深水S型海底管道的起始铺设工艺的制作方法

本发明属于海洋石油工程海上安装技术领域，涉及一种以重力锚或吸力锚为起始锚的深水s型海底管道的起始铺设工艺。

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。深水条件下的海管铺设主要采用s型,j型和卷管铺设(reel-lay)三种方式,本发明的起始铺设工艺针对s型的铺管方式。

s型铺管过程中，管线通过托管架延伸至海底，管线在张紧器至海管触地点之间形成水平的s形,故称s-型铺管。s形的管线按照受力状态可以分为三段:过弯段、悬空段和下弯段。s-型铺管适用于中浅水深，深水也可采用s-型铺管，但对张紧器能力和托管架长度有较高的要求。

中浅水s型海管铺设对起始锚的水平承载能力要求高，对垂向承载能力要求低，常使用抓力锚作为起始锚。随着水深的增加，海管铺设张力增加，起始锚的垂向载荷随之增加,同时因为抓力锚在深水中的精确定位难度很大,在深水s型海管起始铺设时，常采用重力锚或吸力锚作为起始锚。

深水s型海管起始铺设过程中，海管在波浪、海流、船体运动、托管架支撑、起始端plet(pipelineendtermination)、起始端plet辅助浮筒等共同作用下，受力状态比正常铺设过程更加复杂，海管局部变形较大，常进入塑性状态，容易发生局部屈曲。因而，起始铺设工艺流程比正常铺设过程更具挑战。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种深水s型海底管道的起始铺设工艺，其采用以重力锚或吸力锚为起始锚，具有定位精确高、承载能力大、可回收多次使用等特点；整个起始铺设工艺适应水深范围广、适应海管管径范围大、海上操作相对简单、起始铺设效率高。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明深水s型海底管道的起始铺设工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步:在起始锚上安装一段钢缆，该钢缆的另一端连接一个回收浮标，使用多功能深水安装船上的吊机缆绳将起始锚吊装至海床预定位置；起始锚安装完毕后，回收多功能深水安装船的吊机缆绳以及端部的索具；

第二步:多功能深水安装船将起始缆海底端下放至起始锚附近,并通过水下机器人(rov)将起始缆的海底端连接至回收浮标；起始缆的长度比铺管作业水深超出150至300m；多功能深水安装将起始缆与海管相连端传递给铺管船,将铺管船的收放缆绳(a/rcable)与起始缆海管相连端进行连接；

第三步:铺管船调整船艏方向,沿海管铺设路径前行至预定位置,与此同时放出预定长度的收放缆绳，然后开始进行起始锚拉力测试；完成拉力测试后，铺管船继续沿海管铺设路径前行，并放出收放缆绳，当起始缆全部置放于海底后,由水下机器人通过超短基线定位系统测量起始缆与海管相连一侧的端部，从而得出起始缆与海管相连一侧的端部与目标区的距离；铺管船后退,回收收放缆绳，将起始缆与海管相连一侧的端部收回至铺管船甲板,根据测量所得起始缆与海管相连一侧的端部与目标区的距离调整起始缆长度，以确保海管在海管铺设中落于目标区内；

第四步:在铺管船甲板上,将回收的起始缆海管相连端端部与海管起始端plet(pipelineendtermination)相连，在起始缆提供的拉力下,逐步下放海管；当海管起始端到达托管架后,使用铺管船船尾吊机，将辅助浮筒和海管起始端连接,并下放辅助浮筒到海面以下；当辅助浮筒位于水下10m左右时,使用水下机器人解除吊机和辅助浮筒的连接；

第五步:铺管船沿海管铺设路径铺放海管,当海管起始端接近海底时，通过水下机器人监视海管起始端(plet)的位置；

第六步:铺管船继续沿海管铺设路径铺放海管,在水下机器人监视下将海管起始端(plet)放置在海床；使用水下机器人分别解除起始缆和辅助浮筒与海管起始端的连接，多功能深水安装船回收起始缆和起始锚；铺管船继续沿预定铺设路线铺设海管，海管铺设进入正常铺设阶段。

前述的深水s型海底管道的起始铺设工艺，其中，所述第一步中,起始锚为重力锚或吸力锚；在起始锚上安装的一段钢缆的长度为20±5m；通过吊机缆绳将起始锚吊装至海床预定位置的过程需要水下机器人监控起始锚的安装位置以及朝向，并在下放时协助调整起始锚的朝向，以确保安装精度满足设计要求；所述第二步中，待起始锚安装在海床预定位置后，使用水下机器人在水下将起始锚上的钢缆与起始缆海底端相连接；所述第三步中，铺管船进行起始锚拉力测试时的位置和放出的收放缆绳长度由海管起始铺设分析确定,确保在拉力测试过程中,起始锚只承受水平方向的拉力；铺管船在拉力测试中,起始锚上施加的拉力为其在起始铺管过程中所受最大水平力的1.25倍,并维持该拉力30分钟；完成拉力测试后，铺管船继续沿海管铺设路径前行，并放出收放缆绳,在此过程中需保持施加在收放缆绳上的拉力与海管起始铺设时的设计拉力一致；当起始缆全部置放于海底后,由水下机器人利用超短基线定位系统测量起始缆与海管相连一侧的端部位置,从而得出起始缆与海管相连一侧的端部与目标区的距离；铺管船后退,回收收放缆绳，将起始缆与海管相连一侧的端部收回至铺管船甲板,根据测量所得起始缆与海管相连端端部与目标区的距离调整起始缆长度，以确保海管在海管铺设中落于目标区域内。

本发明深水s型海底管道的起始铺设工艺的有益效果，采用重力锚或吸力锚为起始锚，具有定位精确高、承载能力大、可回收多次使用等特点；整个起始铺设工艺适应水深范围广、适应海管管径范围大、海上操作相对简单、起始铺设效率高。

附图说明

图1为本发明海管起始铺设完成时的系统总布置图。

图2为本发明起始锚吊装至海底示意图。

图3为本发明水下连接起始锚与起始缆示意图。

图4为本发明起始锚拉力测试系统示意图。

图5为本发明海管起始端plet辅助浮筒安装及下放示意图。

图6为本发明海管起始端plet下放至接近海底位置示意图。

图7为本发明海管起始端plet下放至海底示意图。

图中主要标号说明：1起始锚(图示为重力锚)、2连接重力锚的短钢缆、3回收浮标、4起始缆、5海管起始端plet、6海底管道、7多功能深水安装船、8多功能深水安装船吊机缆绳、9水下机器人(rov)、10深水s型铺管船、11托管架、12收放缆绳(a/rcable)、13铺管船吊机、14起始端plet辅助浮筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的发明内容和实施工艺做进一步的说明。

图1至图7显示本发明起始铺设工艺的完整过程，本实施例的起始锚采用重力锚；其中：图1所示，为海管起始端plet已经放置在海床预定位置时，起始铺设系统海底部分的总布置，包括重力锚1、重力锚处连接的短钢缆2、回收浮标3、起始缆4、起始端plet5以及海底管道6的位置；图2所示，为重力锚吊装时的系统构成，包括多功能深水安装船7、多功能深水安装船吊机缆绳8、水下机器人9、重力锚1、重力锚处短钢缆2以及回收浮标3；图3所示，为使用水下机器人连接起始缆4和重力锚1的过程；图4所示，为重力锚拉力测试的系统构成，包括重力锚1、重力锚处短钢缆2、起始缆4、铺管船10、托管架11、收放缆绳12；图5所示，为铺管船10完成辅助浮筒14与海管起始端plet5的连接，并将辅助浮筒14下放至海面以下的过程；图6所示，为铺管船10即将将海管起始端plet5放置于海底预定位置时的示意图；图7所示，为海管起始端plet5已经被放置在海底预定位置时，海管起始端plet5附近系统的示意图，表示起始铺设完成。

本发明深水s型海底管道的起始铺设工艺的具体步骤如下:

第一步:在重力锚1上安装一段长约20m的短钢缆2，该钢缆2的另一端连接一个回收浮标3，使用多功能深水安装船7上的吊机，通过吊机缆绳8将重力锚1吊装至海床预定位置，如图2所示。吊装过程需要水下机器人9监控重力锚1的安装位置，并在下放时协助调整重力锚1的朝向，以确保安装精度满足设计要求。重力锚1在自重作用下，插入海底预定深度。重力锚1安装完毕后，多功能深水安装船7将吊机缆绳8以及端部的索具回收。

第二步:多功能深水安装船7将起始缆4海底端下放至重力锚1附近，水下机器人9将起始缆4的海底端与回收浮标3连接，如图3所示。通常起始缆4的长度比铺管作业水深超出150至300m.多功能深水安装船7将起始缆4的海面端传递给铺管船10,在铺管船10上,将铺管船10的收放缆绳12与起始缆4的与海管相连一侧端部相连。

第三步:铺管船10调整船艏方向,沿海管6铺设路径前行至预定位置,与此同时放出预定长度的收放缆绳12,然后开始进行重力锚1拉力测试,如图4所示。铺管船10进行重力锚拉力测试时的位置和放出的收放缆绳12长度由海管起始铺设分析确定,以确保在拉力测试过程中,重力锚1只承受水平方向的拉力。铺管船10在拉力测试中,一般要求对重力锚1施加其在起始铺管过程中所受最大水平力的1.25倍的拉力,并维持该拉力30分钟。

完成拉力测试后，铺管船10继续沿海管6铺设路径前行，并放出收放缆绳12,在此过程中需保持施加在收放缆绳12上的拉力与海管起始铺设时的设计拉力一致。当起始缆4全部置放于海底后,由水下机器人9利用超短基线定位系统(或其他类似系统),测量起始缆4与海管相连一侧的端部位置,从而得出起始缆4与海管相连一侧的端部与目标区的距离。

铺管船10后退，回收收放缆绳12，将起始缆4与海管相连一侧的端部收回至铺管船10甲板,根据测量所得起始缆4端部与目标区的距离调整(增长或缩短)起始缆4长度，以确保海管6在海管铺设中落于目标区内。

第四步:在铺管船10甲板上,将回收的起始缆4端部与海管起始端plet(pipelineendtermination)5相连，在起始缆4提供的拉力下,逐步下放海管6。当海管起始端(plet)5到达托管架11后,使用铺管船10船尾吊机13，将辅助浮筒14和海管起始端(plet)5连接,并下放辅助浮筒14到海面以下，如图5所示。当辅助浮筒14位于水下10m左右时,使用水下机器人9解除吊机13和辅助浮筒14的连接。

第五步:铺管船10沿海管铺设路径铺放海管6,当海管起始端(plet)5接近海底时，水下机器人9监视海管起始端(plet)5的位置，系统状态如图6所示。

第六步:铺管船10继续沿海管铺设路径铺放海管6,在水下机器人9监视下将海管起始端(plet)5放置在海床，此时系统状态如图7所示。使用水下机器人9分别解除起始缆4、辅助浮筒14与海管起始端(plet)5的连接，多功能深水安装船7回收起始缆4和重力锚1。铺管船10继续沿预定铺设路线铺设海管6，海管铺设进入正常铺设阶段。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：起始锚可以使用重力锚或者吸力锚，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；适用于采用s型铺管技术的铺管船；使用的额外辅助工具简单，仅包括一个起始锚、一个辅助浮筒、一个回收浮标、一条起始缆以及一些必要的钢缆端部连接件，这些辅助工具都可重复使用，可大大降低深水海底管道起始铺设的成本。

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。