CN102454828A - 深水s型海底管道铺设过程中的收弃管工艺 - Google Patents

Abstract

一种深水S型海底管道铺设过程中的收弃管工艺，弃管工艺包括以下步骤：一、弃管准备及弃管专用设备的连接；二、弃管水上操作；(1)将海底管道从张紧器上转换张力到收放绞车上；(2)向前移船，海底管道脱离铺管船到托管架上；(3)停止移船，下放管道到海床；(4)船倒退，回收绞缆到托管架的末端；三、弃管水下操作：(1)退船，解开绞缆与管端封头的连接；(2)管段封头漂浮；(3)回收绞缆，直到托管架的末端超过绞缆及管端封头；四、数据采集及作业位置确定。收管工艺与弃管工艺过程类似且相反。本发明可以在深水S型海底管道铺设过程中进行回收与弃管工作，提高了深水回收与弃管工作效率，增强深水收弃管作业的安全性和可靠性。

Description

深水S型海底管道铺设过程中的收弃管工艺

技术领域

本发明涉及海底管道铺设，尤其涉及一种适应深水S型海底管道铺设过程中的收弃管工艺，属于海洋石油工程领域。

背景技术

海底管道铺设作为深海油气田开发建设的一个重要组成部分，对海上油气田的开发、生产和产品外输等方面起着十分重要的作用。在实际工程中，常用的海底管道铺设方法主要有S型铺管法、J型铺管法、卷管式铺管法和拖管法等四大类。

S型铺管方法是目前海底管道最为常用的铺设方法。在S型铺管方法中，管道在铺管船甲板作业线上从焊接、检验都在一个水平面内，管道移动通过船尾经托管架并到达海床，管道的线形看上去像一个被拉长的“S”。整条管道一般分为两个区域：一为上弯段，从铺管船甲板上的张紧器开始，沿着作业线经托管架向下延伸至反弯点为止的一段区域(反弯点一般就是管道受到弯矩为零的拐点)；另一段为下弯段，是从反弯点到海床着地点的一段区域。管道在下弯段的曲率通过沿生产线放置的张紧器产生的拉力来控制，管道在上弯段的曲率和弯曲应力则一般依靠合适的滑道支撑和托管架的曲率来控制。托管架主要作用就是减小管道离开船尾后的弯曲应力，通过选取不同的托管架长度以及其与水平方向的角度，可以有效改善管道受到的弯矩和轴向拉力。

目前，S型铺管法主要应用于浅水铺设(＜300m)。在海底管道铺设过程中，当因坏天气或其他原因使得铺管作业不得不中止时，只能将未铺设的海底管道弃入海底。待天气转好并具备继续开始铺设管道的条件时，铺管船重新就位，再对弃入海底的管道进行回收。这期间，弃、收管的水上工作是通过布锚移船以及采用水面上的浮漂配合完成船舶定位，而水下操作则是由潜水员及配合收放绞车等弃、收管设备来进行。

随着海洋石油开发不断向深水领域的迈进，海底管道的铺设水深越来越深，对于深水海底管道铺设技术要求也越来越高。目前，采油平台的作业水深已达3000m，钻井深度超过万米，海底管道的铺设水深也达到了3000m左右。当海底管道铺设水深增加时，将会遇到拱弯段要求更大的转角以及垂弯段要求避免压力带来的失稳等技术问题。为了克服现有S型铺管法存在的问题，通过加长托管架的长度以满足拱弯段的转角要求，此时，托管架就会变得很长，对铺管船性能的要求、收放绞车的能力以及弃、收管道所用设备的要求也越来越高。而且，对于管道的弃入海底与回收，由于水深的增加，船舶已无法进行抛锚及布锚移动，且定位工作也无法采用水面上的浮漂来进行，而水下操作，由于水的深度较深，潜水员也已无法进行潜水工作，因此，现有的收弃管作业方法已不适用于深水作业。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种深水S型海底管道铺设过程中的收弃管工艺，其可以在深水S型海底管道铺设过程中进行回收与弃管工作，提高了深水回收与弃管工作效率，增强深水收弃管作业的安全性和可靠性，为深水战略的发展提供了技术支持。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种深水S型海底管道铺设过程中的弃管工艺，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，弃管准备及弃管设备的连接；

第二步，弃管水上操作

(1)将海底管道从张紧器上转换张力到收放绞车上后，确定绞车选用张力大小；

(2)动力定位向管道铺设方向移船，同时保持收放绞车的张力恒定；

(3)连接标记的浮力材料，并回收吊索；

(4)动力定位向管道铺设方向移船，海底管道脱离铺管船到托管架上，同时保持张力在收放绞车上；

(5)停止移船，逐渐减小张力使管道下放到海床；

(6)船倒退，收放绞车回收绞缆，直到托管架的末端超过管端封头居上；

第三步，弃管水下操作

(1)动力定位向管道铺设方向退船，并达到管端上方，解开绞缆与管端封头的连接；

(2)管段封头下半部分自动漂浮；

(3)收放绞车回收绞缆，直到托管架的末端超过绞缆及管端封头；

第四步，数据采集及作业位置确定。

所述弃管准备包括以下步骤：

(1)移出管道内部所有设备；

(2)在管端封头及存储机架上放置法兰保护器；

(3)提升并放置管端封头到转换器上；

(4)转移管端封头到准备好的架子上；

(5)把管端封头焊接到管线上；

(6)将中间吊索连到管端封头上；

(7)把中间吊索连接到收放绞车上；

(8)从管端封头起在收放绞缆上做首次标记。

所述动力定位向前、倒退移船是利用船舶自身动力定位。

所述数据采集及作业位置确定过程包括以下步骤：

(1)用GPS定位系统及调查数据，定位管端封头的位置；

(2)利用动力定位系统定位铺管船的位置，保证铺管船沿铺管方向距管端封头有一个设定的回收距离。

所述第三步，弃管水下操作中，解开绞缆是在水下监控机器人的监控下，由水下作业机器人进行。

一种深水S型海底管道铺设过程中的收管工艺，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，数据采集及作业位置确定；

第二步，收管水下操作，

(1)下放水下机器人；

(2)收放绞车下放收放绞缆及管段封头、管道至海底；

(3)操作水下机器人将收放绞缆连接到管端封头上；

第三步，收管水上操作，

(1)动力定位移船至设定距离，同时保持收放绞车松弛；

(2)增加收放绞车张力，直至达到设定的回收张力；

(3)动力定位退船，收放绞车回收收放绞缆；

(4)动力定位退船，管端封头连接在托管架滚轮上；

(5)当管端封头到达船尾时，从法兰保护器中移出标记的浮力材料；

(6)动力定位继续退船，直至管端封头抵达张紧器前端；

第四步，将收放绞车上海底管道的张力转换到张紧器上，并拆除弃管设备。

所述第一步，数据采集及作业位置确定采用以下步骤：

(1)利用GPS定位系统及调查数据定位管端封头的位置；

(2)利用动力定位系统定位铺管船的位置，以保证铺管船沿铺管方向距收放封头所设定的最小回收距离。

所述第四步，张力转换具体采用以下步骤：

(1)管端封头到达张紧器后，起动张紧器，利用吊机将张力慢慢从收放绞车转换到张紧器上；

(2)回收收放绞车绞缆；

(3)切割封头，重新开始正常铺设作业。

本发明的有益效果：本发明可以在深水S型海底管道铺设过程中进行回收与弃管工作，提高了深水回收与弃管工作效率，增强深水收弃管作业的安全性和可靠性，为深水战略的发展提供了技术支持。

附图说明：

图1为本发明海底管道收、弃过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明总体包括：弃管工艺和收管工艺，弃管和收管是两个类似且相反的工艺。弃管和收管工艺实施前，铺管船上需要配置收放(A&R)绞车及大于2倍工作水深的工作缆，收弃管专用设备，并配备水下监控机器人和水下作业机器人(ROV)、完备的动力定位系统及监测系统。

深水S型海底管道弃管工艺包括以下步骤：

第一步，弃管准备及专用设备连接；

①移出所有的管道内部设备，包括X-射线履带、停止电车、止屈器等；

②在管端封头及存储机架上放置法兰保护器；

③提升并放置管端封头到转换器上；

④转移管端封头到准备好的架子上；

⑤把管端封头焊接到管线上；

⑥用吊机把中间吊索连到收放绞车封头上；

⑦把中间吊索连接到收放绞车上；

⑧从管端封头起的收放绞缆上做首次标记。

第二步，弃管水上操作；

(1)张力转换：利用吊机，将海底管道缓慢从张紧器上转换张力到收放绞车上，张力转换完成后，根据弃管水平要求的确定绞车选用张力大小；

(2)利用船舶动力定位向管道铺设方向移船，同时保持收放绞车恒张力；

(3)连接标记的浮力材料并且回收吊索到架子上；

(4)利用船舶动力定位向管道铺设方向移船，允许海底管道脱离铺管船到托管架上，同时保持张力在收放绞车上；

(5)当铺管船到达最终位置时停止移船，此时，随着海底管道下放，逐渐减小张力使管道下放到海床；

(6)倒退铺管船同时回收收放绞缆到收放绞车上，直到托管架的末端大约超过管端封头。

第三步，弃管水下操作，

(1)动力定位向管道方向铺设退船，利用定位系统达到管端上方，在水下监控机器人的监控下，由水下作业机器人解开绞缆与管端封头的连接；

(2)管段封头下半部分含有浮力材料，自动漂浮；

(3)回收绞缆到收放绞车上，直到托管架的末端超过绞缆及管端封头。

第四步，数据采集及作业位置确定：

①用GPS定位系统及调查数据，定位管端封头的位置；

②利用动力定位系统定位铺管船的位置，保证铺管船沿铺管方向距管端封头有一个最小的回收距离。

如图1所示，深水S型海底管道收管施工工艺，包括以下步骤：

第一步，数据采集及作业位置确定；动力定位保持船舶位置稳定；

第二步，收管水下操作：

(1)利用铺管船下放水下监控机器人和水下作业机器人；

(2)利用收放绞车下放收放绞缆至海底；

(3)操作水下作业机器人，利用法兰保护器把收放绞缆连接到管端封头上。

第三步，收管水上操作，

(1)利用GPS动力定位系统移船，同时保持收放绞车松弛，直到铺管船到达距管端封头要求的偏移距离；

(2)增加收放绞车张力，直到达到合适的回收张力；

(3)利用动力定位系统使铺管船后退，收放绞车系统开始回收收放绞缆；

(4)利用动力定位系统使铺管船后退，保证管端封头成功搭接托管架滚轮上；

(5)当管端封头到达船尾时，从法兰保护器中移出标记的浮力材料；

(6)利用动力定位系统，使铺管船继续后退，直到管端封头抵达张紧器前端。

第四步，将收放绞车上海底管道的张力转换到张紧器上，并拆除专用设备；

张力转换具体采用以下步骤：

(1)管端封头到达张紧器后，起动张紧器，利用吊机将海底管道的张力慢慢从收放(A&R)绞车转换到张紧器上；

(2)回收收放(A&R)绞车绞缆；

(3)切割管端封头，重新开始正常铺设作业。

上述工艺中所用张紧器、收放绞车、定位系统、水下监控机器人及水下作业机器人收弃管专用设备等，均为已知现有设备。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种深水S型海底管道铺设过程中的弃管工艺，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，弃管准备及弃管设备的连接；

第二步，弃管水上操作

(1)将海底管道从张紧器上转换张力到收放绞车上后，确定绞车选用张力大小；

(2)动力定位向管道铺设方向移船，同时保持收放绞车的张力恒定；

(3)连接标记的浮力材料，并回收吊索；

(4)动力定位向管道铺设方向移船，海底管道脱离铺管船到托管架上，同时保持张力在收放绞车上；

(5)停止移船，逐渐减小张力使管道下放到海床；

(6)船倒退，收放绞车回收绞缆，直到托管架的末端超过管端封头居上；

第三步，弃管水下操作

(1)动力定位向管道铺设方向退船，并达到管端上方，解开绞缆与管端封头的连接；

(2)管段封头下半部分自动漂浮；

(3)收放绞车回收绞缆，直到托管架的末端超过绞缆及管端封头；

第四步，数据采集及作业位置确定。

2.根据权利要求1所述的深水S型海底管道铺设过程中的弃管工艺，其特征在于：所述弃管准备包括以下步骤：

(1)移出管道内部所有设备；

(2)在管端封头及存储机架上放置法兰保护器；

(3)提升并放置管端封头到转换器上；

(4)转移管端封头到准备好的架子上；

(5)把管端封头焊接到管线上；

(6)将中间吊索连到管端封头上；

(7)把中间吊索连接到收放绞车上；

(8)从管端封头起在收放绞缆上做首次标记。

3.根据权利要求1所述的深水S型海底管道铺设过程中的弃管工艺，其特征在于：所述动力定位向前、倒退移船是利用船舶自身动力定位。

4.根据权利要求1所述的深水S型海底管道铺设过程中的弃管工艺，其特征在于：所述数据采集及作业位置确定过程包括以下步骤：

(1)用GPS定位系统及调查数据，定位管端封头的位置；

(2)利用动力定位系统定位铺管船的位置，保证铺管船沿铺管方向距管端封头有一个设定的回收距离。

5.根据权利要求1所述的深水S型海底管道铺设过程中的弃管工艺，其特征在于：所述第三步，弃管水下操作中，解开绞缆是在水下监控机器人的监控下由水下作业机器人进行。

6.一种深水S型海底管道铺设过程中的收管工艺，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，数据采集及作业位置确定；

第二步，收管水下操作，

(1)下放水下机器人；

(2)收放绞车下放收放绞缆及管段封头、管道至海底；

(3)操作水下机器人将收放绞缆连接到管端封头上；

第三步，收管水上操作，

(1)动力定位移船至设定距离，同时保持收放绞车松弛；

(2)增加收放绞车张力，直至达到设定的回收张力；

(3)动力定位退船，收放绞车回收收放绞缆；

(4)动力定位退船，管端封头连接在托管架滚轮上；

(5)当管端封头到达船尾时，从法兰保护器中移出标记的浮力材料；

(6)动力定位继续退船，直至管端封头抵达张紧器前端；

第四步，将收放绞车上海底管道的张力转换到张紧器上，并拆除弃管设备。

7.根据权利要求6所述的深水S型海底管道铺设过程中的收管工艺，其特征在于：所述第一步，数据采集及作业位置确定采用以下步骤：

(1)利用GPS定位系统及调查数据定位管端封头的位置；

(2)利用动力定位系统定位铺管船的位置，以保证铺管船沿铺管方向距收放封头所设定的最小回收距离。

8.根据权利要求6所述的深水S型海底管道铺设过程中的收管工艺，其特征在于：所述第四步，张力转换具体采用以下步骤：

(1)管端封头到达张紧器后，起动张紧器，利用吊机将张力慢慢从收放绞车转换到张紧器上；

(2)回收收放绞车绞缆；

(3)切割封头，重新开始正常铺设作业。

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