深海輕型j型海底管道鋪設系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種深海輕型J型海底管道鋪設系統，其包括：底座；塔架機構安裝在底座上；A/R系統通過多個滑輪支架將A/R絞車伸出的鋼絲繩牽引所述塔架機構；管節水平運輸機構安裝在所述底座上，末端水下生產系統安裝吊，設置在所述塔架機構的側部，且所述末端水下生產系統安裝吊的遠端與所述A/R絞車連接。本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統設置為輕型化，可以控制整機重量、尺寸，適合安裝現有的多種海洋工程船舶。其實現了模塊化，便于安裝，減少對安裝母船的改造，可實現鉸接安裝或法蘭安裝。
【專利說明】
深海輕型J型海底管道鋪設系統
技術領域
[0001]本發明涉及海底管道鋪設領域，特別涉及一種深海輕型J型海底管道鋪設系統。
【背景技術】
[0002]海底管道鋪設系統是用于在海底鋪設輸送石油和天然氣管道的工程。海洋管道包括海底油、氣集輸管道，干線管道和附屬的增壓平臺，以及管道與平臺連接的主管等部分。其作用是將海上油、氣田所開采出來的石油或天然氣匯集起來，輸往系泊油船的單點系泊或輸往陸上油、氣庫站。
[0003]海洋油、氣管道的輸送工藝與陸上管道相同。海洋管道工程在海域中進行，工程施工的方法則與陸上管道線路工程不同。
[0004]特別是針對J型海底管道鋪設系統，其結構復雜，重量重且不便于安裝，因此本領域技術人員亟待研究一種新型的J型海底管道鋪設系統。

【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中J型海底管道鋪設系統結構復雜、重量重且不便于安裝等缺陷，提供一種深海輕型J型海底管道鋪設系統。
[0006]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的:一種深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特點在于，所述深海輕型J型海底管道鋪設系統包括:
[0007]底座;塔架機構，所述塔架機構安裝在底座上；
[0008]A/R系統，所述A/R系統通過多個滑輪支架將A/R絞車伸出的鋼絲繩牽引所述塔架機構；
[0009]管節水平運輸機構，所述管節水平運輸機構安裝在所述底座上，
[0010]末端水下生產系統安裝吊，設置在所述塔架機構的側部，且所述末端水下生產系統安裝吊的遠端與所述A/R絞車連接。
[0011 ]較佳地，所述塔架機構與所述底座鉸接，由爬升撐桿系統支撐。
[0012]較佳地，所述塔架機構還包括內對中系統和張力升降平臺，所述內對中系統和所述張力升降平臺的纏繞鋼絲繩滑輪支架設置在所述塔架機構的頂部。
[0013]較佳地，所述塔架機構還包括塔架夾持和裝載臂俯仰絞車，所述塔架夾持安裝在所述塔架機構的中橫梁上，所述裝載臂俯仰絞車安裝在所述塔架機構上，通過鋼絲繩纏繞牽引裝載臂俯仰。
[0014]較佳地，所述管節水平運輸機構包括多根步進梁、固定縱向傳輸托輥、升降式縱向傳輸托輥，分別布置在所述裝載臂的一側。
[0015]較佳地，所述塔架機構還包括角度調節機構，所述角度調節機構采用油缸爬升驅動。
[0016]較佳地，所述角度調節機構包括上頂升機構、頂升油缸、下頂升機構和爬升撐桿，所述上頂升機構與所述塔架機構的塔架通過一鉸點連接，所述頂升油缸的兩端連接所述上頂升機構和所述下頂升機構，所述爬升撐桿穿過所述上頂升機構和所述下頂升機構，所述爬升撐桿通過另一鉸點與所述底座連接。
[0017]較佳地，所述管節水平運輸機構包括多個夾持機構和管節，所述夾持機構設置在所述裝載臂上，并夾持所述管節，使得所述管節隨所述裝載臂俯仰絞車俯仰。
[0018]較佳地，所述管節水平運輸機構還包括安全靴，所述安全靴安裝在所述裝載臂的底部，用于防止所述管節的滑移。
[0019]本發明的積極進步效果在于:
[0020]本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統設置為輕型化，可以控制整機重量、尺寸，適合安裝現有的多種海洋工程船舶。其實現了模塊化，便于安裝，減少對安裝母船的改造，可實現鉸接安裝或法蘭安裝。此外，所述深海輕型J型海底管道鋪設系統更加地多功能化，可完成海底管道鋪設、具備A/R功能，可安裝PLET (末端水下生產系統)等水下設施。
【附圖說明】
[0021]本發明上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中:
[0022]圖1為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的主視圖。
[0023]圖2為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的左視圖。
[0024]圖3為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的俯視圖。
[0025]圖4為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的船艉安裝布置圖。
[0026]圖5為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的月池安裝布置圖。
[0027]圖6為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中塔架俯仰機構布置圖。
[0028]圖7為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中裝載臂的布置圖。
[0029]圖8為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中塔架系統的內部布置圖。
[0030]圖9為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中管節與管束對接區域的布置圖。
[0031]圖10為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中管線下放示意圖。
[0032]圖1la為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可換裝的夾持模式的示意圖一。
[0033]圖1lb為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可換裝的夾持模式的示意圖二。
[0034]圖1lc為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可換裝的夾持模式的示意圖三。
[0035]圖12為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中A/R操作區域的示意圖。
[0036]圖13a為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝吊系統的示意圖一。
[0037]圖13b為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝吊系統的不意圖二。
[0038]圖14a為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝操作的不意圖一。
[0039]圖14b為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝操作的示意圖二。
【具體實施方式】
[0040]為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0041 ]現在將詳細參考附圖描述本發明的實施例。詳細參考本發明的優選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本發明中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本發明說明書中所提及的一些術語可能是
【申請人】按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本發明。
[0042]圖1為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的主視圖。圖2為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的左視圖。圖3為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的俯視圖。
[0043]如圖1至圖3所示，本發明公開了一種深海輕型J型海底管道鋪設系統，其包括底座、塔架機構10、A/R系統20、管節水平運輸機構和末端水下生產系統安裝吊30。其中，塔架機構10安裝在所述底座上。A/R系統20通過多個滑輪支架將A/R絞車21伸出的鋼絲繩牽引塔架機構10。所述管節水平運輸機構安裝在所述底座上，末端水下生產系統安裝吊30設置在塔架機構1的側部，且末端水下生產系統安裝吊30的遠端與A/R絞車21連接。
[0044]優選地，將塔架機構10與所述底座鉸接，由爬升撐桿系統11支撐。進一步地，塔架機構10還包括內對中系統12和張力升降平臺13，內對中系統12和張力升降平臺13的纏繞鋼絲繩滑輪支架設置在塔架機構10的頂部。
[0045]在塔架基座上方設置工作站17，可以水平滑移，內部空間用于布置焊接、包覆、探傷、監控操控設備，施工人員活動秘籍區，站內管節與管束對接。
[0046]進一步地，塔架機構10還包括塔架夾持14和裝載臂俯仰絞車15，塔架夾持14安裝在塔架機構10的中橫梁上，裝載臂俯仰絞車15安裝在塔架機構10上，通過鋼絲繩纏繞牽引裝載臂16俯仰。
[0047]所述管節水平運輸機構包括多根步進梁40、固定縱向傳輸托輥41、升降式縱向傳輸托輥42，分別布置在裝載臂16的一側。
[0048]圖4為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的船艉安裝布置圖。圖5為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統的月池安裝布置圖。
[0049]如圖4所示，本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統安裝在海工船舶尾部時采用模塊化設計，海工船舶50裝備有動力定位系統，可以適用于深海鋪管應用，僅需要局部改造加強船舶與鋪管系統的主體塔架系統的接口。
[0050]如圖5所示，同時本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統還可以安裝在帶有月池結構的海工船舶上。本系統要求船舶50安裝具有起吊管節的甲板起重機51，甲板起重機51的主要任務是將管節從堆管區52轉運至甲板水平運輸機構。整機控制系統集成在專門設計的控制箱53，控制箱53預留船艏通訊接口。整機操控室54安裝在邊側。根據鋪管系統的布置位置調整甲板布局。
[0051]圖6為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中塔架俯仰機構布置圖。
[0052]如圖6所示，塔架機構10還包括角度調節機構，所述角度調節機構采用油缸爬升驅動。本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統在鋪管施工應用中，管束的入水角度同塔架的俯仰角度一致，角度的調節變化范圍為I?110°，可以滿足不同管徑與水深的要求。
[0053]特別地，所述角度調節機構包括上頂升機構60、頂升油缸63、下頂升機構62和爬升撐桿64，上頂升機構60與塔架機構10的塔架通過一鉸點61連接，頂升油缸63的兩端連接上頂升機構60和下頂升機構62，爬升撐桿64穿過上頂升機構60和下頂升機構62，爬升撐桿64通過另一鉸點65與所述底座連接，連接各頂升機構的油缸插銷鎖住爬升撐桿64上的插銷孔位。一端頂升機構60的插銷鎖住銷孔，另一端插銷拔出銷孔，頂升油缸63收縮或伸出，爬升撐桿64動作帶動塔架的角度變化。采用油缸爬升具有調節角度的優點，驅動力大，角度定位后鎖銷能耗小。
[0054]圖7為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中裝載臂的布置圖。
[0055]如圖7所示，所述管節水平運輸機構包括多個夾持機構161和管節，夾持機構161設置在裝載臂16上，并夾持所述管節，使得所述管節隨裝載臂16俯仰絞車俯仰。裝載臂俯仰絞車15牽引鋼絲繩纏繞151，管節隨絞車俯仰，裝載臂錨定162連鎖裝載臂16與塔架結構。所述管節水平運輸機構還包括安全靴70，安全靴70安裝在裝載臂16的底部，用于防止管節滑移，防傾背拉絞車80衡張力的控制，防止裝載臂16由于船舶運動慣性影響。
[0056]圖8為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中塔架系統的內部布置圖。
[0057]如圖8所示，當所述管節轉至塔架機構10內部時，外對中器90夾持管節100，裝載臂16挾管張力轉移外對中器90，裝載臂16回水平位置。塔架夾持14約束管節100上部。內對中臍帶纜絞車91收放臍帶纜92，牽引內對中小車93。內對中小車93錨定，臍帶纜92繼續下放內對口器94下放到管節100與管束101焊接面，通過臍帶纜92控制內對口器94起到對中管道對口面，滿足焊接要求。外對中器90承載管節100重量，同時可在乂、￥、2、1^、1^、1^六個自由度方向上調節管節，預對中調節作用。
[0058]圖9為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中管節與管束對接區域的布置圖。圖10為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中管線下放示意圖。
[0059]如圖9和圖10所示，在管道對接完畢后，焊接、包覆、NDT預處理工序在工作站17內實施，管節100與管束101的對接面在工作站內17，施工操作人員可方便施工，并清晰觀察對接面請況。管束101受固定夾持102承載，管領固定夾持102鉸接在托管架上。
[0060]在管道焊接、包覆、NDT完畢后，管道下放，張力平臺升降絞車110通過鋼絲繩111繞過滑輪112牽引張力升降平臺113(如圖8所示)，升降夾持114夾持管道頂部，塔架系統對中輔助機構待機位置，管領固定夾持102打開，絞車110下放，鋪管船移動，管道鋪設。
[0061]圖1la為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可換裝的夾持模式的示意圖一。圖1lb為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可換裝的夾持模式的示意圖二。圖1lc為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可換裝的夾持模式的示意圖三。
[0062]本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可以適用于多種夾持模式。如圖1la所示，為單管領夾持模式，單管領120具有一個管領臺階，升降夾持114與固定夾持102在同一臺階面張力轉換。如圖1lb所示，為雙管領夾持模式，雙管領130具有兩個管領臺階，升降夾持114與固定夾持102在上下兩臺階面張力轉換。如圖1lc所示，為摩擦夾持模式，光管道依靠升降夾持114與固定夾持102與管道140間的摩擦力抵消張力。本發明系統可適合以上三種模式，系統預留空間和安裝接口，可以根據施工方的要求更換夾持機構。
[0063]圖12為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中A/R操作區域的示意圖。圖13a為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝吊系統的示意圖一。圖13b為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝吊系統的示意圖二。圖14a為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝操作的示意圖一。圖14b為本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統中PLET(末端水下生產系統)安裝操作的示意圖二。
[0064]如圖12至圖14b所示，在鋪管的末端階段或突發海況條件下，需要棄管、收官操作。八/1?絞車21固定在船體上，A/R鋼絲繩211繞過A/R滑輪翻轉支架22，翻轉支架22油缸驅動俯仰，A/R操作過程中翻轉支架擱置塔架橫梁上，A/R鎖具頭23對中管道主線，管線封頭24與管線25對焊，浮標鎖具26綁扎，固定夾持102打開，管線下放海底，棄管流程如上所述，收官流程相反操作。
[0065]本發明系統具備末端水下生產系統(PLET)安裝的能力，即可在鋪管過程的末端安裝也可完成獨立的安裝作業，如圖1所示，PLET安裝吊30布置在塔架系統旁側，其安裝位置變更，公用A/R絞車21。如圖13a和圖13b所示，變幅油缸150驅動臂架151，管領夾持152夾持管線153。水下終端PLET160與管線153對接焊接，A/R鋼絲繩211繞過頂部滑輪154起吊PLET160，管線153與PLET160的連接工序實現。
[0066]如圖14a和圖14b所示，在鋪管系統與水下生產系統配合流程中，此流程應用輔助結構三眼吊耳170，其一號吊眼孔連接管線153，其二號吊眼孔連接放管繩索171，三號吊眼孔諒解A/R鋼絲繩211，張力升降平臺牽引放管繩索171與A/R鋼絲繩211之間轉換管線153的張力，將管線153轉移到管領夾持152，拆除鎖具，割掉管線封頭，執行管線與PLET的連接工序。
[0067]根據上述結構描述可知，本發明應用了J型海底管道鋪設概念，可實現管節的垂直或傾斜鋪設，鋪設管束只存在下彎段，減小管束在鋪設過程的應力應變，同時降低鋪管水平張力，降低船舶定位系統要求。
[0068]當本發明安裝在鋪管船尾部或月池上方時，各主要執行機構安裝在鋪管塔上，管節在塔內完成與管束的焊接，通過鋪管塔移動夾持機構控制管線張力，下放管線，鋪管塔下固定夾持，保持管線靜態位置，兩套夾持機構的交替作用實現管線下放鋪設。
[0069]本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統可以鋪設300m-1500m水深，管徑范圍6in?12in井口間短距離海底油氣管道，同時可安裝水下管匯、管道終端、水下隔離閥等水下設備。
[0070]本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統利用海底管線J型鋪設方法的概念引導下開發設計涵蓋了整機系統設計、水下系統的安裝系統和相關操作方法，可以實現模塊化安裝，安裝母船局部加強改造即可安裝投入使用。其可以直接應用單管領、雙管領管節的鋪設，同時也可更換升級摩擦張力夾持機構，實現無管領管節的鋪設，預留安裝空間。
[0071]另外，本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統只布置一個綜合工作站，站內完成焊接、NDT、包覆預處理環節。工作站利用齒輪齒條捏合驅動，可實現水平前后運動。目的配合塔架傾轉角度改變焊接點位置，利于預處理施工。工作站頂棚和地板可通過油缸驅動開閉，目的使管領升降機構進入工作站內部，上下管領夾持機構的交替區域在工作站內部。
[0072]本發明實現管束大角度的入水角或趨近于垂直狀態，管束入水角和塔尖俯仰角度一致，通過塔架兩側的液壓俯仰爬升機構控制，省去了常見的龐大常見托管架結構，僅在塔架根部安裝較短的托管架控制管束偏移。
[0073]本發明含有兩臺管領張力夾持機構，一臺安裝在塔架結構上部的可升降管領夾持機構，通過升降絞車實現上下往復運動，升降管領夾持機構夾持管節頭部，管束下放或回收，一臺安裝在托管架頂端的固定管領夾持機構，每臺管領夾持機構均可實現打開合攏，用于抱緊、松開管領。通過上管領夾持機構的上下往復運動，固定夾持機構的打開合攏，實現管束的鋪設。
[0074]本系統可實現管節與管束的內外對中，外對中設備安裝裝在工作站頂部的軌道梁上，外對中器可實現6自由度的調節，大大提高管線的焊接質量，除了外對中器以外，還有內對口器，通過安裝在塔架頂部的臍帶纜絞車，收放對口器，通過電控、氣動驅動對口器。
[0075]本發明中包括的一臺A/R絞車，可以安裝在甲板上或船艙內部，通過布置在塔架和甲板上的導向滑輪組牽引鋼絲繩至管束中心，末端滑輪支架通過變幅油缸控制，可實現90°翻轉，給正常鋪管預留足夠空間。為滿足水下系統安裝，系統設計包括一臺PLET安裝吊，安裝吊可以塔架系統配合完成同一工程的管線和終端安裝工作，也可獨立完成獨立的終端安裝項目，為滿足安裝吊施工，對PLET的外形、重量有一定要求。
[0076]綜上所述，本發明深海輕型J型海底管道鋪設系統設置為輕型化，可以控制整機重量、尺寸，適合安裝現有的多種海洋工程船舶。其實現了模塊化，便于安裝，減少對安裝母船的改造，可實現鉸接安裝或法蘭安裝。此外，所述深海輕型J型海底管道鋪設系統更加地多功能化，可完成海底管道鋪設、具備A/R功能，可安裝PLET(末端水下生產系統)等水下設施。
[0077]雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式作出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述深海輕型J型海底管道鋪設系統包括: 底座； 塔架機構，所述塔架機構安裝在底座上； A/R系統，所述A/R系統通過多個滑輪支架將A/R絞車伸出的鋼絲繩牽引所述塔架機構； 管節水平運輸機構，所述管節水平運輸機構安裝在所述底座上， 末端水下生產系統安裝吊，設置在所述塔架機構的側部，且所述末端水下生產系統安裝吊的遠端與所述A/R絞車連接。2.如權利要求1所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述塔架機構與所述底座鉸接，由爬升撐桿系統支撐。3.如權利要求2所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述塔架機構還包括內對中系統和張力升降平臺，所述內對中系統和所述張力升降平臺的纏繞鋼絲繩滑輪支架設置在所述塔架機構的頂部。4.如權利要求3所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述塔架機構還包括塔架夾持和裝載臂俯仰絞車，所述塔架夾持安裝在所述塔架機構的中橫梁上，所述裝載臂俯仰絞車安裝在所述塔架機構上，通過鋼絲繩纏繞牽弓I裝載臂俯仰。5.如權利要求4所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述管節水平運輸機構包括多根步進梁、固定縱向傳輸托輥、升降式縱向傳輸托輥，分別布置在所述裝載臂的一側。6.如權利要求1所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述塔架機構還包括角度調節機構，所述角度調節機構采用油缸爬升驅動。7.如權利要求6所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述角度調節機構包括上頂升機構、頂升油缸、下頂升機構和爬升撐桿，所述上頂升機構與所述塔架機構的塔架通過一鉸點連接，所述頂升油缸的兩端連接所述上頂升機構和所述下頂升機構，所述爬升撐桿穿過所述上頂升機構和所述下頂升機構，所述爬升撐桿通過另一鉸點與所述底座連接。8.如權利要求4所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述管節水平運輸機構包括多個夾持機構和管節，所述夾持機構設置在所述裝載臂上，并夾持所述管節，使得所述管節隨所述裝載臂俯仰絞車俯仰。9.如權利要求8所述的深海輕型J型海底管道鋪設系統，其特征在于，所述管節水平運輸機構還包括安全靴，所述安全靴安裝在所述裝載臂的底部，用于防止所述管節的滑移。
【文檔編號】F16L1/19GK106015738SQ201610642566
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月8日
【發明人】王學軍, 張鋼, 沈海澎
【申請人】上海振華重工(集團)股份有限公司