用于海底管线的直接接入的装置和方法与流程

本发明涉及用于输送碳氢化合物的海底管线的部署和直接连接。

背景技术

用于输送碳氢化合物(例如，石油或天然气)的管线，通常使用铺设船沿着海床铺设。这种海底管线可以安装在例如两个海底结构之间，其中，海底结构可以是各“圣诞树(christmastrees)”、各立管基座(riserbases)、各防喷器(bop)或一些其他结构。经常使用分开的跨接器或线轴将管线的一端或两端连接(或“接入(tied-in)”)到海底结构。与使用分开的跨接器或线轴相关的额外部件和程序导致安装过程的高成本。也可以使用直接接入方法，并且经常是优选的。这些方法包括：

·直接拉入，其中，使用铺设船的绞盘位置将所述管线的端部牵拉靠近海底结构，并且使用远程操作车辆(rov)和对准装置完成所述接入；

·偏转以连接，其中，线材被附接到管线的端部，其中，所述线材通过海底结构路由到绞盘，并且所述线材被用来直接牵拉管线的海底端到海底结构；以及

·连接和留置，其中，管线的海底端在水面处连接到海底结构，然后在铺设船通过步进远离海底结构铺设管线之前，将海底结构下降到海底。

在接入到海底结构期间，由于诸如管线轴向刚度、淹没重量、海底摩擦阻力等参数，将需要相当大的力来使要铺设的管线轴向朝向连接点移动。因此，对于传统的直接接入方法的主要挑战是，在连接上的相对大的力和靠近连接点的大的管线压力。

管线铺设的典型方法将涉及仔细设计海底结构和管线配置，以确保在铺设时管线的接入端在相对于海底结构上的连接器的正确位置和方向。在直接接入过程中，将非常高的拉力施加到管线的端部，使管线在张力下，以使管线的端部到达上至连接点并完成接入过程。使被安装的管线在张力下的原因之一是为了允许在使用期间可能发生的管线的后续热膨胀。没有这种张力，管线可能由于热膨胀而屈曲。

在直接接入期间施加到管线的力确实非常高。这对安装设备和管线结构提出了很高的要求。此外，至少在没有一些补偿机构的情况下，这些力会对管线和海底结构上的连接器造成损害。

在本申请人的共同未决申请wo-a-2015/149843中，公开了一种安装具有直接接入到海底结构的的海底管线的方法。该方法包括，在从管线铺设船引入管线入到海洋的过程中，将塑性变形施加到管线的一个区域，该区域位于待直接接入的管线的端部处或靠近所述端部，并且在接入期间或之后，弹性变形所述区域以增加其曲率半径。

待铺设在海床上的管线可以在铺设船上运输和从其部署。在基本上非弹性的管线(例如，钢)存储在铺设船上的卷轴上的情况下，经常需要在部署管线时矫直管线，以去除由管线存储在卷轴上或者将它弯曲在托管架(stinger)上而产生的任何残余曲率。这是通过使用曲率装置实现的，该曲率装置使管线塑性变形以去除残余曲率。

如上所述，使用直接接入方法安装这种矫直管线可能在管线端部和海底结构之间的连接完成期间和之后产生大的力，以及在管线的端部附近的管线的区段产生大的压力。此外，需要大的范围来将管线路由到海底结构，以容纳所需的管线的侧向偏转以将管线的端部与海底结构上的连接点对准。wo-a-2015/149843中提出的方法通过使用wo-a-02/057674的方法在邻近管线的海底端的管线的区段中创建曲率半径(创建“接入和热膨胀环”)来减轻这些问题。

局部残余曲率也可以由产生s-铺设船在安装期间产生，通过1)调节辊或2)通过调节托管架配置使管线就位。通过对一个或两个托管架的修改，在其他s形铺设驳船上生成局部残余曲率也是可行的，能够在铺设时进行调节。

在操作中，管线将在可以与例如石油或天然气的运输相关联的高压和高温下膨胀。在例如固定在海床上的两个海底结构之间的大致笔直配置的情况下，这种热膨胀(这将导致管线长度增加)将在管线上产生压缩力。这些压缩力可能很大，并且在没有一些控制机构的情况下，可能导致管线在不可预测的位置屈曲，导致管线在水平或垂直平面中变形和可能的瓦解。

在常规的安装方法中，由于管线本身的重量和铺设船的向前运动，管线在从铺设船部署时在张力下。该拉力导致管线中的轴向弹性延伸，并且因为管线在安装过程完成之前未恢复其原始长度，因此被安装的管线保持在张力下。管线中预先存在的张力减轻了操作管线中纵向膨胀的效果；但是，产生的压缩力仍可能大到足以引起屈曲。经常用于防止管线屈曲的其他措施包括将管线埋入沟槽中或将其放置在开放的沟槽中、用砾石覆盖管线、沿着蛇形路线铺设管线、将管线铺设在更大的套管中以及在管线中沿其长度包括膨胀环。这些方法可能是昂贵的，并且可能留下关于管线中屈曲的可能性和可能位置的不确定性。

在图1中，示出了第一端接入程序：管线1可以抵靠海底结构5上的返回滑轮装置100启动，并且以受控制的方式下降/对接到引导柱/着陆框架等上，这取决于正在部署的接入系统。启动线7从管线端部终端(plet)101延伸，穿过滑轮装置100并回到铺设船上的绞盘(未示出)。为清楚起见，也未示出铺设船。

当管线1的端部足够靠近海底结构5时，使用远程操作车辆(rov)9完成直接接入过程的最后阶段。在这种情况下，rov9由安装船提供，但rov也可能与铺设船相关联。

示出了残余弯曲部分102，其离管线端部约100m引入。如果需要以受控制的方式缩回管线端部101并保持稳定的预弯曲区段，则使用标准扭矩工具的线材张力系统103被认为是有效的方法。

轮毂容量经常被视为用于使用无潜水系统的管线接入的支配因素。由于海底模板上的轮毂经常可以在海床地板上方升高2.5米，因此管线端部和轮毂之间的垂直对准是关键参数。为了对此进行补偿，轮毂经常可以略微向下倾斜，例如3°、5°或7°。但是，在许多情况下需要进一步的垂直对准。通过在邻近的自由跨度中引入岩石支撑104或可调节的机械支撑，这在几个项目上已经解决了。在管线被拉下并安全地着陆在接入廊/着陆框架中之后，管线准备好进行最后的冲击(strokein)，最后形成夹式连接器并测试密封。新一代接入系统hccs、hcs和ucon基于将终端头着陆入到廊中，让rov通过临时冲击工具将轮毂冲击在一起并接合连接器。

由于在现有技术中，管线经常必须邻近海底结构铺设，之后，需要管线的提升和移位操作，在接入/连接操作之前适当调节轴向铺设公差。提升和移位操作经常必须在水充满管线后以及移除临时清管器(pigtrap)后进行。在实际的接入/连接操作之前，需要一些额外的船时间来完成这项工作。

技术实现要素：

本发明的一个目的是克服或至少减轻已知的直接接入程序的缺点。

在第一方面，本发明提供安装具有直接接入到海底结构的海底管线的方法，包括：将管线的端部着陆在海底结构表面上的管线着陆框架上，该管线着陆框架提供用于在连接至海底结构的连接点之前将管线的端部着陆的位置，然后下降管线端部，以及将管线端部连接到海底结构的连接点。

管线着陆框架可以配置为配合到海底结构表面上的临时管线着陆框架，管线着陆框架可以集成于海底结构。

管线可以临时安装在管线着陆框架上。

该方法还可以包括将管线浸水就位在着陆框架上。

该方法还可以包括从着陆框架上就位的管线移除清管器。

下降管线的步骤可以包括下降管线和管线着陆框架这两者。下降的步骤可以包括在下降管线之前将管线升高离开管线着陆框架。

通过着陆框架中的机构，在连接到连接点之前可以实现对管线位置的轴向调节。通过在管线上侧向牵拉或绞动，在连接到连接点之前可以实现对管线位置的轴向调节。牵拉或绞动可以在距离连接点约50m至200m的位置进行。

管线着陆框架包括引导结构，用于将管线引导入到管线着陆框架上的着陆位置。

在第二方面，本发明提供一种管线着陆框架，其配置成：配合到海底结构表面并提供用于在连接到海底结构的连接点之前使所述管线的端部着陆的位置。

在第三个方面，本发明提供包括管线着陆框架的海底结构，所述管线着陆框架集成于所述海底结构并提供用于在连接到海底结构的连接点之前使所述管线的端部着陆的位置。

本发明的管线着陆框架或海底结构可具有引导结构，用于引导管线的端部至管线着陆框架上的着陆位置。

上述海底结构表面一般是其上表面。上表面是指当海底结构就位在海床时基本平行于海床并且一般位于在海床上就位的海底结构的顶部的表面。然而，所述表面不必是最上表面或平行于海床，并且当海底结构就位在海床上时，可从上方接近表面就足够。可以说，plf可以固定到任何表面(例如侧表面)，只要一旦就位，它就提供了一个基本可接近的位置，用于使管线的端部着陆。

附图说明

图1示意性地示出了使用残余曲率方法在第一端直接接入中的典型启动；

具体实施方式

如以上关于背景技术所描述的，已知通过使管线的端部着陆在海底结构附近并且将端部“冲击”到轮毂或连接点用于与被选择的夹式连接器的密封，来启动管线到海底结构的直接接入。

在本发明中，管线的端部着陆在位于海底结构顶部上的管线着陆框架上。本发明的主要思想是能够将管线端部临时直接安装在随后的直接接入将被执行到的海底模板(或其他海底结构)的顶部上。这意味着管线直接安装在正确的廊和位置；此外，管线端部临时安装在所述结构的顶部，使得管线清管器或plet不会撞击入到海底结构中。

本发明能够将管线矫直地放置就位以直接接入，并且使得邻近所述结构进行临时安装，其涉及稍后的提升和移位操作，就是不必要的了。

本发明在接入轮毂/连接上施加较小的力，因为管线朝向管线的端部的侧向偏转确保了低轴向力以在变化的操作载荷下引起侧向偏转。本发明是一种简化，其能够在到海底结构的大多数管线端部上直接接入。

与使用刚性线轴或柔性尾部的传统方法相比，预计将节省相当多的成本。本发明还节省了大量的时间，并且由于更少的离岸提升操作和降低的风险而改善了hse(健康、安全和环境)。

图2示意性地示出了处于从管线卷轴2部署管线1的过程中的铺设船。为方便起见，未示出船本身。当管线1从管线卷轴2部署时，所述管线跨越对准器3弯曲。对于管线1的大区段，矫直机4用于去除由于管线1在管线上卷轴2的存储以及跨越对准器3弯曲而导致的残余曲率半径。

在本发明的一个实施方式中，管线的端部，包括接入和热膨胀环，可选地根据wo-a-02/057674或wo-a-2015/149843中的一个，使用直接接入方法直接连接到海底结构5，如以下参考图2和图3所述。

海底结构5设置有管线着陆框架(plf)6，其可以是固定到海底结构5的顶部的临时plf6或者是形成在海底结构5的顶部中或其上的集成的plf6。plf6是新的，将以下更详细地描述。出于描述该方法的目的，plf6提供用于在连接之前将管线1的端部着陆的位置就足够。示出管线在其端部处带有清管器10。

使用例如从铺设船延伸的启动线材7将管线1的端部牵拉靠近海底结构5。在图2中，启动线材从启动头/plet(未示出)穿过或跨越plf延伸到海床锚8。可以使用将管线端部着陆在plf上的任何方便装置。可以使用各潜水器、各远程操作车辆(rov)9、各具有不同布置的启动线材以及这些技术的任何组合将管线端部着陆在plf上。

当管线1的端部足够靠近海底结构时，在使用rov9的实施方式中完成直接接入过程的最后阶段。

将管线端部着陆在海底结构的顶部上可以以不同方式：

1)位于海底结构顶部上的在顶部上的临时管线着陆框架(plf)。所述临时plf可以具有引导系统(例如漏斗)以确保管线进入正确位置。

2)集成在海底结构顶部中的管线着陆框架(plf)。所述集成的plf可以具有引导系统(例如漏斗)以确保管线进入正确位置。

在管线安装后，管线被浸水(充满水)，移除清管器，管线端部从顶部上的plf下降到海底结构，用于直接接入。下降可以以替代方式执行：

1)带有管线端部的plf两者都下降到下方的主结构，或

2)通过临时略微提升管线端部来移除plf，在其后，将管线端部下降就位用于连接。

如图3所示，在下降操作之前或期间，管线端部的轴向位置被调节以匹配下方的海底结构上的连接点的位置。该轴向调节也可以通过着陆框架中的机构来执行，或者其可以通过在管线上侧向牵拉/绞动，例如远离连接点50m至200m来进行。后者具有的优点是，侧向偏转区段在操作期间将充当弹簧，其中，热膨胀被侧向偏转吸收，因此确保连接点上的载荷是可接受的。

图3a示出了临时安装在plf上的两条管线的端部。图3b示出了通过在管线上牵拉以生成残余曲率区段102进行轴向调节之后，两个管线1的端部连接到海底结构的两个连接点。

牵拉可以通过另外的绞盘、张力线缆、浮力辅助装置或这些和任何其他方便的方法的组合来实现。

在一个实施方式中，plf6包括用于将管线的端部引导至着陆位置的引导结构，例如图3a中所示。通过在管线上牵拉生成残余曲率部分102，并且plf引导结构允许从图3a中所示的着陆位置移动到轴向在图3b中所示的适当连接点上方的第二位置。在这种情况下，plf可以包括或者用于将所述管线端部，或者每个管线端部下降到连接点的机构，或者可选地包括释放机构，使得管线可以通过一些其他装置下降，例如，通过潜水器或rov。

本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施方式进行各种修改。