CN102216155A

CN102216155A - 铺管船

Info

Publication number: CN102216155A
Application number: CN2009801447467A
Authority: CN
Inventors: 文森特·艾里欧特
Original assignee: Acergy France SAS
Current assignee: Acergy France SAS
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-10-12
Also published as: WO2010052690A2; US20110274498A1; WO2010052690A3; GB0820412D0; EP2352668A2

Abstract

一种铺管船(10)具有沿着船的一侧且在船的所述一侧的舷外延伸的托管架(24)。转移器(28)被布置成从具有基本上水平定向的管线源(18)以主要水平的转向角度将管引至托管架输入端上。船可按照三种模式中的任一种来选择性地操作，即(1)浅S型铺设，其中通过安装在船尾的托管架(20)以具有主要水平分量的下水角度使管下水；(2)陡S型铺设，其中通过安装在舷侧的托管架(24)以具有主要垂直分量的下水角度使管下水；和(3)J型铺设，其中在塔(26)处焊接管并从塔(26)处使管下水。J型铺设装置的轴(261)与安装在舷侧的托管架(24)的离去轴对准。

Description

铺管船

本发明涉及用于铺设海底管线的船。虽然本发明将主要关于铺设刚性管线进行描述，但是所描述的装置也适合于铺设柔性的管线和其他长形的产品，诸如电缆。此外，虽然本发明将关于自推进的、动力定位的船舶进行描述，但是可以使用其他形式的船，诸如半潜式或无动力驳船(dumb barge)。

正如众所周知的，铺设刚性管线的方法大致分为三种。

一种是在岸上基地将预先焊接的管卷到卷轴上，并经由矫直机(straightener)和下水组件(launch assembly)，通常是托管架(stinger)来部署管。

第二种是在铺管船上以水平的“流水作业线(firing line)”焊接管段，然后通过托管架或类似物来部署所焊接的管。

这两种方法(它们都是S型铺设法(S-lay method))的问题是当水深度增加时，距离托管架的离去角(departure angle)必须增大，直到在深水中该角度是90°。这导致长且笨重的托管架，这样的托管架难以获得来自船的船尾的支撑。

第三种主要的类型是采用J型铺设(J-lay)，在该J型铺设中，以大体垂直的定向焊接管段并使管段下水。这避免了S型铺设法的许多局限，但却固有地是一种较慢的过程。而且，船舶与海床之间的管的重量必须完全由张紧装置支撑，这与S型铺设中重量部分地由托管架分担不同。

多种现有技术的提议寻求解决这些问题。参见如一般显示在GB2299646A(Allseas/Kalkman)中的形式的由Allseas’vessel Solitaire表示的‘陡S型铺设’系统。WO2007/000609(Acergy)建议将升高的陡S型铺设的托管架与位于船的船尾处且与S型铺设的离去轴(departure axis)对准的J型铺设塔相结合。

因此，一般而言，可以说是铺管方法可以被认为是三类：

1.浅S型铺设，其中通过托管架以具有主要水平分量的下水角度使管下水，这使用在相对浅的水中。

2.陡S型铺设，其中通过托管架以具有主要垂直分量的下水角度使管下水，这使用在相对深的水中。

3.J型铺设，其中在具有基本上垂直定向的塔处焊接管并从该塔处使管下水，这能够使用在浅水和深水两者中。

迄今为止，已经设计的船提供这些方法中的仅一种或至多两种。

这种改进的目的是能够提供一种船，该船能够以灵活且经济的方式以及以相对经济的资金成本来在宽范围的水深度中铺设管线。该系统应该是多用途的，足以保持这些优势，同时处理不同类型和尺寸的管，以及实际工程中出现的所有附件、终端设备等。本发明寻求实现向这些目标更迈进一步。

根据本发明的第一方面，提供了一种具有托管架和转移器(diverter)的铺管船，该托管架沿着船的一侧且在船的所述一侧的舷外延伸，该托管架具有输入端和下水端，下水端是可与水平面成期望的角度来操作的，且转移器被布置成从具有基本上水平定向的管线源以主要水平的转向角度(diversion angle)将管引至托管架输入端上。

转向角度可以具有水平分量和垂直分量，使得如管线从源抬升到升高的位置以便进入托管架。然而，垂直转向是较小的分量，使得管的重心与装置的重心可以保持接近甲板高度而不会限制管的弯曲半径。

船可以包括矫直和张紧装置(straightening and tensioning apparatus)，该矫直和张紧装置位于管线路径的一部分上，在转移器与托管架的输入端之间。矫直和张紧装置可以包括至少一个矫直机和至少一个张紧器，至少一个矫直机和至少一个张紧器被沿着管线路径的部分按顺序布置。所述部分可以是固定的或可移动的。在优选的实施方案中，矫直和张紧装置沿着弯曲路径延伸。管线路径可以在进入托管架时已经具有向下的分量。矫直和张紧装置可以大体位于甲板高度之上。

在优选的形式中，托管架输入端邻近船的船尾，托管架下水端在输入端的前面，以及转移器包括在船的船尾附近延伸的至少一个坡道(ramp)。提到船尾是基于方便，但为了此目的，船首与船尾可以是可互换的，对驳船或半潜式船来说尤其如此。坡道可以被支撑在船身的舷外，以使可利用的甲板空间最大。

在使用中，托管架下水端可以优选地以垂直定向被定位在船的长度内。通过使托管架下水端定位成靠近船体中段，比如说在船整个长度的中间的三分之一内，那么对给定的海洋状况，可以使下水点的移动最少。

船可以包括J型铺设装置，该J型铺设装置被定位在船的所述一侧的舷外以使J型铺设轴与托管架的下水轴(launch axis)共线。这有利于产品在两个装置之间的移交，正如上面提到的WO 2007/000609中描述的。

在优选的实施方案中，具有大体水平的管定向的所述管线源包括平行于且邻近船的另一侧(即与托管架相对的侧)延伸的管流水作业线。

船还可以包括从船的船尾延伸且通常与所述流水作业线对准的浅角度托管架。这允许船进行正常的S型铺设操作。浅角度托管架还可以提供用于将管线装载到卷轴上(参见下面)的路径。

船还可以进一步包括位于在流水作业线与首先提到的托管架之间延伸的管线路径附近的垂直轴管卷轴。在这种情形中，转移器可以合适地包括用于将管从流水作业线转移到托管架的第一坡道和用于将管从流水作业线转移到卷轴的第二坡道。另外，转移器可以包括用于将管从卷轴转移到托管架的第三坡道。这些坡道可以被认为是独立的转移器，或作为较大的转移器布置的一部分。它们之间可以共享相同的部件，以便可重构建不同的模式。

船可以包括一个或多个吊车；主吊车可以被定位成邻近船的另一侧(即与托管架相对的侧)以提高稳定性。

优选地，托管架由铰接的节段形成，且船包括托管架支撑体和操作工具(stinger support and handling means)，托管架支撑体和操作工具可操作来在具有垂直离去轴的完全部署的位置与高于船的吃水线(waterline)的回缩位置之间移动托管架。

可以存在，如两个铰接点。在一个形式中，托管架具有第二弯曲节段和铰接在大约甲板高度处的第一弯曲节段，第二弯曲节段铰接到第一节段的远端，在被部署时大约低于吃水线。托管架支撑体和操作工具可以包括连接在船身与第二节段上的中间点之间的柔性悬挂构件和连接在船身与邻近第二节段的远端的点之间的柔性操作构件。

托管架的下水端优选地横向于下水路径被扩口(flare)(如约5°，比如4°-10°，在任一方向上)以允许管轴与船之间有限的相对运动。船的航向可以被允许不同于管线或其他产品的离去定向，这有利于在多种天气和波浪条件下进行操作。

从另一个方面，本发明提供了一种铺管船，其具有：

流水作业线，该流水作业线具有轴，在流水作业线上管段被焊接在一起以形成连续的管线；

浅水下水工具(shallow water launching means)，其与流水作业线对准；

深水下水工具(deep water launching means)，其被包含在船的长度内；和

转移器，其被布置成将所述管线从流水作业线选择性地引导至深水下水工具。

浅水下水工具可以包括浅水托管架，该浅水托管架从船的船尾延伸以便当浅水托管架弯曲到离去角时支撑管线。深水下水工具可以包括深水托管架，深水托管架被设置成沿着船的一侧且在船的所述一侧的舷外，以便当深水下水工具弯曲到离去角时支撑管线。浅水托管架可以以较靠近水平而不是垂直的角度终止，而深水托管架将以更靠近垂直且实际上包括垂直的角度终止。

还优选地，船还包括J型铺设装置，J型铺设装置具有与深水托管架的下水端的使用位置对准的下水轴。这有利于产品在两个装置之间的移交，正如上面提到的WO 2007/000609中描述的。

船还可以包括垂直轴管卷轴，且转移器(或可选择地转移器)可以可选择性地操作来将管从流水作业线引导至存储卷轴。

本发明的另一方面提供了一种铺管船，其按照下述三种模式中的任一种来选择性地操作，三种模式即(1)浅S型铺设，(2)陡S型铺设，和(3)J型铺设。

船优选地包括用于形成用于浅S型铺设和陡S型铺设模式的管的单一流水作业线，且还可以包括垂直轴管卷轴，垂直轴管卷轴被布置成将管选择性地供给到陡S型铺设托管架和/或接纳来自流水作业线的管。

本发明还提供了操作船的方法，正如将从下面实施方案的描述是明显的。

附图简述

现在将参考附图，仅以示例的方式来描述本发明的实施方案，附图中：

图1是体现本发明的船的侧视图，且概括性地显示了被部署在回缩位置的托管架；

图2是平面图，且托管架处于回缩位置；

图3是关于图2的线A-A的船尾图；

图4是关于图2的线B-B的截面，但省略了托管架；以及

图5是托管架的一部分的放大的平面图。

示例性实施方案的详述

特别参考图1和2，船舶10具有带上层结构14和工作甲板区域16的船身12。

流水作业线18作为管线产品的主要来源被沿着船舶10的右舷侧设置。流水作业线18包括用于将管段装到流水作业线轴上、将段焊接在一起，并对焊接连接处施用任何必要的处理的工具。所有这些都是本领域众所周知的且在本文中并未详细显示或描述。

浅角度托管架20被可枢转地附接至船舶10的船尾，与流水作业线18对准。浅角度托管架20包括以22标示的张紧器且用于以至多约50°的离去角将管放在相对浅的水中。此常规的S型铺设技术在本领域是众所周知的且将不会被进一步描述。

通常以24标示的深水托管架被沿着船舶10的左舷侧和船身12的舷外设置。托管架24包括在第一铰接点242处被铰接至船身12的第一拱形节段241和在第二铰接点244处被铰接至第一节段241的第二拱形节段243。第一节段241接合弯曲的导轨245。当被部署时，托管架24主要受到悬挂线246的支撑，悬挂线246从船身12上的绞车(未显示)延伸至第二节段243上的中间点。此外，操作线(handling wire)247从第二节段243的外端延伸至船身12上的绞车(未显示)。

在图1中，可以看到处于完全伸展位置E中的托管架24和处于完全回缩位置R中的托管架24，在完全回缩位置R中，托管架24完全位于吃水线之上。托管架24可以在这些位置之间运动，且如果期望的话，可以通过悬挂线246和操作线247的合适拖吊而被设置在中间位置。与轨245的接合可以是被动的或驱动的，以有助于回缩。

正如在图5中看到的，托管架24的远(离开)端在248处被在任一个方向上横向扩口5°(对每一侧扩口4°-10°可以是合适的)。这是为适应管轴与船之间的有限的相对运动，这种相对运动可能是必须的，例如，以相对于管线轴改变船舶的航向。

J型铺设塔26和管升降系统38位于船舶10的左舷侧且部分地在船外延伸。J型铺设塔26具有与处于托管架24的完全伸展状态E的托管架24的外侧端对准的管轴261。另外J型铺设塔26和管升降系统38是常规构型且不需要详细描述。简言之，设置张紧装置以便支撑与管轴一致的悬浮管线的重量，且以受控的方式将管放入水中。张紧装置可以包括轨道型张紧器、移动夹具或两者的组合，以及辅助的悬挂夹具(hang-off clamp)。通常在悬挂夹具之上设置了一个或多个焊接台，使得一段新的管可以被添加到悬浮管线的顶部。悬浮管线的重量随后被转移至张紧装置，接着打开悬挂夹具，使得新的管线段可以被松开，且重复此过程以按照期望延长管。J型铺设的特定益处包括避免可能因经历S型铺设过程而带给管的弯曲疲劳。然而，J型铺设过程往往较慢。总的说来，且因此对通常的管铺设工作来说都不理想。

J型铺设塔26可以用于操作J型铺设，作为通过托管架20或24中的任一个的S型铺设的替代物。另外，J型铺设塔26可以用作用于临时夹持已经通过深水托管架26被下水的管的工具，如作为用于在下水期间将终端设备或分支附接至管线的技术的一部分。陡S型铺设系统的轴与J型铺设系统的轴的对准允许管线直接从一个装置移交至另一个装置。因而，J型铺设的通用性可用于非常大的管且用于装配单个项目，而不会牺牲用于管的主要运行的S型铺设的速度。就此而言，吸引注意力的是上面提到的我们的同时待决的申请WO2007/000609，该申请包括由该对准实现的各种方法的示例。那些描述在此通过引用并入而也作为本公开内容的一部分。

吊车40和42被设置在船舶10的右舷侧，在流水作业线18之上。将吊车定位到右舷有助于对左舷平衡J型铺设塔26的重量与管升降系统38的重量。

三个坡道被设置在船舶10的船尾处且每一个构成转移器。第一坡道28从流水作业线18延伸到矫直和张紧组件30以供给托管架24。设置坡道28以便将焊接的管水平转移过180°且还将焊接的管升高至适于在托管架24上下水的高度。矫直和张紧组件30包括矫直机301，矫直机301消除管因转移和/或卷绕产生的塑性变形；此性质的矫直机是本领域众所周知的。该组件30还包括用于将张力施加至部署的管线的一个或多个张紧器。在此示例中，显示了已知的对置轨道型(opposed-track type)的三个张紧器302，但可以使用任何其他合适的张紧工具，包括行进爪(travelling claw)。组件30还可以包括一个或多个工作台W1、W2、W3例如用于在矫直后将隔离处理或防腐处理应用至焊接的接合处或用于简单的检查。

第二坡道32从流水作业线18延伸到卷轴34的外周。卷轴34是适于卷绕、存储和退卷刚性管的垂直轴卷轴；此性质的卷轴是本领域众所周知的且将不会被进一步描述。第二坡道32还起到将焊接好的管从流水作业线18水平转移过180°的作用，以便将焊接好的管供给到卷轴34上。

第三坡道36被定位成将管从卷轴34供给至矫直和张紧组件30。为了利用此设施，管必须以与适于从流水作业线18卷绕，例如从岸上生产设施被卷绕的旋转指向相反的旋转指向被存储在卷轴34上。

正如在图3中看到的，每一个坡道28、32、36具有其自己的垂直斜度的分量，以及形成主要180°的转向曲线的大体水平的曲率。坡道28的斜度可以被固定在小于45°的角度，但可以高达30°的角度(图3中的α)，因为其进入点和离开点是固定的。坡道32和36具有较小的斜度(β)，该斜度被设置成可变的，以当产品被供给到卷轴34或牵拉到卷轴34上或拉出卷轴34时允许高度的缠绕(level winding)。

卷轴34可以用于，如存储从岸上基地接收的连续的焊接好的管，且除了在船上流水作业线18上焊接的管之外可以铺设这个。可选择地，管可以在流水作业线18上焊接并被存储在卷轴34上以便日后使用，如当船处于到铺设场所的路途中或正在铺设场所等待以便完成其他操作时。

因而，船舶10可以按照许多模式进行操作：

●从流水作业线18通过托管架20进行浅S型铺设。

●从流水作业线18通过托管架24进行陡S型铺设。

●从卷轴34通过托管架24进行陡S型铺设。

●从塔26进行J型铺设。

●顺序组合陡S型铺设和J型铺设且在它们之间直接移交以便操作特殊产品。

●在流水作业线18上焊接管并存储在卷轴34上。

●从岸上基地装载管并存储在卷轴34上(浅托管架20可以用于此)。

相同的部件可以用于操作和铺设其他长形的产品，诸如柔性管、电缆和脐带管。柔性管可以被使用在张紧器中以起到具有高张紧能力的弃船绞车(abandonment winch)的作用。

就尺寸而言，船10的船身可以具有约250-300m的总长度(加上任何舷外的转移器结构)。船的梁可以在甲板高度处是约40m，在吃水线处可能是30m。陡托管架24的曲率半径可以是约120m。通过提供超过50m的半径，比如80-150m或100-140m，那么可以操作大直径的管而没有塑性弯曲。卷轴34的直径可以是约30-40m，比如在一个示例中是34m。由坡道32、36中的每一个界定的路径的半径应该不小于卷轴的半径，以避免额外的塑性弯曲。坡道28的半径显然可以更宽，尤其是考虑到增加到其水平曲率的其垂直分量。坡道28的水平半径可以大于，比如15m，且其实际半径(在角度α中结合水平和垂直的)大于18m。与卷绕操作相比，这允许较缓和地操作管。

因而，本发明提供了一种铺管船，其能够灵活地使用，能够在宽范围的水深度内操作S型铺设以及还在情况需要的位置操作J型铺设。本发明允许必需的设备以紧凑方式设置在船上，且不用任何为了重新构建成不同的模式而返回到基地。因而，本发明能够使用相对小的船来在极大的深度内进行铺设以及用于多种其他任务。

可以做出许多变化和修改而并不偏离本发明的精神和范围。上面讨论了这些变化和修改中的一些，而懂技术的读者从上面的描述和附图的考虑中将会想到其他变化和修改。

Claims

1.一种铺管船，所述铺管船具有托管架和转移器，所述托管架沿着所述船的一侧且在所述船的所述一侧的舷外延伸，所述托管架具有输入端和下水端，所述下水端与水平面成期望的角度来操作，且所述转移器被布置成从具有基本上水平定向的管线源以主要水平的转向角度将管引导至所述托管架的输入端上。

2.根据权利要求1所述的铺管船，其中所述转向角度具有水平分量和垂直分量，且垂直的转向是较小的分量。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的铺管船，包括矫直和张紧装置，所述矫直和张紧装置位于管线路径的一部分上，在所述转移器与所述托管架的所述输入端之间。

4.根据权利要求3所述的铺管船，其中所述矫直和张紧装置包括至少一个矫直机和至少一个张紧器，所述至少一个矫直机和至少一个张紧器被沿着管线路径的所述部分按顺序布置。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的铺管船，其中所述矫直和张紧装置沿着大体位于甲板高度之上的弯曲路径延伸，使得所述管线路径在进入所述托管架时具有向下的分量。

6.根据任一前述权利要求所述的铺管船，其中所述托管架的输入端邻近所述船的船尾，所述托管架的下水端在所述输入端的前面，且所述转移器包括在所述船的船尾或船首附近延伸的至少一个坡道。

7.根据权利要求6所述的铺管船，其中所述坡道被支撑在船身的舷外。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的铺管船，其中在使用中，所述托管架的下水端能够以垂直的定向定位在所述船的长度内。

9.根据任一前述权利要求所述的铺管船，包括J型铺设装置，所述J型铺设装置被定位在所述船的所述一侧的舷外以使J型铺设轴与所述托管架的下水轴共线。

10.根据任一前述权利要求所述的铺管船，其中具有基本上水平的管定向的所述管线源包括管流水作业线，所述管流水作业线平行于且邻近所述船的另一侧(即与所述托管架相对的侧)延伸。

11.根据任一前述权利要求所述的铺管船，还包括浅角度托管架，所述浅角度托管架从所述船的船尾延伸且通常与所述流水作业线对准。

12.根据任一前述权利要求所述的铺管船，还包括垂直轴管卷轴，所述垂直轴管卷轴位于延伸在所述管线源与所述托管架之间的管线路径附近。

13.根据权利要求12所述的铺管船，其中所述转移器包括第一坡道、第二坡道和任选地第三坡道，所述第一坡道用于将管从所述管线源转移到所述托管架，所述第二坡道用于将管从所述管线源转移到所述卷轴，且所述第三坡道用于将管从所述卷轴转移到所述托管架。

14.根据任一前述权利要求所述的铺管船，包括一个或多个吊车，至少一个所述吊车被定位成邻近所述船的所述另一侧(即与所述托管架相对的侧)。

15.根据任一前述权利要求所述的铺管船，其中所述托管架由铰接的节段形成，且所述船包括托管架支撑体和操作工具，所述托管架支撑体和操作工具可操作以在具有垂直离去轴的完全部署的位置与高于所述船的吃水线的回缩位置之间移动所述托管架。

16.根据权利要求15所述的铺管船，其中存在两个铰接点，所述托管架具有第二弯曲节段和铰接在大约甲板高度处的第一弯曲节段，所述第二弯曲节段铰接到所述第一节段的远端，在被部署时大约低于所述吃水线。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的铺管船，其中所述托管架支撑体和操作工具包括连接在所述船身与所述第二节段上的中间点之间的柔性悬挂构件以及连接在所述船身与邻近所述第二节段的远端的点之间的柔性操作构件。

18.根据任一前述权利要求所述的铺管船，其中所述托管架的所述下水端横向于下水路径被扩口(如约5°，比如4°-10°，在任一方向上)以允许管轴与所述船之间有限的相对运动。

19.一种铺管船，所述铺管船具有：

流水作业线，其具有轴，管段在所述流水作业线上被焊接在一起以形成连续的管线；

浅水下水工具，其与所述流水作业线对准；

深水下水工具，其被包含在所述船的长度内；以及

转移器，其被布置成将所述管线从所述流水作业线选择性地引导至所述深水下水工具。

20.根据权利要求19所述的铺管船，其中所述浅水下水工具包括浅水托管架，所述浅水托管架从所述船的船尾延伸以便当所述浅水托管架弯曲到离去角时支撑管线。

21.根据权利要求19或权利要求20所述的铺管船，其中所述深水下水工具包括深水托管架，所述深水托管架被设置成沿着所述船的一侧且在所述船的所述一侧的舷外，以便当所述深水下水工具弯曲到离去角时支撑管线。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的铺管船，还包括J型铺设装置，所述J型铺设装置包括塔，使用中，所述塔一般垂直设置，所述塔设置有管张紧装置和一个或多个焊接台，其中所述J型铺设装置具有与所述深水托管架的下水端的使用位置对准的下水轴。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的铺管船，还包括垂直轴管卷轴，且所述转移器(或可选择的转移器)可选择性地操作来将管从所述流水作业线引导至存储卷轴。

24.一种铺管船，所述铺管船按照三种模式中的任一种来选择性地操作，所述三种模式即(1)浅S型铺设，在所述浅S型铺设中，通过以具有主要水平分量的下水角度的托管架使管下水；(2)陡S型铺设，在所述陡S型铺设中，通过以具有主要垂直分量的下水角度的托管架使管下水；以及(3)J型铺设，在所述J型铺设中，在具有大体垂直定向的塔处焊接管并从所述塔处使管下水。

25.根据权利要求24所述的铺管船，包括单一的流水作业线，所述单一的流水作业线用于形成用于浅S型铺设模式和陡S型铺设模式的管。

26.根据权利要求25所述的铺管船，还包括垂直轴管卷轴，所述垂直轴管卷轴被布置成将管选择性地供给到所述陡S型铺设托管架和/或接纳来自所述流水作业线的管。