CN102039988A - 卷筒自安装深水海底管道铺设作业船及其作业方法 - Google Patents

Abstract

一种卷筒自安装深水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、卷筒支承机构、卷筒驱动机构及管道。该船体设有开口于船尾的U形槽；在船体的甲板上设有两条延伸到船尾的轨道。卷筒设置在U形槽中，并可随卷筒支承机构沿两条轨道移动。码头设有与作业船的U形槽和轨道相匹配的U形槽和轨道。该作业方法包括以下步骤：将卷筒支承机构设置于码头轨道上，并将管道缠绕到卷筒上；使作业船轨道与码头轨道对接，驱动卷筒支承机构沿轨道向船体移动；进行铺管作业；铺管完成，使船体轨道与码头轨道对接，驱动卷筒支承机构沿轨道行驶到码头的指定位置。本发明在无需大型吊装设备的条件下能够完成大直径卷筒的码头装船作业及更换作业。

Description

卷筒自安装深水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。但增加卷筒直径将会导致卷筒重量急剧增加，使得在码头进行卷筒装船作业以及铺管船在海上铺管作业过程中进行的卷筒更换作业都必须使用大型吊装机械。而这类大型吊装机械，尤其是海上大型吊装船只租赁困难，且费用高昂，给卷筒的码头装船作业及卷筒的海上更换作业带来极大不便。另一方面，随着卷筒直径的增加，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，提供一种卷筒自安装深水海底管道铺设作业船，其在不需要大型吊装设备的条件下能够顺利完成大直径卷筒的码头装船作业及卷筒的更换作业。

本发明更进一步的目的在于提供该卷筒自安装深水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：一种卷筒自安装深水海底管道铺设作业船，与一码头配合使用，该作业船包括船体、卷筒、卷筒支承机构、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，卷筒支承于卷筒支承机构上，其特点是，船体设有一容置卷筒的U形槽，该U形槽开口于船体的尾部；在船体的甲板上还设有两条延伸到船体的尾部的轨道，该两条轨道分别位于U形槽两侧；卷筒支承机构设于两条轨道上，卷筒设置在U形槽中，并可随卷筒支承机构沿着两条轨道移动；码头设有分别与作业船的U形槽和轨道相匹配的U形槽和轨道。

上述的作业船，其中，卷筒支承机构包括一对支撑架以及分别设置在该两个支撑架上的两个电机；该一对支撑架分别设置在卷筒的两侧，用于支承该卷筒的卷筒轴；各支撑架的底部设有多个滚轮，滚轮安装在船体甲板的轨道上，在电机的驱动下沿轨道滚动。

本发明的卷筒自安装深水海底管道铺设作业船的作业方法，包括以下步骤：

将卷筒支承机构设置于码头的轨道上，利用码头上的焊接站，将定长标准钢管焊接成连续管道，并将连续管道缠绕到安装在该卷筒支承机构上的卷筒上；

使作业船船体的轨道与码头的轨道对接，驱动卷筒支承机构沿轨道向船体移动，待行驶到作业船的指定位置后停止；

将绕设在卷筒上的连续管道的铺设端与管道张紧矫直机构相连；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；

铺管完成，作业船驶抵或拖航至码头，并使船体的轨道与码头的轨道对接，驱动卷筒支承机构沿轨道向码头移动，待行驶到码头的指定位置后停止。

本发明的优点是：

1.在无大型吊装机械的条件下，可以实现大直径、大重量卷筒的装船以及海上更换，降低了海上铺管作业费用；

2.U型槽设计使船体重心下降，增加了船体稳定性；

3.管道从船体中部下水，继承了J型铺设方法的优点；

4.增大了可铺设管道管径范围，扩大了铺管船可作业海域，并特别适合于深水大直径薄壁钢管的铺设。

附图说明

图1为本发明卷筒自安装深水海底管道铺设作业船的立体示意图；

图2为本发明卷筒自安装深水海底管道铺设作业船的主视示意图；

图3为本发明卷筒自安装深水海底管道铺设作业船的后视示意图；

图4为本发明卷筒自安装深水海底管道铺设作业船的卷筒支承机构的结构示意图；

图5为本发明卷筒自安装深水海底管道铺设作业船的左视示意图；

图6a至图6c为本发明卷筒自安装深水海底管道铺设作业船与码头对接的过程示意图。

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。

参考图1至图6c，本发明的卷筒自安装深水海底管道铺设作业船与一码头8配合使用，该作业船包括船体1、上层建筑2、卷筒3、管道4、卷筒支承机构5、卷筒驱动机构6和管道张紧矫直机构7。其中，船体1包括甲板13和底壳14，卷筒3支承于卷筒支承机构5上。船体1设有一容置卷筒3的U形槽15，该U形槽15开口于船体1的尾部。在船体1的甲板13上还设有两条延伸到船体的尾部的轨道53，该两条轨道53分别位于U形槽15的两侧，卷筒支承机构5设置在两条轨道53上，卷筒3设置在U形槽15中，当卷筒支承机构5沿着两条轨道53移动时，卷筒3也跟随卷筒支承机构5一起移动。在一种实施方式中，该U形槽15贯通底壳14，使得卷筒3得以部分地下降到水中，从而降低作业船的重心，提高船体的稳形。码头8设有分别与作业船的U形槽15和轨道53相匹配的U形槽85和轨道83。较佳的是，在船体1的尾部设有向外凸出的凸台11，用于和码头8连接。

管道4绕设于卷筒3上，卷筒驱动机构6驱动卷筒3转动，以实现管道4的收放。管道4的铺设端41被管道张紧矫直机构7所夹持，通过该管道张紧矫直机构7实现管道4的矫直。

在本发明的一种实施方式中，卷筒支承机构5包括一对支撑架51以及分别设置在该两个支撑架51上的两个电机(图中未示出)。一对支撑架51分别设置在卷筒3的两侧，用于支承该卷筒3的卷筒轴33。支撑架51包括轴承盖54和轴承座56，卷筒轴33支承于轴承座56上，轴承座56和轴承盖54通过螺栓55联接。各支撑架51的底部设有多个滚轮52，滚轮52安装在船体甲板的轨道53上，在电机的驱动下沿轨道53滚动。

卷筒驱动机构6包括移动支架61、驱动齿轮62、轮轴64和动力源(图中未示出)。轮轴64支承于移动支架61上，驱动齿轮62套设在轮轴64上，并可随该轮轴64一起旋转。动力源用于驱动轮轴64旋转。在卷筒轴33上设有可带动卷筒3转动的传动齿轮31，驱动齿轮62随移动支架61的移动与传动齿轮31相啮合或脱开。较佳的是，在船体的甲板13上设有一滑道63，移动支架61可沿该滑道63前后移动。不需驱动卷筒3时，移动支架61带动驱动齿轮62向船首移动，松开驱动齿轮62和卷筒的传动齿轮31的啮合，需要驱动卷筒3时，使移动支架61反方向移动即可。

管道张紧矫直机构7包括张紧器71、支架72、轨道73和行走小车74。轨道73设置在船体的甲板13上，并与卷筒轴33相平行。行走小车74行走在轨道73上，支架72设置在行走小车74上，可以随行走小车74在轨道73上来回移动。张紧器71支承于该支架72上，用于对待铺设的管道进行张紧和矫直。

本发明的船体1可以是驳船式、普通船型式或半潜式，码头8可以是固定码头、浮动码头或卷筒运输船。

本发明的卷筒自安装深水海底管道铺设作业船的作业方法，包括以下步骤：

第一步骤，将卷筒支承机构5设置于码头8的轨道83上，利用码头上的焊接站，将定长标准钢管焊接成连续的管道4，并将该连续的管道4缠绕到安装在该卷筒支承机构5上的卷筒3上，如图6a所示；

第二步骤，使作业船船体的轨道33与码头8的轨道53对接，驱动卷筒支承机构5沿轨道向船体1移动，待行驶到作业船的指定位置后停止，如图6b所示；

第三步骤，将绕设在卷筒上的管道4的铺设端与管道张紧矫直机构7相连；将该作业船行驶至指定铺管海域并定位；将卷筒驱动机构6的移动支架61向卷筒3方向移动，使驱动齿轮62与卷筒的传动齿轮31相啮合，利用卷筒驱动机构6驱动卷筒3转动，进行铺管作业；

第四步骤，铺管完成，作业船驶抵或拖航至码头，使船体1的轨道53与码头8的轨道83对接，驱动卷筒支承机构5沿轨道向码头8移动，待行驶到码头8的指定位置后停止。

如果要再次进行铺管作业，则重复第一步骤至第四步骤，对消耗了的卷筒重新绕设管道，装船后进行铺管作业。

本发明的优点是：在无大型吊装机械的条件下，可以实现大直径、大重量卷筒3的装船作业，降低了海上铺管作业费用；U型槽设计使船体重心下降，增加了船体稳定性；管道4从船体中部下水，继承了J型铺设方法的优点；增大了可铺设管道管径范围，扩大铺管船可作业海域，并特别适合于深水大直径薄壁钢管的铺设。

Claims (8)

1.一种卷筒自安装深水海底管道铺设作业船，与一码头配合使用，所述作业船包括船体、卷筒、卷筒支承机构、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，所述卷筒支承于所述卷筒支承机构上，其特征在于，

所述船体设有一容置卷筒的U形槽，该U形槽开口于船体的尾部；在船体的甲板上还设有两条延伸到船体的尾部的轨道，该两条轨道分别位于U形槽两侧；所述卷筒支承机构设于所述两条轨道上，卷筒设置在U形槽中，并可随卷筒支承机构沿着所述两条轨道移动；

所述码头设有分别与所述作业船的U形槽和轨道相匹配的U形槽和轨道。

2.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，所述船体的尾部设有向外凸出的凸台。

3.如权利要求2所述的作业船，其特征在于，

所述卷筒支承机构包括一对支撑架以及分别设置在该两个支撑架上的两个电机；

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；各支撑架的底部设有多个滚轮，所述滚轮安装在船体甲板的轨道上，在所述电机的驱动下沿轨道滚动。

4.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，

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；

所述卷筒轴上设有可带动卷筒转动的传动齿轮，所述驱动齿轮随所述移动支架的移动与所述传动齿轮相啮合或脱开。

5.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，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，并与卷筒的卷筒轴相平行；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；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。

6.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，所述U形槽贯通所述船体的底壳。

7.如权利要求1所述的作业船，其特征在于，所述码头为固定码头、浮动码头或卷筒运输船。

8.一种如权利要求1所述的卷筒自安装深水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：

将卷筒支承机构设置于码头的轨道上，利用码头上的焊接站，将定长标准钢管焊接成连续管道，并将所述连续管道缠绕到安装在该卷筒支承机构上的卷筒上；

使所述作业船船体的轨道与码头的轨道对接，驱动所述卷筒支承机构沿轨道向船体移动，待行驶到作业船的指定位置后停止；

将绕设在卷筒上的连续管道的铺设端与管道张紧矫直机构相连；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；

铺管完成，作业船驶抵或拖航至码头，并使船体的轨道与码头的轨道对接，驱动卷筒支承机构沿轨道向码头移动，待行驶到码头的指定位置后停止。

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