CN102047015A - 用于在海底切割管状零件的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于切割向下延伸到海洋或洋底的管状零件(16)的装置。该装置包括适合于在待切割的管状零件(16)上被引导的承载体(1)，切割组件放置在承载体(1)中。切割组件包括适合于在承载体(1)中被旋转地驱动的环。具有切割部分(19)的至少一个切割元件(6)铰接到环。至少一个致动器(3)适合于在缩回位置和朝着待切割的管状零件(16)的切割位置之间引导切割元件(6)。此外，还描述了具有切割装置(A)和带有用于固定管状零件(16)并使管状零件(16)相对于装置(A)置于中心的至少一个爪(15、28、19)的承载体(1)的组件，以及用于管状零件(16)的海底切割的方法。

Description

用于在海底切割管状零件的装置和方法

本发明涉及用于切割延伸到海洋或洋底的管状零件的装置以及用于在海底切割管状零件的方法。该装置包括适合于在待切割的管状零件上被引导的承载体，并包括放置在承载体中的切割组件。切割组件包括放置在适合于在承载体中被旋转地驱动的环或轮缘上的具有切割部分的至少一个切割元件。此外，描述了用于切割这样的元件的方法。

当在海底切割管状零件时，问题是难以到达这些零件，并且潜水员传统上用于处理切割这些零件的设备。由于与环境和捕鱼行业有关的顾虑，要求放置在海底的设备，一般是从海洋的表面向上延伸的套管和井头，必须在它们不再在使用中时被移除。当放置在海底的设备被移除时，从海底向上延伸的管子在很多情况下优选地必须在海底下被切割。这样的切割被认为是非常危险的，且人们传统上必须在待移除的管子周围挖掘沟渠。潜水员接着在挖掘的区域中处理管子周围的设备。这被认为是非常危险的操作，因为在很多情况下海底是这样疏松以至于当潜水员执行管子的切割时挖掘的沟渠可能容易倒塌。管子一般应在海底下5米(15英尺)处被切割。使用如在本权利要求中定义的装置可解决这个和其它问题。

因此，本发明涉及用于切割向下延伸到海洋或洋底的管状零件的装置。该装置可在不使用潜水员或潜水艇的情况下切割管子，因此实现相当大的经济节约，同时避免了对人员非常危险的任务。该装置包括适合于在待切割的管状零件上被引导的承载体。承载体容纳切割组件。切割组件包括适合于在承载体中旋转地驱动的环以及铰接到环的具有切割部分的至少一个切割元件。切割组件包括用于在缩回位置和朝着待切割的管状零件的切割位置之间引导切割元件的至少一个致动器。

承载体可包括喷嘴，其用于将具有承载组件的承载体向下喷射下至海底，以在低于海底的水平上切掉管状零件。

切割组件可包括以相隔180°的间隔放置在环上的具有相应的致动器的至少两个切割元件。切割组件还可包括以彼此成90°的间隔放置在环上的具有相应的致动器的至少四个切割元件。

包括更多的组件可能是有利的，有确保切割被进行的多余组件被认为是必要的。

切割组件可包括在支承环中延伸的齿状环或轮缘，因为优选地放置在承载体上的至少一个电机包括与齿状环啮合或相对于承载体驱动环的齿轮或小齿轮。可使用多个电机，其分配负载以能够增加力，并且即使在一个电机将出故障时也维持操作。

切割组件可放置在承载体中的内部壳体中用于保护。壳体可包括用于使管状零件通过壳体的开口以及用于至少一个切割元件的间隙，使得至少一个切割元件可采用壳体内部的第一位置和延伸通过间隙的第二位置。然而，在切割组件上提供平衡的负载可能是对称地放置的切割组件的优点。

间隙还可包括柔性保护结构以保护切割组件免受外来物体和碎片的损坏。

致动器可为液压缸，且测量设备可放置在切割组件中，用于监控切割元件的位置。然而，致动器也可具有在本领域中已知的不同的类型，例如具有从动螺纹、齿条等的电单元。

切割元件的切割部分可包括人造金刚石。

切割元件可包括在朝着待切割物品的切割面的面上的滚动元件，以防止切割元件在待切割的管状元件中卡住。

承载体可包括用于保持待切割的管状零件并使管状零件置于中心的单元。

此外，本发明涉及具有如上所述的切割装置和承载体的组件。该组件此外还可包括用于保持管状零件并使管状零件相对于切割装置置于中心的至少一个爪或楔。

致动器可连接到承载体和所述至少一个爪，以将爪压向管状零件。也可使用在滑动中的普通楔来将管状零件保持在装置中。

该组件还可包括在切割装置的每侧的至少一组爪。这些组爪中的至少一个可使用可移动的爪附件固定，可移动的爪附件允许提升爪随轴向部件稍微移动来在管状零件中强加拉伸应力。

该组件可包括至少两个爪，其中每个爪连接到致动器，且其中每个致动器可基于来自测量设备的信号被单独地控制，测量设备测量管状零件相对于承载体的位置。

此外，本发明涉及用于管状零件的海底切割的方法。该方法包括将具有切割组件的承载体从船上降低并向下放在待切割的管状零件上，使得切割组件位于切割将被执行的地方。接着可使用定中心组件使管状零件相对于切割组件置于中心。具有在切割组件上的切割元件的环被至少一个电机置于旋转中。切割元件接着使用致动器被引导到管状零件，以便力朝着管状零件被施加在切割元件上，使得管状零件被切割。最后，具有切割元件和切掉的管状零件的承载体被拉回到船上。

该方法此外可包括通过承载体上的喷嘴将具有切割组件的承载体向下喷射至海底的水平面之下的水平。

附图的简要说明

图1示出根据本发明的放置在承载体中的装置；

图2示出用于使具有根据本发明的装置的承载体下水的船；

图3示出从下面看的根据本发明的装置；

图4示出在透视图中的根据本发明的装置；

图5示出从侧面看的根据本发明的装置；

图6示出根据本发明的另一实施方式的在贯穿透视图中的组件；

图7是在图6中示出的实施方式的贯穿侧面正视图；以及

图8示出从上面看的根据图6和7的装置的实施方式。

参考附图的本发明的实施方式的详细描述

在图1中示出了根据本发明的带有切割装置的承载体1的透视图。根据本发明的承载体和切割装置在管状零件16上被引导。切割装置包括切割元件6。切割元件6形成放置在承载体1中的内部壳体20内的切割组件(未示出)的一部分。内部壳体20包括间隙或开口21，当切割元件6在操作中以切割管状零件16时，这些切割元件6通过间隙或开口21延伸。间隙或开口21可被柔性保护结构22覆盖，以保护切割组件不受泥或外来物体进入的损坏，以确保切割组件的可靠操作。柔性保护结构22一般可包括弹性橡胶结构、刷子状元件、或能够在切割元件6被允许通过时同时保护切割组件的任何其它元件。柔性保护结构22可相对于壳体或承载体1固定，或可随着切割元件6旋转。承载体也可包括在其下端并可选地在侧面上的喷嘴26，以移除在待切割的管状零件16周围的团块。

在图2中示出了具有起重机24的船23。根据本发明的带有切割组件的承载体1悬挂在起重机24中的线25中。用于供应能量并连接到测量和控制设备的脐带可沿着线25延伸，或可用任何其它方法连接到承载体1。脐带还可包括用于引导高压水的软管，以使承载体1向下快速移动到在待移除的管状零件周围的底部。

在图3中除了被切割的管状零件16的横截面以外还示出了从下面看的根据本发明的装置。管状零件16被示为待切割的烧结外壳(cemented casing)。如图所示，管状零件16包括钢管和混凝土的组合，且这些是通常需要切割的管类型。

在图3的实施方式中示出了在接头4中被装枢轴或铰接到切割组件的四个切割元件6。切割元件6可在缩回位置(这些元件中的两个被示为在缩回位置上)和延伸位置(元件6中的两个被示为在延伸位置上)之间由致动器12引导。致动器12一般是在支承体5中被枢轴地连接的液压缸。支承体5将液压缸12连接到通过支承面10支撑在环11中的齿状环或轮缘18。齿状环11由连接在托架9中的两个液压电机13驱动，托架9相对于环11是固定的。齿轮14连接到电机13上的轴并与旋转的齿状环18啮合。液压电机13可用这种方法旋转齿状环18、支承体5，因而也旋转切割元件6和液压缸12。切割元件6包括一般为切割刃的切割部分19，人造金刚石连接到切割刃。如果与管状零件16接触的切割元件6出故障或用坏，被示为与管状零件16脱离接触的切割元件6可充当多余或备用的元件。环11将连同电机14一起被电机托架9固定在承载体1中。由此在操作中，电机13将旋转齿轮14并随着支承体5驱动齿状环18，从而驱动枢轴地连接的切割元件6。每个切割元件6的测量设备17测量切割元件的位置和施加到切割元件的力。测量设备17还可包括用于测量其它期望参数的各种传感器，使得切割可被控制和监控。

液压缸12能以允许切割组件的旋转的连接被连接。

为了容易传输能量，组件的旋转部分可包括具有专用电驱动液压泵的单独的液压系统。

图4以透视图示出图3所示的实施方式，其放置在待切割的管状零件16周围。此外，示出了测量设备17、齿轮14、带有电机13的电机托架9。齿轮14与齿状环18啮合。两个切割元件6被显示在管状零件16内部的切割位置上，而两个切割元件6被显示在与管状零件16脱离接触的缩回位置上。

液压缸12被示为连接在支承体5中的接头8中，并通过切割元件6中的接头7。齿状环18被示为被支撑在环11中。电机13通过电机托架9而相对于环11固定。

在图5中示出了从侧面看的切割组件，其中清楚地示出了在组件内部的管状零件16的位置。此外，示出了液压电机13、测量设备17和径向轴承10，确保允许齿状环相对于支承环旋转。

切割元件6可包括滚动元件以确保切割元件6可相对于待切割的管状零件16滑动，以防止切割元件6在管状零件中卡住。这可以是在切割元件中的凹槽中连接的轴承衬中的通常市场上可买到的滚球。

承载体1(图1和2所示)可包括在其下边缘处的喷嘴26，以确保具有切割组件的承载体1可在下至海底的足够的距离处被引导。

承载体1还可包括用于定中心和连接的装置(未示出)，使得待切割的管状零件16被置于中心并保持在适当的位置上且固定到承载体1。承载元件的切割部分如所述一般被人造金刚石覆盖，但可使用适合于待切割的材料的任何形式的切割部分。

液压缸12被示为有利的实施方式，但也可使用能够朝着待切割的管状零件将力施加在切割元件上的其它致动器。

很清楚，还可根据需要使用较多或较少数量的切割元件。

电的、液压的或其它蓄力器可与切割元件一起放置该零件上，其旋转以向致动器和测量设备提供能量。可选地，可使用用于传输信号和能量的集流环、转环或其它装置。

在图6中示出了根据本发明的另一实施方式的在贯穿透视图中的组件。如上所述的切割装置或组件A被示为与用于连接承载体1并使承载体1相对于管状零件16置于中心的元件组合。这些元件可能对确保切割装置A的连接和定中心是有用的，因为这将扭矩和振动施加到承载体1。用于连接和定中心的元件被示为具有致动器3和提升爪15，上部定中心爪28和下部定中心爪29。提升爪15可在这些和下部定中心爪29之间施加拉伸应力以防止切割元件卡住。拉伸应力可在管状零件将被切割的地方的上方被施加到管状零件16。因此，定中心爪28、29被固定在切割装置A的两侧。承载体1可分成例如可与法兰30连接的部分，使得用于固定管状零件16和切割装置A的元件可放置在分开的部分或模块中，以使零件和元件的生产、维护和调换容易。

图7是图6所示的实施方式的贯穿侧面正视图。该图示出由致动器3启动的提升爪16。提升爪15被示为固定到可移动的爪附件30。爪附件可例如具有接头，如所示。可选地，可使用允许提升爪随着轴向部件稍微移动的其它机构。在操作中，提升爪15将抓住管状零件16并将借助于致动器3被压向管状零件。这也将导致沿着管状零件和承载体的纵轴的轴向力的施加。切割装置A放置在上部定中心爪28和下部定中心爪29之间。爪28、29可通过致动器3被压向管状零件16。致动器3可以是任何适当的类型，例如液压的、气动的或电的，具有齿条、从动螺杆等。爪可由提供管状零件周围的良好抓紧的材料制成，并可由金属制成且包括紧抓到管状零件的材料中的锯齿或来复线。可选地，它们可配备有橡胶层或提供与管状零件16的良好摩擦的任何其它层。定中心爪可使切割装置A相对于管状零件16置于中心，并相对于承载体1中的切割装置A将管状零件保持在原处。测量设备可放置在承载体1中或任何适当的位置上，以确保管状零件16被置于中心。在图中示出了提升爪15和上部定中心爪28，但可能设想只有定中心爪28或提升爪15的解决方案。在操作中，例如爪可在三步骤序列中被驱动，使得接近于承载体1的下端的下部定中心爪29首先抓住管状零件16，并使管状零件16相对于承载体1的下部部分置于中心。接着，提升爪15可由将旋转固定爪17的转动的附件30的致动器3启动，以便在管状零件16中施加张力以及在承载体中施加相应的压力。最后，在使用切割装置A的锯割开始之前，上部定中心爪28可被引导以靠着管16夹紧。管状零件16中的这个张力防止切割装置A卡住。

图8示出了从上面看的根据图6和7的装置的实施方式，该装置在轴向上带有承载体1和管状零件16。切割元件6被示为放置在切割装置A中。爪28、29被示为在朝着管状部分16的延伸位置上。当管状零件16被释放时，或当组件在管状零件上被引导时，使用爪的缩回位置(未示出)。示出了四个上部定中心爪28和四个下部定中心爪29。爪的数量可适合于管状零件16的各种应用和直径。

在一个可选的实施方式中，夹爪可靠着管状零件弹簧承载，且保持承载体1的线中的张力可有助于将夹爪锁定到管状零件。在这种情况下，致动器3是不需要的，但这导致对线张力的较高要求，这在一些状况下可能是有问题的。

使用根据本发明的装置切割管状零件的方法可包括：当承载体从适当的船降下时在管状零件上引导具有切割组件的承载体。承载体的下部部分上的喷嘴可接着冲掉管状零件周围的海底，使得承载体可在管状零件上被向下引导到期望的距离。在一些情况下，承载体的重量足够，使得组件将在充足的距离处向下移动到底部，而在其它海底状况下，必须向下喷射承载体。当承载体在管状零件上有期望位置时，管状零件可相对于承载体被置于中心，使得管状零件实质上在承载体的中心。液压电机可接着被启动，使得小齿轮旋转齿状环，从而相对于管状零件旋转切割元件。压力可接着被施加到液压缸，以使用预定的力将切割元件压向管状零件。这被执行直到管状零件被切割，且当被切掉的管状零件连接在承载体中时管状零件可接着被升高到表面，且承载体可被升高并被拿到船上的甲板上。这结束了操作。

如前所述，可使用例如两个切割元件，并可将两个切割元件停放在缩回位置上。如果在操作中的切割元件出故障，这些切割元件可被缩回，且放置在缩回位置上的切割元件可被引导到切割区域中并可完成切割。

可选地，可同时切割所有的切割单元。

Claims (18)

1.一种用于切割向下延伸到海洋或洋底的管状零件(16)的装置，其中，所述装置包括适合于在待切割的所述管状零件(16)上被引导的承载体(1)，切割组件放置在所述承载体(1)中，其中，所述切割组件(A)包括适合于在所述承载体(1)中被旋转地驱动的环；

具有切割部分(19)的至少一个切割元件(6)，所述至少一个切割元件(6)铰接到所述环；

其特征在于：

至少一个致动器(12)，其用于在缩回位置和朝着待切割的所述管状零件(16)的切割位置之间引导所述切割元件(6)。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述承载体(1)包括喷嘴(26)，所述喷嘴(26)用于将带有所述切割组件的所述承载体(1)向下喷射至海底，以在低于海底的水平处切割所述管状零件。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述切割组件还包括以相隔180°的间隔放置在所述环上的具有相应的致动器(12)的至少两个切割元件(6)。

4.如权利要求1所述的装置，还包括以彼此成90°的间隔放置在所述环上的具有相应的致动器(12)的至少四个切割元件(6)。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述环包括在支承环(11)中延伸的齿状环(18)，其中，放置在所述承载体(1)上的至少一个电机(13)包括与所述齿状环(18)啮合以相对于所述承载体(1)驱动所述环(18)的齿轮(14)。

6.如权利要求1所述的装置，还包括放置在所述承载体(1)中用于保护切割单元的内部壳体(20)，其中，所述壳体(20)包括用于使所述管状零件(16)通过其延伸的开口以及用于所述至少一个切割元件(6)的间隙(21)，使得所述至少一个切割元件(6)能够采用在所述壳体(20)内部的第一位置和延伸通过所述间隙(21)的第二位置。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述间隙(21)还包括保护所述切割组件不受外来物体的损坏的柔性保护结构(22)。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述致动器是液压缸(12)，且其中，在所述切割组件中放置有测量设备(17)，用于监控所述切割元件(6)的位置。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述切割元件(6)的所述切割部分(19)包括人造金刚石。

10.如权利要求1所述的装置，其中，所述切割元件(6)包括滚动元件以防止在待切割的所述管状元件(16)中卡住。

11.如权利要求1所述的装置，还包括至少一个爪(15、28、29)，所述至少一个爪(15、28、29)用于固定所述管状零件(16)并使所述管状零件(16)相对于所述装置(A)置于中心。

12.如权利要求11所述的装置，还包括至少一个致动器(3)，所述至少一个致动器(3)连接到所述承载体(1)和所述至少一个爪(15、28、29)以将所述爪压紧所述管状零件(16)。

13.如权利要求11所述的装置，还包括在所述装置(A)的每侧的具有附属的致动器(3)的至少一组爪。

14.如权利要求11所述的装置，还包括：所述一组爪(15)中的至少一个与可移动的爪附件(30)连接，所述可移动的爪附件(30)允许随轴向部件运动来在所述管状零件(16)中施加拉伸应力。

15.如权利要求11所述的装置，具有至少两个爪，其中，每个爪连接到致动器(3)，且其中，每个致动器(3)能够基于来自测量设备的信号被单独地控制，所述测量设备测量所述管状零件(16)相对于所述承载体(1)的位置。

16.如权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个爪建立在滑动带中的滑动。

17.一种用于管状零件(16)的海底切割的方法，包括下列步骤：

将带有切割组件的承载体(1)从船上降低并向下放在待切割的所述管状零件(16)上，使得所述切割组件放置在切割将被执行的地方；

使用定中心组件使所述管状零件(16)相对于所述切割组件置于中心；

其特征在于，由至少一个电机(13)旋转地驱动具有在所述切割组件上的切割元件(6)的环(11、18)；

使用致动器(12)朝所述管状零件(16)引导所述切割元件(6)，以便力朝着所述管状零件(16)施加到所述切割元件(6)，使得所述管状零件(16)被切割；以及

将带有切割元件(6)和切掉的管状零件(16)的所述承载体(1)抬升到船(23)。

18.如权利要求17所述的方法，还包括：使用所述承载体(1)上的喷嘴将带有所述切割组件的所述承载体(1)向下喷射至海底下的水平。

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