CN102027278A - 海洋铺管系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括设有管线发射塔(6)的船舶(1)的海洋铺管系统。发射塔(6)包括限定发射塔射出路线的铺管设备并适于沿射出路线将管线发射到海中。该系统还包括被支撑在射出路线下部用以夹持和支撑已发射的管线(20)的重量的悬停模块(15)以及用于引导已发射的管线(20)的托管架。托管架(10)在其上端被支撑在射出路线的下部。托管架可从射出路线中移出。

Description

海洋铺管系统及方法

本发明涉及一种海底管线的铺设。铺设海底管线时可使用多种铺设技术。这些技术的其中之一称作J-铺设技术。在该技术中，多个管段被加至处于垂直或者接近垂直的方向的之前发射的管线。

在本技术领域中已知对于J-铺设铺管设施的许多设计。这些设计通常包括具有限定射出路线的铺管设备的发射塔。该铺管设备可包括一个或多个焊接台、对齐工具等。

普遍地，悬停模块(通常实现为夹具)设置在发射塔的下端或附近用以保持已发射的管线。在铺管过程中，新的管段的下端连接到之前发射的管线的上端。在新的管段连接到之前发射的管线之后(通常通过焊接)，释放悬停夹具，并通过诸如包括滑块、一个或多个下降钢丝绳以及一个或多个相关的绞车的适当的下降装置使管线下降。接着，悬停夹具与已发射的管线再次接合，滑块被释放并向上移动，之后新的管段可连接到管线。

在许多设计中，发射塔可进行枢转使得发射塔可在与竖直方向成一定角度的状态下发射管线。在本技术领域中还已知发射塔被以竖直的姿态固定而不能枢转的设计。

在铺管技术领域中还已知托管架。在已知的设计中，托管架装配到发射塔的下端或船舶的船身。托管架通常起到提供对管线的引导和/或支撑的作用。托管架的一个实例见EP 0 094 698。

在实际中，通常需要将所谓的附件(例如，内联结构(ILS)、管线端终端)连接到已发射的管线的上端。这种附件通常具有与普通的管段相差很多的尺寸。

已证实，当需要铺设设置有一个或多个附件的管线时，配备有托管架的铺管系统非常不实用。

本发明的目的是提供一种铺管系统以及允许管线经由托管架发射的方法，在该方法中，管线可设有多个附件。

本发明提供了一种用于铺设海底管线的海洋铺管船舶，该船舶包括：

——包括铺管设备的管线发射塔，

——用于支撑之前发射的管线的重量的悬停模块，

——通常位于悬停模块下方的用于引导已发射的管线的托管架，所述托管架在其上端由托管架支撑组件支撑，

其中，托管架支撑组件适于允许托管架移动到远处的非作用位置。

在铺管过程中使托管架远离它的工作位置移动到远处的非作用位置，例如在附件在较早的阶段被装配到已发射的管线的上端时允许实现该附件的未阻碍的通道。

在根据本发明的利用上述的海洋铺管系统铺设设置有附件的海底管线的方法中，所述系统包括用于使将被连接到已发射的管线的附件定位于射出路线中的附件处理系统，该方法包括以下步骤：

——使发射塔射出路线中的管线经由托管架发射到海中，

——停止管线的发射，并在悬停模块中悬停已发射的管线，

——通过附件处理系统将附件定位于射出路线中，

——使附件附连到悬停模块中的已发射的管线，并将附件附连到下降装置，

——使悬停模块脱离已发射的管线，并使附件和已发射的管线悬挂于下降装置，

——使托管架从射出路线中移出，

——使悬停模块从射出路线中移出，

——通过下降装置使带有已发射管线的附件下降到悬停模块在射出路线中的位置之下，

——将悬停模块重新定位于射出路线中，

——在悬停模块中悬停带附件的已发射的管线。

优选地，托管架可移动(例如，可滑动)到远处的非作用位置。

在铺管系统的特别优选的实施例中，托管架在其上端可围绕水平轴线枢转，使得托管架可在最高位置与最低位置之间升降。还构想到如果托管架可围绕竖直轴线旋转则将是有利的。

如下面权利要求和描述中所述，托管架可平移、上下枢转并还可围绕竖直轴线旋转。

优选地，悬停模块和托管架安装到共同的可移动的支撑构件。

将在下面的描述中参照附图更详细地描述本发明。

图1示出了设有根据本发明的铺管系统的半潜船舶的局部立体侧视图，

图2示出了托管架处于其工作位置的图1的船舶的月池的仰视立体图，

图3示出了图2的月池，其中托管架被提升到提升位置，

图4示出了图2的月池，其中提升的托管架围绕竖直轴线旋转，

图5示出了图2的月池，其中托管架滑到一侧，

图6a至图6e示出了在悬停夹具枢转的同时托管架枢转的侧视图，

图7示出了具有根据本发明的铺管系统的另一实施例的半潜船舶的正视图。

图8a至图8t示出了根据本发明的船舶以及利用所述船舶的铺管方法的实例。

在图1中示出了具有非潜入结构2和潜入结构3的双船身半潜船舶1。潜入结构3具有两个平行的船身4。非潜入结构2有多个甲板并由位于船身4上的立柱5支撑。

非潜入结构2的上甲板2a上设有管线发射塔6，在所示实施例中，管线发射塔6实际上是所谓的“多功能塔”(MPT)类型的钻井塔。发射塔6包括限定发射塔射出路线的铺管设备。发射塔6以竖直姿态固定地安装在船舶1上。邻近发射塔6设有用于将新的管段装载到发射塔6的装载机7。装载机7可倾斜并可滑动从而将管段输送到发射塔射出路线。

装载机7设有用于使新的管段与已发射的管线的上端对齐的对齐工具。

铺管设备可包括焊接台、对齐工具等。

普遍地，发射塔优选地包括通过一个或多个相关的下降钢丝绳和一个或多个绞车可上下移动的滑块(travel block)。当悬停模块释放管线时，滑块、一个或多个下降钢丝绳以及一个或多个绞车适于支撑和升/降管线。

参照图2，可看到具有月池9的非潜入结构2的下甲板2b。月池9延伸穿过非潜入结构2。发射塔6安装在月池9处或者月池9的上方用以发射管线(图中未示出)。

月池9的下端设有托管架10，托管架10用于在铺管过程中引导已发射的管线并提供对已发射的管线的侧向支撑。托管架10上设有引导构件11，例如，多组滚轴。引导构件优选地形成用于管线的弧形路径。

在此，托管架10在其上端悬挂于托管架支撑环12。托管架支撑环12在此为大体的马蹄形形状，换言之，形成为开放的环形，最佳视图见图4。

在该实施例中，托管架10通过两个相对的枢转连接件13连接到托管架支撑环12，枢转连接件13限定水平的枢轴轴线。进一步，托管架10通过液压致动器14连接到托管架支撑环12。在图2中，托管架10处于它的工作的角方向位置。如图3所示，通过收缩液压致动器14，托管架10可被提升到提升位置。

在工作位置，托管架10限定用于已发射管线的引导弧形。在该实例中，托管架10包括通过铰链18和致动器19相连接的两个部分。可通过致动器19的伸展或收缩调节托管架10的引导弧形的半径。可替换地或附加地，可通过引导构件11的移动调节托管架10的引导弧形。

铺管设备还包括悬停模块，悬停模块包括悬停夹具15。在如图所示的优选的实施例中，悬停夹15安装在托管架支撑环12上。

在此，托管架支撑环12可通过旋转的驱动装置(图中未示出)围绕竖直轴线旋转。因此，通过使托管架支撑环12旋转，托管架和悬停夹具15围绕竖直轴线旋转。

图4示出了托管架支撑环12相对于图3中所示的状态旋转90度角度的状态。

悬停夹具15优选地可围绕水平枢轴轴线枢转。优选地，该水平的枢轴轴线是与托管架10的枢转连接件13所限定的枢轴轴线相同的枢轴轴线。因此，悬停夹具15能够在托管架10被朝向提升位置提升时枢转，使得已发射的管线尽可能保持平直而不会弯曲。

优选地，托管架10和悬停夹具15可围绕共同的水平枢轴轴线同时枢转，如图6a至图6e所示。

在月池9的下端的相对侧设有导轨16。在该实例中，导轨16沿船舶1的横向延伸，因而远处的非作用位置在工作位置的左舷和/或右舷。

托管架支撑环12连接到托管架滑车17(见图5)。在所示的具体的实施例中，托管架滑行车17为大体的U形，其中构成U形形状腿部的各个部分17a的每一个可沿导轨16中的其中一个行进。因此，托管架10和悬停夹具15可沿横向方向远离发射塔6的铺管设备所限定的射出路线地滑动。

在使用中，具有发射塔6的船舶1用于J-铺设铺管技术。在这种技术中，之前发射的管线被包括悬停夹具15的悬停模块悬停。悬停夹具15与已发射的管线的上端接合。已发射的管线的上段(该管线在图6a-6e中由附图标记20表示)被托管架10的引导构件11(如图6a所示)引导。新的管段被装载机7输送到发射塔射出路线。对齐工具用于使新的管段的下端与之前发射的管线的上端对齐。通过焊接或任何其它适合的方法，将新的管段的下端连接到之前发射的管线。在新的管段连接到之前发射的管线之后，将新的管段的上端连接到诸如可移动的滑块和/或下降钢丝绳的下降装置。

在如图所示的具体的实施例中，MPT具有升降或滑块。在该具体的实施例中，有利地，下降钢丝绳连接到滑块。接着，可释放悬停夹具15，并通过下降装置的受控的下降使管线下降。接着，悬停夹具15与已发射的管线再次接合，下降装置被释放并向上移动，之后新的管段可连接到该管线。

当诸如内联结构(ILS)或管线端终端(PLET)的附件将被附连到已发射的管线的上端时，优选地使用下述的方法：

通过装载机7将附件输送到发射塔射出路线。接着，附件与悬挂于悬停夹具15的已发射管线的上端连接，并且附件与下降装置连接。此时悬停夹具15可与已发射的管线脱离，由此附件和已发射的管线悬挂于下降装置。

通过利用致动器14使托管架10围绕水平的枢轴轴线旋转，托管架10被从最低位置(见图2和图6e)提升到最高位置(见图3和图6e)。在托管架10围绕水平枢轴轴线旋转的同时，悬停夹具15也围绕水平的枢轴轴线旋转。因此，托管架10翻转离开管线20，如图6a至图6e所示。

接着，托管架支撑环12围绕竖直轴线旋转90°(见图4)，由此使托管架10和悬停夹具15旋转90°。悬停夹具15被打开到倾斜的已发射管线(见图6e)不会阻碍悬停夹具15围绕竖直轴线旋转的程度。

接着，通过沿导轨16被驱动的托管架滑车17，被提升且旋转的托管架10与悬停夹具15一起滑出射出路线。由于托管架10被提升且旋转，因此，在一些船舶设计中，当托管架10可在多个船身4中的其中一个的立柱5之间延伸而在其被侧滑到图5所示位置时，托管架10不会与相应的船身4碰撞。

通过下降装置使带有已发射管线的附件经由月池9下降到悬停模块在射出路线中的位置的下方。随后，悬停夹具15和托管架10朝向射出路线(见图4)向回滑，并围绕竖直轴线朝向图3所示的位置旋转。

悬停夹具15在附件的上端与已发射的管线接合。新的管段被输送到射出路线，并通过焊接连接到附件的上端。下降装置连接到新的管段的上端，而悬停夹具15与已发射的管线的上端脱离，因而管线被悬挂于下降装置。之后通过下降装置使管线下降。

在管线被降低并再次被悬停夹具15夹持之后(见图6e)，通过致动致动器14使托管架10下降到如图2和图6a所示的工作位置，在托管架的工作位置，托管架可引导已发射的管线。在优选的实施例中，如上所述，悬停夹具15和托管架10具有相同的水平枢轴轴线。因此，如图6e至图6a所示，托管架10和悬停夹具15能够同时枢转回到工作位置。以这种方式，当托管架10和悬停夹具15枢转返回时，托管架10使已发射的管线形成期望的形状。尽管托管架10和悬停夹具15可同时围绕水平轴线旋转，但优选的是托管架10和悬停夹具15相互独立地运动。

图7中示出了设有用作管线发射塔的所谓的“双多功能塔”(双MPT)106的半潜船舶101，船舶101具有分别由109a和109b表示的两个射出路线。射出路线109a、109b延伸到发射塔106附近。船舶101具有如上面关于图1至6所示的托管架10所描述的可旋转、枢转和滑行的托管架110。船舶101还具有滑车102，提升绳103被悬挂于滑车102。滑车102可从射出路线109b朝向船舶101的一侧侧滑。通过移动提升绳103，形成足够大的空间，使得被提升且旋转的托管架110可从另一射出路线109a滑到大体位于射出路线109a与悬挂的提升绳103之间的、船舶101的中央的位置。该实施例的优点在于，提升绳103不必脱离船舶101就能够使托管架110从另一射出路线109a移动。

应该注意到，在所示的实施例中，发射塔6和106以竖直姿态固定地安装在船舶1和101上。然而，并非必须如此。例如，可构想到可倾斜地安装在甲板上的发射塔，其中，通过倾斜的发射塔发射管线，并通过托管架使管线沿横贯发射塔平面的方向弯曲。

图8a至图8t示出了根据本发明的船舶的实施例以及利用所述船舶铺管的方法。与参照图1至7所述的部件相同或相似的部件使用相同的附图标记表示。图8a至图8t中未示出发射塔6，发射塔6设为安装在月池处或安装月池的上方，发射塔6优选地为竖直取向的固定的发射塔，发射塔6优选地包括参照发射塔6阐述的细节的一个或多个。在此示为竖直发射塔射出路线6a。

而且，图8a至图8e中未示出已发射的管线，在这些阶段中，已发射的管线将沿着托管架10的路径移动。

在图8a中，装载机7示为位于它的降低的接纳位置，并且ILS100设置在装载机上，一段管装配到ILS100的上端和下端。ILS在此示作立方形物体，但这仅用于示出这种ILS的可能的极限尺寸。

在图8b中，装载机7诸如通过相关的液压缸向上枢转，并达到竖直位置，其中将被连接到已发射的管线的末端设置在所述已发射的管线的上端之上。

在图8c中，ILS100被悬挂于滑块，并被下降到之前发射的管线上。对后实施焊接。

在图8d中，通过使装载机7远离射出路线6a平移，使装载机7收缩。当悬停夹具暂时打开时，利用滑块使ILS100下降。

图8e中，示出了装载机7包括一个或多个滑轮7a，7b的布置，与滑块脱离的下降钢丝绳6b沿滑轮7a，7b经过以便将所述下降钢丝绳连接到装载机上的管段和/或附件100。

此时(见图8f)，带有ILS100的装载机7、悬停模块15以及托管架10被枢转从而呈现直线状态(在此称作离开角度)，其中已发射的管线通过悬停夹具15并位于悬停夹具15的下方、ILS100处于与已发射的管线对齐的角方向。此时可通过一个或多个下降钢丝绳承载已发射的管线的重量，因而可释放悬停夹具15。

在图8g中，托管架10继续向上枢转。在图8h中，随后托管架10(带有悬停夹具)围绕竖直轴线旋转，从而在此相对于船舶的纵轴线横向取向。

随后，带有悬停模块的托管架滑到船舶的左舷(见图8i)。

随后，利用下降钢丝绳6b使带有ILS100的管线20下降(见图8j)，因而ILS穿过月池9，而不受位于它们的远处的非作用位置的托管架和悬停夹具的阻碍。

实施下降直到悬停模块15被输送到与装配到ILS上端的管段接合上，随后，托管架和悬停模块再次移动到工作位置(图8k)，并通过使托管架和悬停模块沿竖直轴线旋转使悬停模块与管段接合(见图8l和8m)。随后载荷被传递到悬停模块，并使装载机向下移动以获取管(图8m)。

此时，下降钢丝绳6b脱离管线，并可利用装载机7来获取将被焊接到ILS管段的上端的新的管段(图8n)。下降钢丝绳6b连接到所述新的管段的上端。

通过将载荷转移到下降钢丝绳6b，悬停夹具可被释放，并且管线可被进一步下降，因而ILS此时下降到托管架10之下的高度(见图8o)。

通过使托管架10枢转和旋转(图8p和图8q)并使悬停夹具15与管线接合，下降钢丝绳可被释放(图8r)，并且铺管操作如图8q至图8t所示的继续进行。在图8s中，示出了正常的铺管操作可继续进行以及管可设置在装载机中。在图8t中，装载机被倒置、ELUT被降低、管被焊接。

Claims (29)

1.一种用于铺设海底管线的海洋铺管船舶，所述船舶包括：

——包括铺管设备的管线发射塔，

——用于支撑之前发射的管线的重量的悬停模块，

——通常位于所述悬停模块下方的用于引导已发射的管线的托管架，所述托管架在其上端由托管架支撑组件支撑，

其中，所述托管架支撑组件适于允许所述托管架移动到远处的非作用位置。

2.根据权利要求1所述的船舶，其中，所述托管架支撑组件适于允许所述托管架的上端大体水平地移动到所述远处的非作用位置。

3.根据权利要求1或2所述的船舶，其中，所述托管架支撑组件还包括用于所述托管架的上端的枢转连接件，使得所述托管架能够在最高位置与最低位置之间上下枢转，其中，优选地，至少一个致动器连接至所述托管架从而引起所述的上下枢转运动。

4.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述托管架支撑组件还包括用于所述托管架的上端的旋转连接件，因而所述托管架可围绕竖直的旋转轴线旋转。

5.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述托管架支撑组件包括安装在所述船舶上的一个或多个导轨，并还包括托管架支撑构件，所述托管架支撑构件可沿所述一个或多个导轨移动，例如滑动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述船舶设有月池，可经由所述月池发射管线。

7.根据权利要求5和6所述的船舶，其中，所述导轨安装在所述月池的相对侧上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述托管架支撑组件包括托管架支撑环，所述托管架支撑环在一侧上开放并可围绕竖直轴线旋转，优选地通过相关联的旋转驱动装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述悬停模块由所述托管架支撑组件承载使得所述悬停模块可与所述托管架一起移动到远处的非作用位置。

10.根据权利要求9所述的船舶，其中，所述悬停模块由所述托管架支撑组件枢转地承载，优选地使得所述托管架的上端和所述悬停模块可围绕共同的大体水平的枢转轴线枢转，优选地所述悬停模块的枢转独立于所述托管架的枢转。

11.根据权利要求9或10所述的船舶，其中，所述悬停模块和所述托管架安装到共同的支撑构件。

12.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，还包括用于将附件定位在悬挂于所述悬停模块的已发射的管线上方的附件处理系统，该附件将被连接到该已发射的管线。

13.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中船舶为双船身半潜船舶。

14.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述托管架支撑组件适于允许所述托管架移动到远处的非作用位置，所述远处的非作用位置位于作用位置的左舷或右舷。

15.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述船舶还包括可移动的装载机，所述装载机允许在所述装载机的接纳位置接纳管段和/或附件，并允许输送所述管段和/或附件使得所述管段和/或附件可连接到由所述悬停模块支撑的已发射管线的上端。

16.根据权利要求15所述的船舶，其中，所述装载机可围绕水平的枢转轴线枢转，从而允许所述装载机在降低的接纳位置与升高的位置之间移动。

17.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，所述发射塔包括可通过一个或多个相关联的下降钢丝绳和一个或多个绞车上下移动的滑块，当所述悬停模块释放管线时，所述滑块和一个或多个下降钢丝绳以及一个或多个绞车适于支撑和升/降管线。

18.根据权利要求15和17所述的船舶，其中，所述装载机包括一个或多个滑轮的布置，与所述滑块脱离的下降钢丝绳可沿所述滑轮经过以便将所述下降钢丝绳连接到所述装载机上的所述管段和/或附件。

19.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中，船舶包括焊接台，所述焊接台布置成适于将管段焊接到由所述悬停模块保持的之前发射的管段的上端。

20.根据前述权利要求中任一项所述的船舶，其中所述发射塔以竖直方向固定地安装在所述船舶上。

21.根据权利要求20所述的船舶，其中，所述发射塔包括两个升降设施，每个升降设施包括滑块、一个或多个下降钢丝绳以及一个或多个相关联的绞车，所述滑块设置在所述发射塔的相对侧上。

22.根据权利要求21所述的船舶，其中，所述发射塔是桅杆，所述滑块安装在所述桅杆的相对的外侧上。

23.一种用于铺设海底管线的方法，其中利用根据前述权利要求中任一项所述的船舶。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

——通过进入海中的托管架将管线发射到海中，

——停止管线的发射，并在所述悬停模块中悬停已发射的管线，

——通过附件处理系统将所述附件定位于已发射的管线的上端之上，

——当已发射的管线被保持在所述悬停模块中时将所述附件附连到已发射的管线，并将所述附件附连到下降装置，

——使所述悬停模块脱离已发射的管线，并使所述附件和已发射的管线悬挂于所述下降装置，

——使所述托管架移动到远处的非作用位置，

——使悬停模块移动到远处的非作用位置，

——通过所述下降装置使带有已发射管线的所述附件下降到所述悬停模块的正常作用位置下方的位置，

——将所述悬停模块重新定位于它的作用位置，

——在所述悬停模块中悬停带附件的已发射的管线，

——提供新的管段并将其附连到所述附件的上端，

——将所述下降装置连接到所述新的管段，

——释放所述悬停模块，并使管线悬挂于所述下降装置，

——通过所述下降装置使管线下降，

——将所述托管架重新定位于它的工作位置。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述托管架以下述方式移动：

——托管架被提升，

——使提升的托管架围绕竖直轴线旋转，优选地旋转90°，以及

——使被提升和旋转的托管架平移到远处的非作用位置。

26.根据权利要求24所述的方法，其中通过以下步骤将所述托管架重新定位于所述托管架的工作位置：

——使被提升和旋转的托管架平移到位于所述发射塔下方的所述托管架的作用位置，

——使所述托管架围绕所述竖直轴线向回旋转，以及

——使所述托管架从提升位置下降到工作的角方向。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中所述托管架和所述悬停夹具围绕水平的枢转轴线同时枢转。

28.根据权利要求23至27中任一项所述的方法，其中所述托管架和所述悬停模块同时平移，例如滑动。

29.一种安装在海洋铺管船舶上的海洋铺管系统，所述系统包括：

——用于支撑之前发射的管线的重量的悬停模块，

——通常位于所述悬停模块下方的用于引导已发射的管线的托管架，所述托管架在其上端由托管架支撑组件支撑，

其中，利用所述托管架支撑组件适于允许所述托管架移动到远处的非作用位置。

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