專利名稱：深水s型海底管道的鋪設(shè)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海底管道的鋪設(shè)工藝，尤其涉及一種深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝。 屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海底管道鋪設(shè)作為深海油氣田開發(fā)建設(shè)的一個重要組成部分，對海上油氣田的開發(fā)、生產(chǎn)和產(chǎn)品外輸?shù)确矫嫫鹬种匾淖饔?。在實際工程中，常用的海底管道鋪設(shè)方法主要有S型鋪管法、J型鋪管法、卷管式鋪管法和拖管法等四大類。而S型鋪管方法是目前海底管道最為常用的鋪設(shè)方法。如圖1所示，在S型鋪管方法中，海底管道在鋪管船1甲板作業(yè)線上從焊接、檢驗都在一個水平面內(nèi)，海底管道的移動是通過鋪管船1的船尾經(jīng)托管架2到達海床5，海底管道的線形看上去像一個被拉長的“S”。整條海底管道一般分為兩個區(qū)域一為上彎段3，即 從設(shè)在鋪管船1甲板上的張緊器開始，沿著作業(yè)線經(jīng)托管架2向下延伸至反彎點為止的一段區(qū)域(反彎點一般就是管道受到彎矩為零的拐點)。另一段為下彎段4，即從反彎點到海床面5著地點的一段區(qū)域。海底管道在下彎段4的曲率通過沿生產(chǎn)線放置的張緊器產(chǎn)生的拉力來控制，海底管道在上彎段3的曲率和彎曲應力則一般依靠合適的滑道支撐和托管架2的曲率來控制。托管架2主要作用就是減小管道離開船尾后的彎曲應力，通過選取不同的托管架2長度以及其與水平方向的角度，可以有效改善管道受到的彎矩和軸向拉力。目前，S型鋪管法主要應用于淺水鋪設(shè)(< 300m)，淺水鋪設(shè)的特點是管道的彎曲程度小，所需張緊力較小，整條管道變形都在彈性范圍之內(nèi)。淺水S型鋪管船托管架一般為 1-2段，因此，管道在水中一般與水平方向的夾角不大，鋪設(shè)的深度也不大。隨著海洋石油開發(fā)不斷向深水領(lǐng)域的邁進，海底管道的鋪設(shè)水深越來越深，對于深水海底管道鋪設(shè)技術(shù)要求也越來越高。目前，采油平臺的作業(yè)水深已達3000m，鉆井深度超過萬米，海底管道的鋪設(shè)水深也達到了 3000m左右。當海底管道鋪設(shè)水深增加時，將會遇到拱彎段要求更大的轉(zhuǎn)角以及垂彎段要求避免壓力帶來的失穩(wěn)等技術(shù)問題。為了克服現(xiàn)有S型鋪管法存在的問題，一方面通過加長托管架的長度以滿足拱彎段的轉(zhuǎn)角要求，而垂彎段的失穩(wěn)問題仍然存在，這將嚴重影響到在深水中鋪設(shè)海底管道的速度、工作效率及海底管道鋪設(shè)的安全性和可靠性；使鋪設(shè)水深受到限制，只能在較淺的海底進行鋪設(shè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有海底管道的鋪設(shè)方法存在的上述缺點，而提供一種深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其利用鋪管船的動力系統(tǒng)并配合安裝在鋪管船上的張緊器及起始錨對海底管道進行下放，可以在深水中進行海底管道的鋪設(shè)，提高了海底管道的鋪設(shè)速度及工作效率，增強了海底管道鋪設(shè)的安全性和可靠性。本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其特征在于鋪設(shè)前，鋪管船應配備動力定位系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、張緊器、應答器及托管架，鋪設(shè)時，采用以下鋪設(shè)步驟第一步，鋪管船就位后，調(diào)整托管架并進行海底管道倒運；第二步，把鋪管船定位在海上指定位置，布置起始錨；第三步，進入深水S型海底管道正常鋪設(shè)階段，(1)將海底管道輸送至焊接站，進行管道的坡口、焊接作業(yè)，(2)進行海底管道的探傷檢查，并涂裝防腐層和放置屈曲探測器；(3)利用鋪管船自身動力定位系統(tǒng)的動力定位移船，使海底管道通過張緊器，在張緊器的夾緊下，慢慢通過托管架，并在托管架的引導下形成上彎段；(4)繼續(xù)下放海底管道、動力定位移船及釋放海底管道，直至將海底管道下放至海床；在實施上述管道鋪設(shè)的每個步驟中，始終都要進行總體監(jiān)測。所述正常鋪設(shè)階段中，通過布置起始錨及起始纜與管端封頭連接，控制海底管道形態(tài)成S型，以便進行正常鋪設(shè)。所述總體監(jiān)測包括(1)環(huán)境條件監(jiān)測，即風、浪、流的監(jiān)測；(2)船舶自由度運動監(jiān)測；(3)張緊器張力監(jiān)測，始終保持海底管道最大拉力與張緊器最大張力在設(shè)定安全的裕度內(nèi)；(4)托管架尾端動力監(jiān)測，始終保持海底管道與托管架尾端的設(shè)定距離，并保持海底管道對托管架尾端壓力小于滾輪承載力；(5)水下海底管道狀態(tài)監(jiān)測，通過水下觀測設(shè)備，監(jiān)控水下海底管道形態(tài)及海底管道海床的著泥點，一旦發(fā)生破壞立刻停止鋪設(shè)，進入棄管程序。所述第二步中，起始錨布置過程如下(1)施工前確認天氣、海況在極限允許范圍內(nèi)；(2)起始錨起吊準備及水下機器人準備；(3)起始錨掛平吊扣，切割固定，起吊旋轉(zhuǎn)至船尾；(4)翻身并連接收放絞車鋼纜，轉(zhuǎn)換起吊力至收放絞車；(5)下放至距離海床面100m，水下機器人下水觀測，繼續(xù)下放起始錨；(6)起始錨到達設(shè)定點后，停止下放，等待起始錨穩(wěn)定；(7)繼續(xù)下放起始錨至海床面3m，由水下機器人確認起始錨的坐標點；(8)緩慢下放起始錨，水下機器人調(diào)整方位角，下方至海床面吊扣放松起始錨自沉入泥，然后，打開泵殼排空在水壓作用下逐步下沉直至設(shè)定深度。所述起始錨采用帶數(shù)米長鋼纜的起始錨。所述水下應答器安裝過程如下(1)將起始纜拉直后，使用GPS定位系統(tǒng)定位該位置的坐標；(2)根據(jù)海底管道鋪設(shè)起始點的設(shè)計坐標，對照起始纜上應答器處坐標，計算出起始纜實際需要的長度；(3)切割起始纜多余部分，并將起始纜連接到作業(yè)線上的海底管道起始處，方可開始鋪管作業(yè)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用鋪管船的動力系統(tǒng)并配合安裝在鋪管船上的張緊器及起始錨對海底管道進行下放，可以在深水中進行海底管道的鋪設(shè)，提高了海底管道的鋪設(shè)速度及工作效率，增強了海底管道鋪設(shè)的安全性和可靠性。為國家深水戰(zhàn)略發(fā)展要求提供了技術(shù)支持。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)海底管道鋪設(shè)示意圖。圖2為本發(fā)明起始錨布置示意圖。圖3為本發(fā)明水下應答器安裝位置示意圖。圖4為本發(fā)明海底管道鋪設(shè)及監(jiān)測示意圖。圖中主要標號說明1鋪管船、2托管架、3上彎段、4下彎段、5海床面、6起始纜、7起始錨、8應答器。
具體實施例方式如圖2-圖4所示，在海底管道鋪設(shè)之前，預先在陸地上將海底管道預制成設(shè)定長度海底管道；然后，再裝運上船以備鋪設(shè)；鋪設(shè)前，鋪管船1上應配備完備的動力定位系統(tǒng)、 監(jiān)測系統(tǒng)、大張力張緊器、應答器8及更長和承載能力更高的托管架2。如圖3所示，水下應答器8安裝過程如下(1)將起始纜6拉直后，使用GPS定位系統(tǒng)定位該位置的坐標；(2)根據(jù)海底管道鋪設(shè)起始點的設(shè)計坐標，對照起始纜6上應答器8處坐標，計算出起始纜6實際需要的長度；(3)切割起始纜6多余部分，并將起始纜6連接到作業(yè)線上的海底管道起始處，方可開始鋪管作業(yè)。本發(fā)明主要采用以下鋪設(shè)步驟第一步，鋪管船1就位后，調(diào)整托管架2并進行管道倒運；(1)按照鋪設(shè)路由，通過監(jiān)測GPS定位系統(tǒng)確認鋪管船1到達預訂的鋪設(shè)位置；(2)由鋪管船1動力定位系統(tǒng)進行定位，如有需要，可通過水下機器人(ROV)檢測水下路由的實際狀況，確認水下無障礙物，海床條件能保證完成指定的鋪設(shè)作業(yè)；(3)鋪管船1就位后，調(diào)整托管架2，具體操作為根據(jù)鋪管計算結(jié)果，檢查張緊器墊塊并進行相應地調(diào)整以滿足管徑需要，同時調(diào)整托管架2托輥以擬合出最接近理論計算值的托管架曲線，在此過程中，必須采用托管架2上相關(guān)的監(jiān)測設(shè)備對托管架2整體和局部形態(tài)進行監(jiān)測并作出及時調(diào)整；(4)管道倒運，具體操作為首先對管道的圓度、坡口破壞、涂裝破壞及涂層不規(guī)則性進行檢查，然后，根據(jù)分類倒運管道，一部分在鋪管船1的堆管區(qū)域進行暫時存放，部分管道可以直接送到作業(yè)線上。第二步，布置起始錨6，利用GPS定位系統(tǒng)把鋪管船1定位在海上指定位置；并在正常鋪設(shè)階段中，通過布置起始錨及起始纜與管端封頭連接，控制海底管道形態(tài)成S型，以便進行正常鋪設(shè)。
如圖2所示，起始錨7布置過程如下(1)施工前確認天氣、海況在極限允許范圍內(nèi)；(2)帶數(shù)米長鋼纜的起始錨6進行起吊準備，準備內(nèi)容包括索具檢查、泵殼檢查及設(shè)備功能試驗等，水下機器人(ROV)準備；(3)起始錨6掛平吊扣，切割固定，起吊旋轉(zhuǎn)至船尾；(4)翻身并連接收放(A/R)絞車鋼纜，轉(zhuǎn)換起吊力至收放(A/R)絞車；(5)下放至距離海床面100m，水下機器人(ROV)下水觀測，繼續(xù)下放起始錨6 ；(6)起始錨6到達設(shè)計點后，停止下放，等待起始錨6穩(wěn)定；(7)繼續(xù)下放起始錨6至海床面3m，水下機器人(ROV)確認起始錨6的坐標點；(8)緩慢下放起始錨6，水下機器人(ROV)調(diào)整方位角，下方至海床面5吊扣放松起始錨6自沉入泥，然后，打開泵殼排空在水壓作用下逐步下沉直至設(shè)計深度。第三步，如圖3所示，進入深水S型海底管道正常鋪設(shè)階段，在鋪管船1上鋪設(shè)海底管道，正常鋪設(shè)順序包括(1)管道輸送系統(tǒng)從甲板上將管段輸送至焊接站，進行管道的坡口、焊接作業(yè)，然后，采用焊縫檢測儀器對海底管道進行探傷檢查，并涂裝防腐層和放置屈曲探測器；(2)上述各個工作完成后，通知中控室移船；(3)利用鋪管船1自身動力定位系統(tǒng)的動力定位移船，船向前移動一個管子長度的距離，并重復(1)-(2)步驟，同時，對作業(yè)海域環(huán)境及船舶自由度運動進行檢測；(4)海底管道通過張緊器，并在張緊器的夾緊下，慢慢進入托管架2，通過托管架2 控制室觀測托管架2各滾輪反力，并隨時壓載調(diào)整托管架2，同時，對托管架2尾端進行動力監(jiān)測，始終保持海底管道與托管架2尾端有一定距離，并保持海底管道對托管架2尾端壓力遠小于滾輪承載力。在此過程中，必須對張緊器張力進行檢測，始終保持海底管道最大拉力與張緊器最大張力有一定安全裕度；(4)在托管架2的引導下，形成上彎段3，在此過程中對海底管道進行監(jiān)測，以確保管海底道安全通過上彎段3 ；(5)海底管道通過托管架2最后一點，角度接近90度，繼續(xù)下放海底管道，動力定位移船，釋放海底管道。在此過程中，始終保持環(huán)境條件監(jiān)測、鋪管船1自由運動監(jiān)測、張緊器張力監(jiān)測、托管架2尾端動力監(jiān)測，始終保持海底管道與托管架2尾端有一定距離，并保持海底管道對托管架2尾端壓力遠小于滾輪承載力；同時，對水下海底管道狀態(tài)監(jiān)測，通過水下電視、水下機器人(ROV)等設(shè)備，監(jiān)控水下海底管道形態(tài)。及海底管道海床5著泥點， 一旦發(fā)生破壞立刻停止鋪設(shè)，進入棄管程序。(6)繼續(xù)下放海底管道至海床，此時，張緊器張力達到最大，重復移船并下放海底管道。在此過程中，始終保持環(huán)境條件監(jiān)測、鋪管船1自由運動監(jiān)測、張緊器張力監(jiān)測、托管架尾端動力監(jiān)測及水下海底管道狀態(tài)監(jiān)測。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)采用深水專用設(shè)備和機具替代淺水設(shè)備和機具，提高作業(yè)能力作業(yè)水深；(2)鋪管船的穩(wěn)定性要求高，配備先進的動力定位系統(tǒng)，以保證鋪管船在鋪管過程中能夠做到精確定位；(3)管道鋪設(shè)全過程中具備監(jiān)測環(huán)節(jié)，保證船舶及管道鋪設(shè)安全性。
上述工藝中所采用動力定位系統(tǒng)、環(huán)境條件監(jiān)測、船舶自由度運動監(jiān)測、水下海底管道狀態(tài)監(jiān)測、張緊器張力監(jiān)測以及托管架尾端動力的監(jiān)測系統(tǒng)、張緊器、應答器、GPS定位系統(tǒng)、水下機器人、水下電視、焊縫檢測儀器等均為已知的儀器或檢測設(shè)備。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其特征在于鋪設(shè)前，鋪管船應配備動力定位系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、張緊器、應答器及托管架，鋪設(shè)時，采用以下鋪設(shè)步驟第一步，鋪管船就位后，調(diào)整托管架并進行海底管道倒運；第二步，把鋪管船定位在海上指定位置，布置起始錨；第三步，進入深水S型海底管道正常鋪設(shè)階段，(1)將海底管道輸送至焊接站，進行管道的坡口、焊接作業(yè)，(2)進行海底管道的探傷檢查，并涂裝防腐層和放置屈曲探測器；(3)利用鋪管船自身動力定位系統(tǒng)的動力定位移船，使海底管道通過張緊器，在張緊器的夾緊下，慢慢通過托管架，并在托管架的引導下形成上彎段；(4)繼續(xù)下放海底管道、動力定位移船及釋放海底管道，直至將海底管道下放至海床；在實施上述管道鋪設(shè)的每個步驟中，始終都要進行總體監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其特征在于所述正常鋪設(shè)階段中，通過布置起始錨及起始纜與管端封頭連接，控制海底管道形態(tài)成S型，以便進行正常鋪設(shè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其特征在于所述總體監(jiān)測包括(1)環(huán)境條件監(jiān)測，即風、浪、流的監(jiān)測；(2)船舶自由度運動監(jiān)測；(3)張緊器張力監(jiān)測，始終保持海底管道最大拉力與張緊器最大張力在設(shè)定安全的裕度內(nèi)；(4)托管架尾端動力監(jiān)測，始終保持海底管道與托管架尾端的設(shè)定距離，并保持海底管道對托管架尾端壓力小于滾輪承載力；(5)水下海底管道狀態(tài)監(jiān)測，通過水下觀測設(shè)備，監(jiān)控水下海底管道形態(tài)及海底管道海床的著泥點，一旦發(fā)生破壞立刻停止鋪設(shè)，進入棄管程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其特征在于所述第二步中， 起始錨布置過程如下(1)施工前確認天氣、海況在極限允許范圍內(nèi)；(2)起始錨起吊準備及水下機器人準備；(3)起始錨掛平吊扣，切割固定，起吊旋轉(zhuǎn)至船尾；(4)翻身并連接收放絞車鋼纜，轉(zhuǎn)換起吊力至收放絞車；(5)下放至距離海床面100m，水下機器人下水觀測，繼續(xù)下放起始錨；(6)起始錨到達設(shè)定點后，停止下放，等待起始錨穩(wěn)定；(7)繼續(xù)下放起始錨至海床面3m，由水下機器人確認起始錨的坐標點；(8)緩慢下放起始錨，水下機器人調(diào)整方位角，下方至海床面吊扣放松起始錨自沉入泥，然后，打開泵殼排空在水壓作用下逐步下沉直至設(shè)定深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其特征在于所述起始錨采用帶數(shù)米長鋼纜的起始錨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，其特征在于所述水下應答器安裝過程如下(1)將起始纜拉直后，使用GPS定位系統(tǒng)定位該位置的坐標；(2)根據(jù)海底管道鋪設(shè)起始點的設(shè)計坐標，對照起始纜上應答器處坐標，計算出起始纜實際需要的長度；(3)切割起始纜多余部分，并將起始纜連接到作業(yè)線上的海底管道起始處，方可開始鋪管作業(yè)。
全文摘要
一種深水S型海底管道的鋪設(shè)工藝，采用以下鋪設(shè)步驟一、鋪管船就位后，調(diào)整托管架及管道倒運；二、把鋪管船定位在海上指定位置，布置起始錨；三、管道鋪設(shè)(1)將管道輸送至焊接站，進行焊接作業(yè)，(2)管道探傷檢查，并涂裝防腐層和放置屈曲探測器；(3)動力定位移船，管道經(jīng)張緊器后通過托管架，在托管架的引導下形成上彎段；(4)繼續(xù)下放管道、動力定位移船及釋放管道，直至將管道下放至海床；在實施上述管道鋪設(shè)的每個步驟中，始終都要進行總體監(jiān)測。本發(fā)明利用鋪管船的動力系統(tǒng)并配合張緊器及起始錨對管道進行下放，可以在深水中進行海底管道的鋪設(shè)，提高了海底管道的鋪設(shè)速度及工作效率，增強了海底管道鋪設(shè)的安全性和可靠性。
文檔編號F16L1/18GK102374338SQ20101025858
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者任翠青, 王琮, 羅超, 趙冬巖, 金偉良, 龔順風 申請人:中國海洋石油總公司, 浙江大學, 海洋石油工程股份有限公司