CN102020003B - 卷筒式海底管道铺设作业船及其作业方法 - Google Patents

Abstract

一种卷筒式海底管道铺设作业船及其作业方法，该作业船包括船体、卷筒、用于驱动卷筒转动的卷筒驱动机构、绕设于卷筒上的管道和管道张紧矫直机构。船体包括甲板和底壳，船体甲板下方设有供卷筒下沉的下沉槽，该下沉槽贯通甲板；该作业船还包括一卷筒升降机构，该卷筒升降机构可驱动卷筒沿下沉槽上升和下降。该作业船的铺设方法包括以下步骤：通过卷筒升降机构降低卷筒的高度，以满足船舶稳性的要求；通过管道张紧矫直机构调整好管道的张紧力以及矫直角度；利用卷筒驱动机构驱动卷筒转动，进行铺管作业；完成铺管后，通过卷筒升降机构升起卷筒，作业船返航。本发明可在不牺牲船体稳性条件下大幅增加卷筒直径，从而增大了可铺设管道的管径范围。

Description

卷筒式海底管道铺设作业船及其作业方法

技术领域

本发明涉及一种在海床上铺设水下管道的海底管道铺设作业船及其作业方法。

背景技术

海底管道是海上油气田开发工程建设的一个重要组成部分，需采用海底管道铺设作业船及船载铺管设备进行铺设及安装。管道是以钢管生产长度供应的，这些钢管在水面上连接起来以后再以连续的管道从作业船上铺放到海底下面去。

在连接和铺设连续管道方面一般有两种方法。一种方法是管道海上焊接，即先将铺管船驶抵指定作业海域，然后利用铺管船上的焊接站把定长的钢管焊接起来，同时将焊接好的管道放入水中。根据管道下水方式不同又可分为S型铺设和J型铺设。S型铺设因在铺设过程中管道从铺管船到海底面形成“S”型的曲线而得名。J型铺设是由于在铺设过程中管道从铺管船到海底面形成“J”型的曲线而得名。第二种方法是管道岸上焊接，即利用岸上环境可控的焊接作业站将一定数量的钢管焊接起来，并卷到一个大卷筒上，然后把卷筒移到铺管船上，将铺管船驶抵指定海域后打开管卷将连续的管道铺设到海底，这种方法即是卷筒铺设法。

与S型和J型铺管方式相比，卷筒铺管作业方式具有很多优点：(1)铺管效率高——由于管道在岸上完成焊接等工作，卷筒铺设的速度较快，可高达1千米/小时；(2)管道焊缝质量高——因为在岸上可控环境中完成管道的焊接、探伤等工作，管道的焊接质量可以获得很好的保证；(3)铺管成本低——管道的焊接和探伤等工作都在岸上完成，且缩短了海上施工作业时间，这都降低了铺管作业成本。尽管卷筒铺管方式具有很多优点，但由于现有技术及船体结构限制，目前卷筒铺管船仍仅限于铺设柔性管(如电缆、控制缆等)和小直径钢管，而不能用于铺设目前使用越来越多的大直径薄壁钢管，因此大大限制了卷筒铺管船的应用。其主要原因是钢管缠绕在卷筒上后会产生弯曲应变。对于一定直径的卷筒，缠绕钢管的直径越大，钢管内产生的应变越大，而壁厚越薄，容许的应变越小，因此管道越容易产生塑性变形而破坏，或影响铺设管道的质量，埋下安全隐患。

为了发挥卷筒铺管方式的优势，提升卷筒铺管船铺设大直径薄壁钢管的能力，最有效的方法是增加卷筒的直径，即增加缠绕钢管的弯曲半径，从而降低钢管的弯曲变形。但现有的卷筒铺管船无法安装大直径卷筒，因为卷筒直径增加，铺管船重心随之升高，稳性下降，降低了抗风浪能力，增大了海上铺管作业的危险性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种卷筒具有升降功能的卷筒式海底管道铺设作业船，使得在不牺牲船体稳性条件下可以增大所铺设卷筒的直径。

本发明更进一步的目的在于提供该卷筒式海底管道铺设作业船的作业方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种卷筒式海底管道铺设作业船，包括船体、卷筒、用于驱动该卷筒转动的卷筒驱动机构、绕设于卷筒上的管道和管道张紧矫直机构，船体包括甲板和底壳，其中，船体的甲板下方设有供卷筒下沉的下沉槽，该下沉槽贯通甲板；该作业船还包括一卷筒升降机构，该卷筒升降机构可驱动卷筒沿下沉槽上升和下降。

本发明的卷筒式海底管道铺设作业船的作业方法，包括以下步骤：

通过卷筒升降机构降低卷筒的高度，以满足船舶稳性的要求；

将管道的铺设端与管道张紧矫直机构相连，通过该管道张紧矫直机构调整好管道的张紧力以及矫直角度；

将该作业船行驶至指定铺管海域并定位，利用卷筒驱动机构驱动卷筒转动，进行铺管作业；

完成铺管后，通过卷筒升降机构升起卷筒，作业船返航。

采用上述技术方案后，本发明的卷筒可以下降到甲板下的下沉槽内，可在不牺牲船体稳性条件下大幅增加卷筒直径，从而能够降低缠绕钢管的弯曲变形程度，增大可铺设管道的管径范围，提升了铺管船的铺管能力。

附图说明

图1为本发明的卷筒式海底管道铺设作业船的立体示意图；

图2为本发明的卷筒式海底管道铺设作业船的主视示意图；

图3为本发明的卷筒式海底管道铺设作业船的后视示意图；

图4为本发明的卷筒式海底管道铺设作业船的仰视示意图；

图5为本发明的卷筒式海底管道铺设作业船的卷筒升降机构的结构示意图；

图6为本发明的卷筒式海底管道铺设作业船在卷筒下降后的状态示意图；

图7为图6的后视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1至图7所示，本发明的卷筒式海底管道铺设作业船包括船体1、上层建筑2、卷筒3、卷筒升降机构4、管道5、管道张紧矫直机构6以及卷筒驱动机构7。船体1包括甲板13和底壳14，船体的甲板13下方设有供卷筒3下沉的下沉槽11，该下沉槽11贯通甲板13。卷筒升降机构4可驱动卷筒3沿着该下沉槽11上升和下降。在一种实施方式中，该下沉槽11还同时贯通底壳14，使得卷筒3得以部分地下降到水中。

管道5绕设于卷筒3上，卷筒驱动机构7驱动卷筒3转动，以实现管道5的收放。管道5的铺设端51被管道张紧矫直机构6所夹持，通过该管道张紧矫直机构6实现管道5的矫直。

图中所示的船体1是驳船式，但不限于此，船体1还可以是普通船型式或半潜式等。

图5示出了本发明的卷筒升降机构的一种具体实施方式。结合图1至图3所示，在该实施方式中，卷筒升降机构4包括一对支撑架41、四条升降导轨42以及动力装置(图中未示出)。上述一对支撑架41分别设置在卷筒3的两侧，用于支承该卷筒的卷筒轴31。各支撑架41的两端分别设有一套筒43，该一对支撑架的套筒43一一对应地分别与四条升降导轨42相啮合。支撑架41包括轴承盖44和轴承座46，轴承座46和轴承盖44通过螺栓45联接。四条升降导轨42设置在船体的底壳14上，支撑架41在动力装置的驱动下沿四条升降导轨42进行升降。该动力装置可以是液压顶升装置或电动升降装置。

卷筒驱动机构7包括移动支架71、驱动齿轮72、轮轴73和动力源。轮轴73支承于移动支架71上，驱动齿轮72套设在轮轴73上，并可随该轮轴73一起旋转。动力源用于驱动轮轴73旋转。卷筒3设有齿轮，移动支架71可以沿船体前后移动，不需驱动卷筒3时，移动支架71带动驱动齿轮72向船首移动，松开驱动齿轮72和卷筒3的啮合；需要驱动卷筒3时反方向移动即可。

管道张紧矫直机构6包括张紧器61、支架62、行走小车63和轨道64。轨道64设置在船体的甲板13上，并与卷筒的中心轴线相平行。行走小车行走在轨道64上，支架62设置在行走小车63上，可以随行走小车63在轨道64上来回移动。支架62具有升降功能，用以调整管道5的铺设端51的下水角度。张紧器61支承于支架62上，用于对待铺设的管道5进行张紧和矫直。

本发明的卷筒式海底管道铺设作业船的作业方法，包括以下步骤：

通过卷筒升降机构4降低卷筒3的高度，以满足船舶稳性的要求；

将管道5的铺设端51与管道张紧矫直机构6相连，通过该管道张紧矫直机构6调整好管道5的张紧力以及矫直角度；

将该作业船行驶至指定铺管海域并定位，利用卷筒驱动机构7驱动卷筒3转动，进行铺管作业；

完成铺管后，通过卷筒升降机构4升起卷筒3，作业船返航。

在一种实施方式中，在上述通过卷筒升降机构4降低卷筒3的高度的步骤中，卷筒3被降至这样一个高度，即卷筒3的卷筒轴31的轴线与甲板13的上表面位于同一平面；在上述通过卷筒升降机构4升起卷筒3的步骤中，该卷筒3被升至这样一个高度，即卷筒3的底部高于船体1的底面。

本发明可在不牺牲船体1稳性条件下大幅增加卷筒3直径，降低缠绕钢管管道5的弯曲程度，增大可铺设管道管径范围，提升铺管船铺管能力，特别适合于大直径薄壁钢管的铺设。

Claims (7)

1.一种卷筒式海底管道铺设作业船，包括船体、卷筒、用于驱动该卷筒转动的卷筒驱动机构、绕设于卷筒上的管道和管道张紧矫直机构，所述船体包括甲板和底壳，其特征在于，

所述船体的甲板下方设有供所述卷筒下沉的下沉槽，该下沉槽贯通甲板；

所述作业船还包括一卷筒升降机构，该卷筒升降机构可驱动卷筒沿所述下沉槽上升和下降，所述卷筒升降机构包括一对支撑架、四条升降导轨以及动力装置；所述一对支撑架分别设置在所述卷筒的两侧，用于支承该卷筒的卷筒轴；各支撑架的两端分别设有一套筒，该一对支撑架的套筒一一对应地分别与所述四条升降导轨相啮合；该四条升降导轨设置在所述船体的底壳上；所述一对支撑架在所述动力装置的驱动下沿所述四条升降导轨进行升降；

所述卷筒驱动机构包括移动支架、轮轴、驱动齿轮和动力源；所述轮轴支承于所述移动支架上，所述驱动齿轮套设在所述轮轴上，并可随该轮轴一起旋转；所述动力源用于驱动轮轴旋转；所述卷筒设有齿轮，所述驱动齿轮随所述移动支架的移动与所述齿轮相啮合或远离该齿轮；

所述管道张紧矫直机构包括张紧器、支架、行走小车和轨道；所述轨道设置在船体的甲板上，并与所述卷筒的中心轴线相平行；所述行走小车行走在所述轨道上；所述支架设置在行走小车上，并可升降；所述张紧器支承于该支架上，用于对待铺设的管道进行张紧和矫直。

2.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，所述动力装置为液压顶升装置或电动升降装置。

3.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，所述下沉槽还贯通所述船体的底壳。

4.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，所述船体为驳船式、普通船型式或半潜式。

5.一种如权利要求1所述的卷筒式海底管道铺设作业船的作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过卷筒升降机构降低卷筒的高度，以满足船舶稳性的要求；

将管道的铺设端与管道张紧矫直机构相连，通过该管道张紧矫直机构调整好管道的张紧力以及矫直角度；

将该作业船行驶至指定铺管海域并定位，利用卷筒驱动机构驱动卷筒转动，进行铺管作业；

完成铺管后，通过卷筒升降机构升起卷筒，作业船返航。

6.如权利要求5所述的作业方法，其特征在于，在所述通过卷筒升降机构降低卷筒的高度的步骤中，卷筒被降至这样一个高度，即卷筒的卷筒轴的轴线与甲板的上表面位于同一平面。

7.如权利要求5所述的作业方法，其特征在于，在所述通过卷筒升降机构升起卷筒的步骤中，该卷筒被升至这样一个高度，即卷筒的底部高于船体的底面。

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