残余应力。通过环向限位筋板513的加强作用，使整套机构具备了足够的刚度，满足了工作强度要求。本发明通过自适应转换接头5使得主体塔架1的主支撑腿11与船上临时支撑腿6对接，最终将主体塔架1安装到船上，用于安装深
水立管。如图2所示，本发明包括数个由主腿管立柱11通过撑杆16连接构成的主体框架， 主体框架上设有工作平台12、主支撑梁层13及锥形顶部层14三层水平层，主体框架为以管材焊接结构为主的钢结构；考虑到轻便省材的需要，主体框架设为锥形或梯形；上部的锥形顶部层14为框架式结构，主要用于支撑和固定滑轮及添加防雨掩体，下部的工作平台 12采用工字钢焊接骨架及花纹钢板铺设，为向外伸出的悬臂式结构，外伸部分开了数个方形孔用于支撑固定立管的装置，以便于立管提升、下放和收放绞车缆绳的归位、转移等；中间主体塔架设有主支撑梁层13，主支撑梁层13为框架式结构，主要用于加强主体塔架整体强度；竖直方向上包括垂向吊装面16、内向侧17、外向侧18、垂向辅助面19等。垂向吊装面15主要用于为立管塔架提供吊装面，同时，增强主体塔架强度；内向侧17主要受压，设计为网格状钢结构，外向侧18主要承受拉力，采用两根或三根钢管斜拉，垂向辅助面19主要承受压力，采用方格网状式或桁架结构，连接方式为焊接。如图5所示，首先，将安装船舶7定位于立管弃管封头22上方海面附近，进行深水预铺设立管21的安装，立管的安装采用以下步骤第一步安装深水立管安装专用设备将深水立管安装专用设备整体吊起，对准安装在船舶甲板上的临时支腿6，并通过自适应转换接头5快速连接至船舶甲板上的临时支腿6上；第二步安装船舶7就位，下放收放绞车缆绳M(1)将安装船舶7上的收放绞车缆绳M通过安装于安装船舶7上的导向滑轮，引导通过深水立管安装专用设备上的顶部滑轮2 ；顶部滑轮2外侧与立管安装专用设备上的立管固定装置3中心及收放绞车缆绳限位装置4中心共线；(2)收放绞车缆绳M通过设备顶部导向滑轮2，立管固定装置3打开，开始竖直下放收放绞车缆绳24，收放绞车缆绳限位装置4伸出，缆绳进入到护线卡内，收放绞车缆绳限位装置4闭合进行限位，缆绳继续下放直至收放绞车缆绳到达立管弃管封头22上方约两米的位置，继续缓慢下放收放绞车缆绳24，并在水下机器人23的辅助下，将收放绞车缆绳M 连接于立管弃管封头22上；第三步回收立管开始回收收放绞车缆绳M，增加收放绞车张力，在收放绞车缆绳张力达到设定值后，移动安装船舶7，此处缆绳回收和移船过程交替或同时进行；直至立管提升至水面；第四步立管固定，更换封头(1)打开收放绞车缆绳限位装置4并缩回，避免立管继续向上提升时发生碰撞；(2)打开立管固定装置3，继续缓慢提升立管21，直至立管弃管封头22悬挂环略高于立管固定装置3，闭合立管固定装置3 ；(3)下放立管，使立管头悬挂环坐于立管固定装置3上，锁紧立管固定装置3，移除收放绞车缆绳24，切割立管弃管封头22，安装牵引头25 ；如图6所示，利用安装船舶7上的辅助吊机将立管牵引头吊25起，使牵引头座253与位于立管固定装置3上的立管端部对接，并利用焊机将二者焊接在一起，牵引头连接环 251,252分别与牵引缆10和收放绞车缆绳相连接。第五步张力转换(1)打开立管固定装置3的锁紧装置，提升立管使管头悬挂环脱离立管固定装置 3 ；(2)打开立管固定装置3，开始下放立管通过立管固定装置3，缓慢下放收放绞车缆绳M，开始张力转换，同时，回收牵引缆10，逐渐的将牵引力由收放绞车缆绳M全部转换至牵引缆10上；当收放绞车缆绳M张力为零后，立管载荷全部由牵引缆10承担，此时，利用水下机器人23解脱收放绞车缆绳M ；第六步立管安装(1)继续回收牵引缆10，直至到达浮式生产装置8的预定位置；(2)切割牵引头25，并连接于浮式生产装置8上。上述主体塔架、顶部滑轮、立管固定装置、收放绞车缆绳限位装置为已知技术。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种深水立管的安装方法，其特征在于采用以下步骤第一步安装深水立管安装专用设备将深水立管安装专用设备整体吊起，并通过自适应转换接头快速连接至船舶甲板上的临时支腿上；第二步船舶就位，下放收放绞车缆绳(1)将收放绞车缆绳通过安装于船舶上的导向滑轮，引导通过深水立管安装专用设备上的顶部滑轮；(2)收放绞车缆绳通过顶部导向滑轮，立管固定装置开始竖直下放，收放绞车缆绳限位装置伸出，缆绳进入到护线卡内，收放绞车缆绳限位装置闭合进行限位，缆绳继续下放直至到达立管弃管封头上方，并连接于立管弃管封头上；第三步回收立管回收收放绞车缆绳，增加收放绞车张力，当缆绳张力达到设定值后，移动船舶，直至将立管提升至水面；第四步立管固定，更换封头(1)打开收放绞车缆绳限位装置并缩回；(2)打开立管固定装置，继续缓慢提升立管，直至立管头悬挂环高于立管固定装置，闭合立管固定装置；(3)下放立管，使立管头悬挂环坐于立管固定装置上，锁紧立管固定装置，移除收放绞车缆绳，切割立管弃管封头，并安装牵引头；第五步张力转换(1)将收放绞车缆绳和平台上的牵引缆绳分别连接于牵引头上，打开立管固定装置锁紧装置，提升立管使立管头悬挂环脱离立管固定装置；(2)打开立管固定装置，开始下放立管通过立管固定装置，缓慢下放收放绞车缆绳，开始张力转换，同时，回收牵引缆绳，并逐渐的将牵引力由收放绞车缆绳全部转换至牵引缆绳上；第六步立管安装(1)继续回收牵引缆绳，直至立管到达平台预定位置；(2)切割牵引头，并连接于平台上。
2.根据权利要求1所述的深水立管的安装方法，其特征在于所述第二步中顶部滑轮与立管安装专用设备上的立管固定装置中心及收放绞车缆绳限位装置中心共线；缆绳下放直至到达立管弃管封头上方后，是在水下机器人的辅助下，将缆绳连接于立管弃管封头上；
3.根据权利要求1所述的深水立管的安装方法，其特征在于所述第三步中，回收缆绳和移动船舶过程为交替或同时进行。
4.根据权利要求1所述的深水立管的安装方法，其特征在于所述第五步中，当收放绞车缆绳张力变为零后，立管载荷已全部由牵引缆绳承担，此时，利用水下机器人解脱收放绞车缆绳并回收。
5.根据权利要求1所述的深水立管的安装方法，其特征在于所述第一步中，自适应转换接头包括一外筒、一顶部端盖，该外筒与顶部端盖连接为一体；顶部端盖上安装有一插栓，插栓与外筒之间填充有顶部缓冲垫，顶部缓冲垫的下面安装有中部限位挡圈，中部限位挡圈的下面环绕顶部端盖安装有数个侧向缓冲垫和内侧滑移块，侧向缓冲垫和内侧滑移块连接为一体；活动单元上端安装于外筒内侧，下端的插尖外露与临时支腿相配合，活动单元外侧连接有一底部限位挡圈，活动单元可相对于外筒轴向移动。
6.根据权利要求5所述的深水立管的安装方法，其特征在于所述插栓安装在顶部端盖上中心位置处。
7.根据权利要求5所述的深水立管的安装方法，其特征在于所述顶部缓冲垫为环形， 并采用橡胶材料制成；中部限位挡圈带有限位挡圈滑槽；侧向缓冲垫为弧形，并采用橡胶材料制成；内侧滑移块为钢块。
8.根据权利要求5所述的深水立管的安装方法，其特征在于所述活动单元为上面具有防脱落端面，下面具有插尖的中空结构。
全文摘要
一种深水立管的安装方法，采用以下步骤一将深水立管安装专用设备整体吊起，并通过自适应转换接头快速连接至船舶甲板上的临时支腿上；二船舶就位，下放收放绞车缆绳；三回收收放绞车缆绳，增加收放绞车张力，当缆绳张力达到设定值后，移动船舶，直至将立管提升至水面；四立管固定，更换封头；五打开立管固定装置，开始通过下放收放绞车缆绳下放立管，开始张力转换；六回收牵引缆绳，直至立管到达平台预定位置，切割牵引头，并连接于平台上，完成立管安装。本发明操作简便，易于控制，不需要动用辅助船舶或专用的深水立管安装船舶，便可在普通的铺管船上实现深水立管安装功能的一体化；同时，降低了安装时间及安装成本。
文档编号F16L1/15GK102359660SQ201110253910
公开日2012年2月22日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者何宁, 李丽娜, 李志刚, 段梦兰, 王辉, 赵冬岩, 陈瑞艳 申请人:中国海洋石油总公司, 中国石油大学(北京), 海洋石油工程股份有限公司