用系缆系泊桩的组件和用所述组件实现的方法与流程

本发明涉及用系缆系泊桩的组件，特别地，涉及用于系泊打桩的组件，以及涉及用系缆系泊桩的方法。

背景技术：
钻探船或近海平台必须被系泊于特定固定区域中的海床，使得它们不经受可能因洋流或大气状况造成的移动。使用不同类型的锚并且经常将这些锚打入海床并且系泊于与所述钻探船或平台附接的系缆。所述锚中的一种类型是被打入海床的桩，每个桩装有链条段，所述链条的一端通过耳板附接于桩，链条的另一端必须附接到系缆，系缆是从水面展开的。系缆常常是重的链条，还有可能使用根据系缆在其整个伸长上的各点的要求整合相互连接的链条段和缆线或聚酯段的腿部作为系缆。已知的是吸力桩，吸力桩是圆柱形形状的金属结构，通过从吸力桩内部中吸出沙和沉淀物被打入海床。为此目的，吸力桩在上端装有顶盖，顶盖装有必须能够执行抽吸的设备。另一种桩是打桩，打桩也是圆柱形形状的金属结构，在液压锤的辅助下被打入海床。US6851895B2描述了用系缆系泊海床中的吸力桩的组件和方法。用系缆系泊桩的所述组件包括能够与桩连接的框架，所述框架支承装在桩中并且旨在与系缆连接的链条的连接端，链条的与连接端相对的系泊端通过系缆眼板或耳板连接到桩的外部。系泊组件还包括连接于系缆的一端的附接组件，所述附接组件包括附接元件，附接元件是与形成系缆的链条的最后一节附接的缆线并且适于被保持在系泊组件的框架中。附接组件还包括与附接元件连接的连接装置(即，钩)，连接装置附接于框架并且允许将附接元件相对于系泊组件的框架定位。因此，系泊组件的附接组件允许将形成系缆的链条的最后一节与系泊组件的框架连接，以在后续操作中将链条的所述最后一节设置在框架上，接着用外部装置将系缆的所述最后一节与装在桩中的链条的连接端附接。

技术实现要素：
本发明的目的是提供用系缆系泊桩的组件和用系缆系泊桩的方法，如下面所描述的。本发明的一方面涉及一种用系缆系泊桩的组件，所述组件包括框架，所述框架能连接到所述桩，所述框架支承链条的连接端，所述链条被装在所述桩中并且旨在与所述系缆连接，所述链条的另一端连接到所述桩的外部。所述系泊组件还包括附接组件，所述附接组件连接于所述系缆的一端，所述附接组件包括附接元件和连接装置，所述附接元件附接于形成所述系缆的链条的最后一节并且适于被支承在所述框架中，所述连接装置连接到所述附接元件，所述连接装置允许将所述附接元件相对于所述链条的所述连接端定位。所述连接装置包括：引导装置，该引导装置用于将所述附接元件定位在所述框架上，从而将所述附接元件相对于装在所述桩中的所述链条的所述连接端定位；固定装置，该固定装置允许所述附接元件与装在所述桩中的所述链条的所述连接端互连。本发明的另一个方面涉及用如上定义的系泊组件实现的系缆系泊桩的方法。在现有技术的系泊组件和方法中，系泊组件的附接组件由附接于系缆的缆线和与所述缆线的端部连接并且与所述框架附接的钩来形成。因此，为了能够接着将形成系缆的链条的最后一节定位在所述框架上，必须从位于水面上的近海平台或船拉紧所述系缆，然后，通过所述平台或船引导将一段系缆定位在框架上。在所述定位之后，例如运输必需的附接装置(诸如，螺栓、螺母等)的水下ROV(遥控操作车)必须被调配，以能够将系缆的最后一节与装在桩中的链条的连接端附接。在本发明的系泊组件和方法中，系泊组件的附接组件的连接装置装有引导装置和固定装置，所述引导装置用于将附接元件相对于装在桩中并且位于框架中的链条的连接端定位，所述固定装置允许将附接元件和装在桩中的链条的连接端互连。因此，不需要拉紧一段系缆，并且不需要从水面上的平台或船远程地将该段系缆定位在框架上。也不必需在后续操作中运输附接装置，所述附接装置用于将系缆的最后一节与装在桩中的链条的连接端附接。用本发明的系泊组件和方法，与桩分开地并且在单个操作中，从水面运输系泊桩和系缆所必需的所有装置(诸如，框架和附接组件)。附图说明图1示出本发明的系泊组件的实施方式的立体图，所述系泊组件连接至部分示出的桩的上端。图2示出图1的系泊组件的另一个立体图，所述系泊组件连接至桩的上端。图3示出图1的系泊组件的框架的前立体图。图4示出图3的框架的后立体图。图5示出图1的系泊组件的固定装置的连接单元的前立体图。图6示出图5的连接单元的后立体图。图7示出图1的系泊组件的固定装置的锁定单元的前立体图。图8示出图7的锁定单元的后立体图。图9示出图1的系泊组件的连接装置的立体图，其中，附接装置和保护装置附接于固定装置。图10示出图1的系泊组件的附接元件的立体图。图11至图18示出本发明的方法的实施方式的步骤。具体实施方式用打入海床的桩系泊钻探船、采油船或近海平台是通过用附接于所述桩的链条段附接从所述船或近海平台展开的一根或多根系缆来执行的。系缆可以整个是链条，或者是终止于链条段的缆线或一组缆线，该链条段附接至与所述桩附接的链条段。为了能够执行初始系泊，在ROV的辅助下，使用允许将系缆的链条和桩的链条附接的系泊组件。桩从水面展开以被打入海床，接着装上旨在支承附接于桩的链条段的框架，所以当从水面展开桩时，相对于装有框架的桩，被打入海床的桩的重量显著减小。然后，展开装有执行桩和系缆之间的连接所必需的装置的系缆。图1示出本发明的系泊组件300的实施方式的立体图，系泊组件300连接至部分示出的桩100的上端101；图2示出图1的系泊组件300的另一个立体图，系泊组件300连接至桩100的上端101连接。在这个实施方式中，桩100是打桩，其下端(图中未示出)被打入海床。所述桩100是带有敞口上端101的中空圆柱体并且包括侧壁102。系泊组件300包括连接至桩100的框架10，所述框架10支承装在桩100中的链条20的连接端21。链条20的这个连接端21旨在连接到系缆200，系缆200的最后一段是至少一个链条。系缆200的另一端(图中未示出)连接到位于水面上的近海平台、采油船或钻探船。链条20的另一端通过眼板或耳板(图中未示出)连接到桩100的外部。系泊组件300还包括连接至系缆200的一端的附接组件210，附接组件210包括附接至形成系缆200的链条的最后一节的附接元件220。该附接元件220适于被保持在框架10中。附接组件210还包括连接装置230，连接装置230连接到附接元件220并且允许将附接元件220相对于链条20的连接端21定位。连接装置230包括引导装置240，引导装置240允许将附接元件220定位在框架10上，从而将附接元件220相对于装在桩100中的链条20的连接端21定位。连接装置230还包括固定装置250，固定装置250允许将附接元件220和装在桩100中的链条20的连接端21互连。在本发明的这个实施方式中，附接元件220是H形钩环，该钩环包括第一端221，第一端221连接于系缆200、连接在链条的最后一节。通过布置在附接元件220的所述第一端221的第一螺栓228进行连接。第一螺栓228贯穿附接元件220的侧壁224，通过在第一端221处的所述侧壁224中形成的孔，第一螺栓228通过螺母附接于所述侧壁224。附接元件220包括第二端222，第二端222适于连接到布置在框架10中的链条20的连接端21。连接装置230的固定装置250包括第二可移动螺栓262，第二可移动螺栓262允许将所述链条20的连接端21固定于附接元件220的第二端222，如以下将描述的。图3示出图1的系泊组件300的框架10的前立体图，图4示出图3的框架10的后立体图。框架10是包括水平板12的金属结构，水平板12包括支承区域15，附接元件220被保持在支承区域15中。框架10还包括附接于水平板12的配合装置11，配合装置11允许将框架10连接至桩100、连接于桩100的上端101。配合装置11包括多个竖直板，竖直板从框架10的水平板12的下部突出并且竖直地取向。所述竖直板包括多个竖直侧板13，在系泊组件300的这个实施方式中，竖直侧板13的数量是两个。所述竖直侧板13布置在水平板12的各横向端处并位于所述水平板12的下部处，从所述水平板12的前沿16起一直布置至这样的距离，以使得当框架10连接到所述桩100时，竖直侧板13通过桩100的侧壁102的外部接触侧壁102。配合装置11的竖直板还包括多个竖直中心板14，在系泊组件300的这个实施方式中，竖直中心板14的数量是两个。所述竖直中心板14围绕水平板12的中心布置，以小间隙分开，并且沿着所述水平板12的下部延伸，从所述水平板12的后沿17起直至这样的距离，以使得当框架10连接到所述桩100时，竖直中心板14通过桩100的侧壁102的内部接触桩100的侧壁102。通过框架10的配合装置11的这种构造，在竖直侧板13和竖直中心板14之间形成间隔，该间隔等于桩100的侧壁102的厚度。因此，这种构造允许将框架10装配在桩100的上端101，竖直侧板13的一条边通过桩100的侧壁102的外部被保持在桩100的侧壁102上，竖直中心板14的一条边通过桩100的侧壁102的内部被保持在桩100的侧壁102上。当框架10连接至桩100、连接于桩100的上端101时，框架10的水平板12在侧壁102的两侧突出，水平板12的用于保持附接元件220的支承区域15位于桩100外部。系泊组件300的框架10的这种构造允许将所述框架10直接连接到桩100的上端101，而不用增加附接元件。类似地，当系缆200被完全系泊于桩100时，框架10可被去除，因此可在以后使用。如以下将描述的，系泊组件300的附接组件210也可被去除，使得整个系泊组件300可被去除，从而显著改善每次系泊操作的成本。释放桩100的上端101允许例如将上端101用于其它操作(诸如，安装阴极保护系统)。水平板12的支承区域15包括水平板12的前沿16中的凹陷60，凹陷60相对于桩100向外敞口。在这个实施方式中，该凹陷60是U形的并且包括通入U的下壁的较小的一体U形凹陷。凹陷60的这种形状允许链条20从水平板12的前沿16通过。框架10包括布置在水平板12下部的支承元件70。在这个实施方式中，所述支承元件70的数量是两个，具有敞口壳体的形状，该敞口壳体带有底部、后壁和剖面是部分圆周形式的两个侧壁，所述后壁附接至竖直侧板13之一、附接于该竖直侧板13的内部。两个支承元件70布置在凹陷60的主U下方并且分开一定间隙。所述支承元件70支承链条20的连接端21，在两个支承元件70之间存在的间隙和凹陷60的较小U形凹陷允许下一节通向附接于桩100的链条20的连接端21。这些连接元件70允许将链条20的连接端21保持为在水平板12的表面上方突出。在限定的实施方式中，连接端21从水平板12的所述表面部分地突出，从而将由所述连接端21形成的那节的一部分空隙留在水平板12上方。如图1中所示，框架10包括门40，门40在两个端部41铰接在从两个竖直板50突出的两个铰接附接件51中。所述竖直板50从水平板12的前沿16突出，凹陷60在前沿16处敞口，所述竖直板50位于水平板12的侧面。为了将门40安装在框架10中，所述门40的端部41布置在水平板12的铰接附接件51中，然后可移动销42被引入各铰接附接件51中。为了在不拆卸门40的情况下打开门40，去除销42中的一个，使门40能够绕着另一个铰接附接件51旋转。门40包括在水平板12的前沿16的侧的突起43，使得当所述门40被关闭时，突起43被引入水平板12的凹陷60中，并且所述突起43被保持在链条20的连接端21侧。因此，通过调节所述连接端21相对于附接元件220的位置，将所述连接端21保持在竖直位置。图5示出图1的系泊组件300的固定装置250的连接单元260的前立体图，图6示出图5的连接单元260的后立体图。图7示出图1的系泊组件300的固定装置250的锁定单元270的前立体图，图8示出图7的锁定单元270的后立体图。系泊组件300的连接装置230的固定装置250包括连接至附接元件220的侧壁224的连接单元260和锁定单元270。连接单元260包括在其内容纳第二螺栓262的管状连接主体261。连接单元261包括用于推动第二螺栓262的推动元件267，所述推动元件267被引导在管状连接主体261中构成的纵向凹槽268中。在从表面展开附接组件210之前，将第二螺栓262引入管状连接主体261。第二螺栓262坐落在管状连接主体261内、位于纵向引导件269(例如，按每隔120°进行分布的三个Teflon(特氟龙)引导件)中，以保证第二螺栓262的滑动。锁定单元270包括在其内容纳锚固元件272的管状锁定主体271，在这个实施方式中，锚固元件272是螺母。该锚固元件272被管状锁定主体271引导并且相对于第二螺栓262的自由端定位。所述管状锁定主体271包括成角度的切口277，成角度的切口277始于管状锁定主体271的外沿并且在其端部包括纵向凹槽。所述成角度的切口277允许当第二螺栓262在管状锁定主体271时更好地观察第二螺栓262的自由端，并且锚固元件272可因此固定地附接于第二螺栓262。在管状锁定主体271的成角度的切口277的纵向凹槽的端部，锁定单元270还包括有助于引入销(图中未示出)的径向导管278。这个销允许保证锚固元件272一旦附接至第二螺栓262就不动。如图5和图6中所示，连接单元260包括附接至管状连接主体261的第一板263，所述第一板263垂直于管状连接主体261并且附接于所述管状连接主体261的端部，从而接触附接元件220的侧壁224之一。如图7和图8中所示，锁定单元270包括附接至管状锁定主体271的第二板273，所述第二板273垂直于管状锁定主体271并且附接于所述管状锁定主体271的端部，从而接触附接元件220的侧壁224之一。所述第一板263和第二板273被分别保持在各侧壁224的外表面上，从所述侧壁224横向突出。锁定单元270包括水平杆279，水平杆279布置在管状锁定主体271下方，当所述门40被关闭时，水平杆279被保持在门40的突起43中。图9示出图1的系泊组件300的连接装置230的立体图，其中，附接装置280和保护装置290附接于固定装置250。连接装置230包括附接装置280，附接装置280允许在附接元件224的侧壁224的每侧将第一板263与第二板273附接。在这个实施方式中，所述附接装置280包括一对金属杆或由另一种材料制成的杆，所述杆用螺杆并带有螺母拧到或附接到第一板263和第二板273上，所述杆可耐受将连接单元260和锁定单元270附接于附接元件220的连接力。连接单元260的板263包括两个侧凸缘264，一旦连接单元260连接到附接元件220，两个侧凸缘264就从附接元件220的各个侧壁224突出。所述板263还包括布置在管状连接主体261上方的上凸缘265。锁定单元270的板273包括两个侧凸缘274，一旦锁定单元270连接到附接元件220，两个侧凸缘274就从附接元件的各个侧壁224突出。所述板273还包括布置在管状锁定主体271上方的上凸缘275。图10示出图1的系泊组件300的附接元件220的立体图。系泊组件300的附接元件220包括与H形钩环的下部空隙重合的下部空间223。当相对于框架10引导附接组件210时，如以下将描述的，附接元件220的第二端222被保持在框架10的水平板12的支承区域15中并且在凹陷60上方，使得链条20的连接端21一旦被支承于支承元件70中就被布置在附接元件220的下部空间223中。附接元件220在其各侧壁224中包括孔227，孔227在下部空间223和上部空间225的高度位置贯穿所述侧壁。附接元件220的各侧壁224包括外表面上的水平凹槽226，这些水平凹槽226布置在侧壁224中，位于下部空间223和上部空间225之间的高度处。第一板263的上凸缘265是连接两个侧凸缘264并且包括突起266的跨梁。类似地，第二板273的上凸缘275是连接两个侧凸缘274并且包括突起276的跨梁。当连接单元260和锁定单元270连接到附接元件220时，上凸缘265的突起266和上凸缘275的突起276被分别引入各侧壁224的各凹槽226中。因此，当系泊组件300从水面展开以连接到桩100时，附接装置280在将连接单元260和锁定单元270连接到附接元件220的同时防止固定装置250在传输到桩100期间从所述系泊组件300丢失或者脱离。管状连接主体261的端部敞开并且接触附接元件220的对应侧壁224，所述敞口端与侧壁224的孔227重合。管状连接主体261的轴向轴线和孔227的轴向轴线彼此重合。类似地，管状锁定主体271的敞口端接触附接元件220的对应侧壁224，所述敞口端与侧壁224的孔227重合。管状锁定主体271的轴向轴线和孔227的轴向轴线彼此重合。因此，当第二螺栓262凭借推动元件267在管状连接主体261中移动时，它贯穿附接元件220的下部空间223、通过孔227和由链条20的连接端21的节形成的空隙。当第二螺栓262的自由端到达管状锁定主体271时，它附接于锚固元件272，并且通过将销通过径向导管278引入来保证这个附接。在这个实施方式中，锁定单元270的板273在一个侧凸缘274的一端包括铰接附接件281。在其它实施方式中，铰接附接件281可以布置在连接单元260的第一板263中、位于一个侧凸缘264的一端。所述铰接附接件281与布置有该铰接附接件的那侧的附接装置280铰接连接。为了形成铰接连接，引入图1和图2中示出的销282，销282允许第二板273在铰接附接件281中枢转。在将系缆200和桩100的链条20相互连接之后，必须释放所述链条20，使所述链条20脱离与框架10和连接装置230的连接。为此目的，将要执行的步骤之一是分开锁定单元270，使它脱离与附接元件220的连接。为此目的，通过从与铰接附接件281的位置相对的那侧去除附接装置280，锁定单元270可脱离附接元件220，从而将突起276与侧壁224的凹槽226分开，并且锁定单元270可绕着铰接附接件281旋转。连接装置230还包括保护装置290，保护装置290将连接单元260的第一板263与锁定单元270的第二板273连接。在这个实施方式中，这些保护装置290是金属板或由另一种材料制成的板，所述板布置在附接元件220的各侧、位于下部空间223和所述侧的附接装置280之间。所述保护装置290的功能是保护与附接元件220处于附接状态的链条20的连接端21免受当在系缆200和链条20之间执行系泊工作时可能的火花和其它类型攻击的影响。如图5和图6中所示，连接装置230的引导装置240包括第一水平杆241，第一水平杆241从连接单元260横向突出，与管状连接主体261的下部接触，并且形成水平面。引导装置240还包括第二水平杆242，第二水平杆242从第一水平杆241垂直突出，布置在由第一水平杆241和管状连接主体261的下部形成的同一水平平面上。如图3和图4中所示，在这个实施方式中，系泊组件300的框架10包括两个引导元件80，各引导元件80包括一对分开的竖直杆81，竖直杆81包括带有倾斜段82的端部。当系泊组件300的附接组件210从水面向着框架10展开时，引导装置240与引导元件80对准。附接组件210的附接元件220被保持在框架10中，第一水平杆241紧紧插入每对竖直杆81之间，如图1和图2中所示。第二水平杆242被以紧贴方式固定在竖直杆81中。竖直杆81的倾斜段82的功能是引导第一水平杆241进入每对竖直杆81之间。框架10包括多个附接元件30，如图1和图2中所示。引导元件80包括上面保持有各竖直杆81的底部19。在这个实施方式中，附接元件30是金属板，带有从所述金属板的表面突出的两个紧固件，所述紧固件穿过框架10的水平板12，并且通过焊接或螺母被附接到引导元件80的底部19。为此目的，附接元件30布置在水平板12下方，在框架10的配合装置11的各竖直侧板13和水平板12的侧边之间。通过切断紧固件或通过松开螺母来去除附接元件30，这允许从水平板12的表面取下引导元件80。例如，用系泊组件300(诸如，适于用系缆200系泊桩100的图1至图10中示出的系泊组件)实现本发明的系泊方法。所述系泊组件300包括能与桩100连接的框架10，所述框架10支承链条20的连接端21，链条20的系泊端通过眼板或耳板连接到桩100的外部。系泊组件300还包括连接至系缆200的一端的附接组件210，附接组件210包括：用于与系缆200附接的附接元件220，其被支承在框架10中；以及连接装置230，其连接到附接元件220，连接装置230允许将所述附接元件220相对于链条20的连接端21定位。连接装置230进而包括：引导装置240，其用于将附接元件220定位在框架10上；以及固定装置250，其允许附接元件220和链条20的连接端21互连。图11至图18示出用于用系缆200系泊桩100的本发明的系泊方法的实施方式的步骤。所述方法包括以下步骤：-将桩100引入水中，在该步骤中，链条20在系泊端连接到桩100的外侧壁102。桩100被打入海床(图中未示出)，从而使链条20的与系泊端相对的连接端21自由停留上海床上，-将框架10引入水中并且在ROV的辅助下将链条20的连接端21以被引导方式连接到所述框架10中，-通过将框架10的配合装置11连接到桩100的上端101将框架10连接到桩100的敞口上端101，-将系缆200引入水中，所述系缆200装有附接组件210并且将附接组件210导向框架10，-将附接组件210的附接元件220引导和定位到框架10的水平板12的支承区域15的凹陷60上，从而将链条20的连接端21布置在附接元件220的下部空间223中，附接元件220为H形钩环，-将附接元件220与链条220的连接端21互连，在ROV的辅助下将装在附接组件210中的连接装置的固定装置250的连接单元260中容纳的第二螺栓262移动，所述连接单元260连接至附接元件220、连接于附接元件220的侧壁224，所述第二螺栓262贯穿侧壁224的孔227，在附接元件220的空间223中布置有链条20的连接端21，第二螺栓262贯穿由所述连接端21的节形成的空隙以及附接元件220的另一侧壁224的第二孔227，第二螺栓262的自由端进入装在附接组件210中的固定装置250的锁定单元270，所述锁定单元270连接至附接元件220、连接于另一侧壁224，并且在ROV的辅助下将容纳在所述锁定单元270中的锚固元件272与第二螺栓262的自由端附接，-去除和收回连接装置230，除去附接连接单元260和锁定单元270的附接装置中的至少一个并且除去连接所述连接单元260和所述锁定单元270并且当链条20的连接端21布置在框架10中时保护链条20的连接端21的保护装置，将锁定单元270绕着铰接附接件281旋转，使框架10的门40的突起43是自由的，调节所述连接端21的位置，收回固定装置250，并且除去框架10的将引导元件的底部与框架10的水平板12附接的附接元件，在ROV的辅助下收回引导元件，-松开连接至桩100的链条20的系缆200，通过去除门40中包括的销42并且允许所述门40与框架10铰接连接来打开门40，并且在ROV的辅助下抽出附接至桩100的链条20的系缆200，-去除和收回框架装置10，将框架10的配合装置11脱离桩100的上端101收回所述框架10。