用于深水S‑型海管起始铺设的重力锚的制作方法

本实用新型涉及一种用于深水S-型海管起始铺设的重力锚。

背景技术：

海底管道的铺设是海洋油气田开发中的重要环节。从铺管方式上，主要有S-型，J-型和卷管铺设三种。

S-型海底管道在起始铺设时，需要先将起始锚布置在海底预定区域，起始锚与起始缆相连。在铺管开始时，起始缆的另一端通过铺管船的拖管架，与海管起始端的PLET(Pipeline End Termination-管道终端结构)相连。之后铺管船沿预定路线前行，在起始锚提供的拉力下，逐步下放海管。铺管过程结束后，可将起始锚及起始缆回收。

浅水S-型海管铺设中，最常用的起始锚是大抓力锚。大抓力锚的优点是极强的水平抓力能力(针对不同的海底土质，水平抓力与锚重的比值可高达20到110)，安装及回收容易.但抓力锚的抗垂向拉力能力较差，随着水深的增加，海管铺设张力增加，抓力锚的吨位和起始缆的直径及长度随之增加；同时在深水操作中大抓力锚的精确定位难度很大，加大了海底管道铺设成本。因此，在深水S-型海管起始铺设时，需要采用重力锚或者吸力锚做为起始锚。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种用于深水S-型海管起始铺设的重力锚，其为一种重力式的起始锚，适用于深水S-型海管起始铺设，具有适用海底土质范围广，可以重复使用，易于建造的功效。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。

本实用新型用于深水S-型海管起始铺设的重力锚，其特征在于，其是由钢制焊接结构体和混凝土压载体组合一体的立方形体；该混凝土压载体为重骨料混凝土，该钢制焊接结构体是由防沉板(顶板)、外裙板和内裙板组合成 的方形盒体，混凝土压载体均匀铺满在钢制焊接结构体内；该钢制焊接结构体上设有数个排水管、数个吊装吊耳以及数个起始缆眼板。

前述的用于深水S-型海管起始铺设的重力锚，其中，所述混凝土压载体采用重骨料混凝土，该重骨料混凝土均匀铺满在整个方形盒体的上部，使重力錨锚体重心位于锚体中心；所述钢制焊接结构体包括防沉板、四块外裙板、数块内裙板、数个排水管、数个吊装吊耳以及数个起始缆眼板；该防沉板、四块外裙板以及数块内裙板均为钢板；该四块外裙板侧壁纵向依次相互连接围成一个中空立方形体，该中空立方形体内侧壁中部设有一块与四块外裙板呈垂直状的防沉板，该防沉板形状和面积与中空立方形体内横断面的形状和面积相应，防沉板四边分别与中空立方形体的四个内壁焊接固定，且防沉板上均匀设置与防沉板呈垂直状的数个排水管；该中空立方形体内侧设有数块分别与外裙板呈平行状且贯穿防沉板的内裙板，该数块内裙板的布置为在垂直于海管铺设方向布置一块，平行于海管铺设方向等距间隔布置数块，该等距间隔为2至3米；位于防沉板下方的四块外裙板内侧壁和数块内裙板侧壁之间形成的空间中分别设有裙板加强筋板；防沉板顶面设有数个加强筋；混凝土压载体体均匀铺满在防沉板顶面与焊接固定在防沉板四边的四块外裙板构成的中空立方形钢制焊接结构体上部内。

前述的用于深水S-型海管起始铺设的重力锚，其中，所述四块外裙板侧壁纵向依次相互连接围成一个中空立方形体的长宽之比在3:2至3:1之间，高度为2.5米至4.0米之间，上部高度与下部高度之比在1:4至1:2之间；所述吊装吊耳为四个，呈对称对心布置在外裙板顶面与内裙板顶面相交位置，用于重力锚安装、回收及运输时的吊装；所述用于挂装起始缆的起始缆眼板布置在位于重力锚中心的两个相交内裙板顶面的位置。

前述的用于深水S-型海管起始铺设的重力锚，其中，所述防沉板上均匀设置与防沉板呈垂直状的数个排水管，是在防沉板上均匀设置的排水孔处焊接孔径大于排水孔且与防沉板呈垂直状的钢管；所述位于防沉板下方的四块外裙板内侧壁和数块内裙板侧壁之间形成的空间中分别设有裙板加强筋板，该裙板加强筋板为楔形加强筋板，以增强裙板入泥后抵御侧向压力的能力，且裙板加强筋板的布置间距为0.5至0.8m。该间距的设计，一是需要留有足够的焊接空间，焊工焊接加强筋板时，两个加强筋板之间需要留有足够的间 隙使焊枪能够方便的探到焊接位置，二是保证内外裙板的侧向及垂向强度的同时又能有效控制内外裙板的重量，加强筋板的密度越大，内外裙板抵抗侧向和垂向力的能力越大，但过密的间距将导致整体重量增加。

本实用新型用于深水S-型海管起始铺设的重力锚的有益效果是，结构形式简洁，易于建造；同时具有优异的水平和垂直两个方向的定位能力，可有效减少起始缆的长度，适用于全水深范围的海管起始安装；适用海底土质范围广，可根据作业地点的土质情况调整混凝土压载体的重量；能够重复使用。

附图说明

图1为本实用新型重力锚结构俯视图。

图2为本实用新型重力锚结构仰视图。

图3为本实用新型重力锚的钢制焊接结构示意图。

图4为本实用新型重力锚的吊装状态示意图。

图5为本实用新型重力锚在海管起始铺设时在位状态示意图。

图中主要标号说明：1重力锚钢制焊接结构、2混凝土压载体、3外裙板、4为加强筋、5排水管、6吊装吊耳、7起始缆眼板、8内裙板、9防沉板(顶板)、10裙板加强筋板、11排水孔、12吊装钢丝绳、13吊车挂钩、14钢缆。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型用于深水S-型海管起始铺设的重力锚，其是由钢制焊接结构体1和混凝土压载体体2组合一体的立方形体；该混凝土压载体2为重骨料混凝土，该钢制焊接结构体是由防沉板(顶板)、外裙板和内裙板组合成的方形盒体，混凝土压载体2均匀铺满在钢制焊接结构体1内；该钢制焊接结构体1上设有数个排水管、数个吊装吊耳以及数个起始缆眼板。

如图1至图5所示，本实用新型用于深水S-型海管起始铺设的重力锚，其中，该混凝土压载体2采用重骨料混凝土，该重骨料混凝土均匀铺满在整个方形盒体的上部，使重力錨锚体重心位于锚体中心；该钢制焊接结构体1包括防沉板9、四块外裙板3、数块内裙板8、数个排水管5、数个吊装吊耳6以及数个起始缆眼板7；该防沉板9、四块外裙板3以及数块内裙板8均为钢板；该四块外裙板侧壁纵向依次相互连接围成一个中空立方形体，该中空立 方形体内侧壁中部设有一块与四块外裙板3呈垂直状的防沉板9，该防沉板9形状和面积与中空立方形体内横断面的形状和面积相应，防沉板9四边分别与中空立方形体的四个内壁焊接固定，且防沉板9上均匀设置与防沉板呈垂直状的数个排水管5；该中空立方形体内侧设有数块分别与外裙板3呈平行状且贯穿防沉板的内裙板8，该数块内裙板8的布置为在垂直于海管铺设方向布置一块，平行于海管铺设方向等距间隔布置数块，该等距间隔为2至3米；位于防沉板9下方的四块外裙板3内侧壁和数块内裙板8侧壁之间形成的空间中分别设有裙板加强筋板10；防沉板9顶面设有数个加强筋4；混凝土压载体2均匀铺满在防沉板9顶面与焊接固定在防沉板9四边的四块外裙板3构成的中空立方形钢制焊接结构体上部内。该四块外裙板侧壁纵向依次相互连接围成一个中空立方形体的长宽之比在3:2至3:1之间，高度为2.5米至4.0米之间，上部高度与下部高度之比在1:4至1:2之间；该吊装吊耳6为四个，呈对称对心布置在外裙板顶面与内裙板顶面相交位置，用于重力锚安装、回收及运输时的吊装；所述用于挂装起始缆的起始缆眼板布置在位于重力锚中心的两个相交内裙板顶面的位置。该防沉板上均匀设置与防沉板呈垂直状的数个排水管5，是在防沉板上均匀设置的排水孔处焊接孔径大于排水孔且与防沉板呈垂直状的钢管；该所述位于防沉板下方的四块外裙板3内侧壁和数块内裙板5侧壁之间形成的空间中分别设有裙板加强筋板10，该裙板加强筋板10为楔形加强筋板，以增强裙板入泥后抵御侧向压力的能力，且裙板加强筋板(10)的布置间距为0.5至0.8m。

该间距的设计，一是需要留有足够的焊接空间，焊工焊接加强筋板时，两个加强筋板之间需要留有足够的间隙使焊枪能够方便的探到焊接位置，二是保证内外裙板的侧向及垂向强度的同时又能有效控制内外裙板的重量，加强筋板的密度越大，内外裙板抵抗侧向和垂向力的能力越大，但过密的间距将导致整体重量增加。

本实用新型用于深水S-型海管起始铺设的重力锚在深水S-Lay海管起始铺设时的使用步骤如下，如图1至图5所示：

第一步：首先将一段15m左右长度的钢缆14一端连接在重力锚的起始缆连接眼板7上，该钢缆14的另一端安装回收浮标便于水下机器人(ROV)做水下连接；之后深水安装船将重力锚通过吊车挂钩13和吊装钢丝绳12下放 到海底附近，在重力锚下放过程中海水从排水管中流过，减少了下放阻力。在确定重力锚的方向定位符合要求后，将其下放至泥面，利用其自重，使重力锚的内外裙板插入海底土壤至设计深度。

第二步：深水安装船转动滚筒，将起始缆从甲板下放至重力锚附近，由水下机器人(ROV)将起始缆与重力锚上的钢缆14相连；深水安装船沿预定的铺管路线沿长线前行，同时转动滚筒放出设计长度的起始缆；深水安装船将起始缆的自由端传递到S-型铺管船上，经由铺管船作业线与铺管船的A/R绞车缆绳相连。

第三步：S-型铺管船沿铺管路线前行，同时释放绞车缆绳，在放出预定长度的A/R绞车缆绳后，对重力锚进行30分钟拉力测试，所加拉力为铺管作业过程中重力锚所受最大水平拉力。

第四步：拉力测试结束，S-型铺管船向后移动，回收A/R绞车缆绳，同时回收起始缆至铺管船作业线；将起始缆与海管起始端的PLET相连，之后铺管船沿预定路线前行，在起始锚提供的拉力下，逐步下放海管。

第五步：铺管过程结束，水下机器人(ROV)解除起始缆与管汇终端(PLET)及重力锚上钢缆的连接，深水安装船回收起始缆；之后深水安装船用吊装的方式回收重力锚。

本实用新型的工作原理：

铺管作业的锚定点需要能够为铺管作业提供足够的水平支撑力与垂向支撑力。该重力锚结合混凝土的易塑性，利用裙板与防沉板形成的方形盒体结构装载混凝土，使重力锚有足够的重力可以将裙板下插至足够深度，方形盒体结构埋入土壤就位后，可以使重力锚能够保持住锚体的水平位置；

重力锚在起吊安装及回收过程中将承受很大的拉力，传统的混凝土重力锚在深水区域安装回收很困难，本实用新型设计的重力锚的钢制焊接结构有效的解决了这一问题。

防沉板(顶板)的主要功能是提供垂直方向的支撑，使重力锚在自重和外部荷载下，不会沉入泥面。

内外裙板在重力锚的安装过程中，会插入海底土壤，直至重力锚的防沉板(顶板)接触到泥面。

内、外裙板的主要功能是提供在水平方向的抵抗力，以保证重力锚在水 平荷载下，不会发生滑动。

当安装完成后，安装船即可将重力锚提起回收。

本实用新型的优点是：混凝土压载体采用重骨料混凝土，可以减小重力锚整体体积，使结构更加紧凑，便于运输装卸；需要将整个上部盒体均匀铺满混凝土，以保证整个锚体重心位置保持在锚体中心。

一般海底结构的外裙板是完全入泥的结构，向上终止于顶板，本实用新型将外裙板延伸到防沉板(顶板)之上(所需延伸高度由所需混凝土的高度与结构强度决定)；整个外裙板的向上扩展，可以增强主结构连续性，而且可以减少结构焊接量，还能与防沉板形成方形盒体以灌注重力压载用的混凝土。

在垂直于海管铺设方向布置一道内裙板，在平行于海管铺设方向一般每隔2至3米布置一道内裙板；内裙板布置比较灵活，一般均匀布置即可，也可以根据具体需求微调。

重力锚的防沉板(顶板)上布置排水孔，可以有效缓解水下安装回收过程中所受水的阻力；排水孔需要在整个防沉板上均匀布置，以保证整体结构平稳排水；排水孔上焊接的竖直钢管内径与排水孔孔径相应，即便于焊接，又保证不损失排水面积。该防沉板(顶板)上设置加强筋能够保证强度需要。

内、外裙板之间设置楔形加强筋，可以增强裙板入泥后抵御侧向压力的能力，将加强筋设置为楔形结构是为了减少加强筋入泥的端部阻力，加强筋布置间距为0.5至0.8m，即可保证强度需要，又能留有足够的焊接空间。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。