CN102884353A - 将管道从铺设船铺设到水体床上的铺设方法，以及铺设船 - Google Patents

将管道从铺设船铺设到水体床上的铺设方法，以及铺设船 Download PDF

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Abstract

一种将管道从铺设船铺设到水体中的铺设方法；所述方法包括以下步骤：通过多个引导装置（14）沿着铺设坡道（6）的支撑结构（13）引导管道（2）；在铺设坡道（6）的自由端处，在与管道（2）的轴线交叉的获取平面中获取管道（2）的图像；确定所获取的图像是否在接收范围（AR）内，所述接收范围随支撑结构的构造（13）及管道（2）的尺寸的变化而被预定；以及当所获取的图像不在接收范围（AR）内时发出错误信号（E）。

Description

将管道从铺设船铺设到水体床上的铺设方法,以及铺设船
技术领域
本发明涉及将管道从铺设船铺设到水体中的铺设方法。
更具体地说，本发明涉及一种沿着铺设坡道的支撑结构借助于沿所述支撑结构间隔设置的多个引导装置而引导管道，并且在所述铺设坡道的自由端处将管道释放到水体中的方法。
背景技术
铺设船是漂浮单元，其包括管道组件线，并且在船尾处装配有铺设坡道，所述铺设坡道是装配线的延伸部，并且用于随着漂浮单元向前移动而使管道容易地安装到水体床上。
铺设船包括上面类型的S-铺设船（如例如在专利申请WO2009/098586A2中描述的），以及在专利EP1,102,698Bl中描述的类型的J-铺设船。
在S-铺设方法中，管道装配在大致水平的装配线上并且被铺设脱离坡道，所述铺设坡道在工作构造中用于沿着部分位于水位上方且部分位于水位下方的弯曲路径引导和支撑所述管道。通过这种方式铺设的管道在铺设船与水体床之间呈S状，其半径的曲率（curves of a radius，曲率半径）取决于管道的刚性，并且可以利用多种类型的船（诸如趸船、驳船、半潜式船、单船体船）铺设。
水下管道铺设要求非常平静的水状态，以至于在澎湃的水中，铺设被暂停，使用绞盘控制的缆线终止管道的已完成部分，并且铺设坡道尽可能远地升高到水位上方到所谓的“残存构造”。
铺设坡道通常包括铰接至铺设船的内坡道，以及铰接至内坡道的外坡道，并且取决于床的深度和管道的特性可以采取多种工作构造；传送构造，其中内坡道和外坡道允许铺设船的畅通无阻的运动；以及所述残存构造。对于该目的来说，铺设坡道通过已知的致动器组件（例如如本申请人专利US 4,257,718中描述的）连接至铺设船。
为了引导管道并且使管道向前移动，铺设坡道包括多个引导装置，所述多个引导装置对直（align，排成直线）以限定管道的路径。
在J-铺设方法中，管道装配线至少部分地容纳在铰接至铺设船的J铺设塔中，并且管道正常固定至J-铺设塔的铺设坡道引导。在此种情形中，也如专利EP1,102,698Bl中描述的，可调节引导装置安装至铺设坡道支撑结构以便当铺设管道时引导管道，并且监控管道与支撑结构之间的应力。
在上面两种铺设方法中，必须监控管道与铺设坡道支撑结构之间的应力以防止损坏管道和/或铺设坡道。就此而论，重要的是要记住，当铺设管道时，一方面铺设船和坡道以及另一方面管道会通过水受到多种形式的应力。尽管铺设船通过系泊缆系统或者包括推进器的所谓的动力定位系统保持在位且沿着给定的路线逐步前进，但铺设船仍然经历由波浪和水流造成的不期望的移动。相同的波浪动作与水流还影响了管道，但由于铺设船与管道在形状和质量方面均不同，且管道大致为柔性的并且部分地搁置在床上的事实，会产生铺设坡道和管道的不同移动。铺设船的颠簸摇荡是特别危险的，其会导致管道与铺设坡道之间的猛烈接触；并且已经证实，用于监控管道与铺设坡道支撑结构之间的应力的已知系统在防止临界性的（critical，危急的）管道和铺设坡道操作条件方面效果不佳。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种将管道从铺设船铺设到水体中的铺设方法，设计为使现有技术的缺点最小化。
本发明的另一个目的是提供一种将管道从铺设船铺设到水体中的铺设方法，设计为防止危害管道和/或铺设坡道的情况。
根据本发明，提供了一种将管道从铺设船铺设到水体中的铺设方法；所述方法包括以下步骤：
-通过多个引导装置沿着铺设坡道的支撑结构引导管道；
-获取管道的图像，优选地在所述铺设坡道的自由端处在与所述管道的轴线交叉的获取平面内获取管道的图像；
-判断所获取的图像是否在接收范围内，所述接收范围以随所述支撑结构的构造及所述管道的尺寸而变的方式预定；以及
当所获取的图像不在接收范围内时发射错误信号。
本发明具有以下主要优点：识别出其中外部因素和船的移动使管道危险地靠近支撑结构的情况，并且指出铺设坡道的自由端处的潜在危险，在所述自由端处管道与支撑结构之间的移动最大。
可以提供本发明的优选实施方式，以便根据错误信号相对于支撑结构自动地调节引导装置，和/或根据错误信号调节支撑结构，和/或控制所述铺设船的位置和/或根据错误信号调节由铺设船施加在管道上的拉力。
所有上述步骤都能防止有害情况变得更坏，并且防止事故。
本发明的又一个目的是提供一种铺设船。
根据本发明，提供了一种用于将管道铺设在水体中的铺设船；该铺设船包括：
-铺设坡道，该铺设坡道包括支撑结构以及用于引导所述管道的多个引导装置；
-图像获取装置，该图像获取装置用于获取管道的图像，优选地在所述铺设坡道的自由端处在与所述管道的轴线交叉的获取平面内获取管道的图像；以及
控制单元，该控制单元用于判断所获取的图像是否在接收范围内，并且当所获取的图像不在接收范围内时发射错误信号，所述接收范围以随所述支撑结构的构造及所述管道的尺寸而变的方式预定。
附图说明
下面将通过例子，参考附图来描述根据本发明的多个非限定性的实施方式，在附图中：
图1示出了根据本发明的装配有铺设坡道的铺设船的局部截面侧视图，为了清楚起见移除了一些部件；
图2示出了图1铺设坡道的示意性截面图，为了清楚起见移除了一些部件；
图3示出了根据本发明另一个实施方式的装配有铺设坡道的铺设船的局部截面侧视图，为了清楚起见移除了一些部件；
图4示出了图3铺设坡道的示意性截面图，为了清楚起见移除了一些部件。
具体实施方式
图1中的附图标记1表示用于将管道2铺设在水位为SL的水体床（未示出）上。在示出的例子中，铺设船1是单船体S铺设船，并且包括船体3；船尾楼（aftercastle，尾部船楼）4；以及用于从管子（未示出）装配管道2的装配线5。铺设船1装配有铺设坡道6，其在图1的操作构造中限定装配线5的延伸部，并且用于沿着具有至少一个弯曲部分的路径引导且支撑管道2，所述路径的第一部分位于水位SL上方，第二部分位于水位SL下方。
铺设船1在船尾楼4处装配有起重机（crane）7以便执行辅助管道2铺设操作。
铺设坡道6铰接至铺设船1，并且包括铰接至铺设船1的内坡道8，以及铰接至内坡道8的外坡道9。并且铺设船1包括驱动组件10以将铺设坡道6设定为多个操作构造（在图1中仅示出一个）；传送构造（未示出），其中内坡道和外坡道8，9两者都定位在水位SL的上方；以及残存构造（图1中未示出），其中内坡道和外坡道8，9都尽可能远地锁定在水位SL的上方。
驱动组件10包括两个致动器11，12，用于支撑、控制、以及设定相应的内坡道和外坡道8，9为上面的构造。在图1中，铺设构造、内坡道8和外坡道9限定了用于管道2的相应支撑部分。
铺设坡道6包括支撑结构13，以及沿着支撑结构13间隔布置的多个引导装置14。在示出的例子中，内坡道8包括支撑结构13的内部部分，并且外坡道9包括支撑结构13的外部部分，该外部部分铰接至支撑结构13的内部部分。
图1中的T1表示张紧装置，其与管道2交换力（优选地是抓握力），以在管道2上施加拉力，从而以受控的方式从铺设船1处释放管道2，或者拉回管道2，或者相对于铺设船1锁定管道2。
参照图2，支撑结构13沿着限定了容纳所述管道2的空间的三个侧面延伸。更具体地说，图2示出了支撑结构13的自由端，在该自由端处管道2与铺设坡道6之间的相对移动最大。支撑结构13的自由端处的引导装置14通常不接触管道2，并且用于吸收任何振动。每个引导装置14都相对于支撑结构13减振，并且具有致动器（未示出），所述致动器用于相对于支撑结构13调节其作用位置以使管道2与铺设坡道6之间的载荷分配最优化。
参照图1，铺设船1包括图像获取装置15，所述图像获取装置又包括传感器16，以及与传感器16相关联的处理单元17。
铺设船1包括：用于控制铺设坡道6的驱动组件10的控制装置18；用于控制引导装置14的控制装置19；用于控制铺设船1的位置的控制装置20，在示出的实例中，用于控制包括多个推进器21（在图1中仅示出了一个）的动力定位系统；用于控制张紧装置T1以调节在管道2与张紧装置T1之间交换的力以及因此调节施加在管道上的拉力的控制装置CT1；以及控制单元22，该控制单元连接至图像获取装置15以及控制装置18、19、20，并且所述控制单元又包括显示器23、控制面板24、和存储器25。
参照图2，传感器16在铺设坡道6的自由端处装配至支撑结构13，面向管道2的外侧面定位，并且设计为限定一扇形图像获取范围，所述扇形图像获取范围大致位于与管道2的轴线垂直的获取平面中。传感器16由光学传感器限定，因此图像获取装置15优选地包括：固定至支撑结构13的光源26，用于在传感器16的图像获取范围内照亮管道2；以及用于处理光学图像的图像处理单元17。在一个变型中，传感器16由声波定位器限定，并且图像处理单元17被设计为处理声像（acoustic image），因此不需要光源26。
光源26优选地设计为发射激光束，所述激光束在获取平面内清楚地示出管道2。更具体地说，激光束被定位和设计为扫过获取平面内的管道的整个表面。
参照图1，通过图像获取装置15获取的图像被传送到控制单元22，在所述控制单元中将它们与存储在存储器25中的图像比较。所存储的图像是已知管道2的可接收的真实图像，或者根据管道2的已知尺寸重构的图像模型。在第一对比模式中，所获取的图像与存储图像进行比较以确定管道2相对于支撑结构的位置，并且确定X和Y坐标，然后将X和Y坐标与以坐标表示的接收范围AR进行比较。
在第二模式中，存储的图像限定接收范围AR。
在这两种模式中，当管道2未落在基本由图2中的虚线限定的接收范围AR内时，控制单元22发射错误信号E。参照图1，错误信号E可用于修正铺设坡道6和/或引导装置14的构造、和/或铺设船1的位置、和/或由张紧装置T1施加在管道2上的拉力。换句话说，控制装置22能够自动地随错误信号E以及通过管道2传送至引导装置14的与载荷相关的其它输入信号的变化而控制所述控制装置18、19、20、CTl，并且能够动态地定位铺设船1。
控制单元22可以设定为仅在控制装置18、19、20、CTl的一些上自动地操作。
如图2中所示，铺设坡道6还装配有另一个图像获取装置15，其包括传感器16、图像处理单元17、以及在传感器被限定为光学传感器的情况下还包括光源26。该另一个图像获取装置15被定位成用于在与其它图像获取装置15相同的获取平面中（但是从不同的角度）获取管道2的图像。由这两个图像获取装置15获取的图像被发送到控制单元22以便与相应的接收范围进行比较，并且当由至少一个图像获取装置15获取的图像没有落入相应的接收范围AR以内时错误信号E被发出。因此，使得图像获取更加可靠，并且增加了可在其中获取可靠图像的范围。
由这两个图像获取装置15获取的图像还可以被结合以重构管道2相对于铺设坡道6的位置，并且确定获取平面中管道距铺设坡道6的距离。
图3中的附图标记27表示作为整体的半潜式铺设船，其包括双船体漂浮结构28；铰链组件29；J-铺设塔30，所述J-铺设塔30通过铰链组件29铰接至漂浮结构28；以及驱动组件31，所述驱动组件用于将J-铺设塔30围绕铰链轴线定位成多个构造。J-铺设塔30的顶部容纳用于装配管道（未示出）的装配线32；并且底部容纳张紧装置T2，所述张紧装置用于与管道交换力（优选地是抓握力），以在管道2上施加拉力从而以受控的方式释放管道2，或者拉回管道2，或者相对于铺设船1锁定管道。
J铺设塔30的底端连接至一铺设坡道34，其限定J铺设塔30的延伸部并且在使用中沉浸在水体中。铺设坡道34刚性地连接至J铺设塔30，因此J铺设塔30的构造确定铺设坡道34的构造。
铺设坡道34包括：围绕管道2延伸的支撑结构35；以及多个引导装置36，所述引导装置装配至支撑结构35，围绕管道2并且沿着支撑结构35隔开，并且优选地通过图中未示出的致动器可调节和可控制。
铺设坡道34装配有定位在支撑结构35的自由端处的图像获取装置15，用于确定管道2相对于铺设坡道34的任何危险位置。
以与针对铺设坡道6描述的相同方式获取图像。
铺设船27包括：控制单元37；用于控制驱动组件31的控制装置38；用于控制引导装置36的控制装置39；用于控制铺设船27的移动的控制装置40，在这种情形中其移动是指通过多个推进器41（图2中仅示出了一个）进行的动力定位；以及用于控制张紧装置T2与管道2之间交换的力，（并由此控制施加在管道上的拉力）的控制装置CT2。如参照图1所述的，所获取的图像与获取范围AR进行比较，并且当所获取的图像未落在接收范围AR以内时，控制单元37发出错误信号E。控制单元37包括显示器42、控制面板43、以及存储器44，并且设计为随着错误信号的变化既能自动又能手动地控制J铺设塔30的位置、和/或引导装置36的位置、和/或铺设船27的移动、和/或施加在管道2上的拉力。
如图4中所示，传感器16在铺设坡道34的自由端处装配至支撑结构35，并且定位为面向管道2的外侧面。在这种情形中，支撑结构35完全地围绕管道2，并且传感器16限定扇形图像获取范围，所述扇形图像获取范围大致位于与管道2的轴线垂直的获取平面中。传感器16由光学传感器限定，因此图像获取装置15优选地包括固定至支撑结构35的光源26以便在传感器16的图像获取范围内照亮管道2；以及用于处理光学图像的图像处理单元17。在一个变型中，传感器16由声波定位器限定，并且图像处理单元17被设计为处理声像，因此不需要光源26。
如图4中所示，铺设坡道34还装配有另一个图像获取装置15，其包括传感器16、图像处理单元17、以及在传感器由光学传感器限定的情况下还包括光源26。该另一个图像获取装置15被定位为在与其它图像获取装置15相同的获取平面中（但是从不同的角度）获取管道2的图像。通过这两个图像获取装置获取的图像以与前述实施方式相同的方式处理。
本发明的主要优点在于防止管道相对于铺设坡道呈危险的位置；使能够立即地进行干预以对抗任何危急的情形；并且非常准确地确定管道相对于铺设坡道的位置，无论是在水中还是在水外部。
清楚地，在不偏离所附权利要求的保护范围的前提下，可对这里描述的本发明的实施方式作出改变。例如，坡道6可以形成为一个刚性件，或者包括任何数量的铰接部分。

Claims (22)

1.一种用于将管道从铺设船铺设至水体中的铺设方法；所述方法包括以下步骤：
-通过多个引导装置（14；36）沿着铺设坡道（6；34）的支撑结构（13；35）引导管道（2）；
-获取所述管道（2）的图像，优选地在所述铺设坡道（6；34）的自由端处在与所述管道（2）的轴线交叉的获取平面中获取所述图像；
-判断所获取的图像是否在接收范围（AR）内，所述接收范围随所述支撑结构（13；35）的构造和所述管道（2）的尺寸的变化而预定；以及
-当所获取的图像不在所述接收范围（AR）内时发出错误信号（E）。
2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：随着所述错误信号（E）的变化改变所述引导装置（14；36）相对于所述支撑结构（13；35）的构造。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：随着所述错误信号（E）的变化改变所述支撑结构（13；35）的构造。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：随着所述错误信号（E）的变化控制所述铺设船（1；27）的位置。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：随着所述错误信号（E）的变化控制在张紧装置（Tl；T2）与所述管道（2）之间交换的力，以便控制施加在所述管道（2）上的拉力。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：确定在所述铺设坡道（6；34）的自由端处所述管道（2）与所述支撑结构（13；35）之间的距离。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述图像是所述管道（2）的一个面的声像。
8.根据权利要求7所述的方法，包括以下步骤：在与所述声像相同的获取平面中且沿着所述管道（2）的另一个面获取另一个声像。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述图像是所述管道（2）的一个面的光学图像；所述方法优选地包括沿着所述获取平面特别地用沿所述获取平面扫过所述管道（2）的整个面的激光束照亮所述管道（2）。
10.根据权利要求9所述的方法，包括以下步骤：在与第一光学图像相同的获取平面中且沿所述管道（2）的另一个面获取第二光学图像。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述接收范围（AR）由存储在存储器（25；44）中的信息限定。
12.一种用于将管道（2）铺设在水体中的铺设船，该铺设船（1；27）包括：
-铺设坡道（6；34），所述铺设坡道包括支撑结构（13；35），以及用于引导所述管道（2）的多个引导装置（14；36）；
-图像获取装置（15），所述图像获取装置用于获取所述管道（2）的图像，优选地在所述铺设坡道（6；34）的自由端处在与所述管道（2）的轴线交叉的获取平面中获取所述图像；以及
-控制单元（22；37），所述控制单元用于确定所获取的图像是否在接收范围（AR）内，所述接收范围随着所述支撑结构（13；35）的构造和所述管道（2）的尺寸的变化而被预定，并且所述控制单元用于当所获取的图像不在所述接收范围（AR）内时发出错误信号（E）。
13.根据权利要求12所述的铺设船，包括用于控制所述引导装置（14）的可变构造的控制装置（19），并且该控制装置连接至所述控制单元（22；37）且被设计为随着所述错误信号（E）的变化相对于所述支撑结构（13；35）改变所述引导装置（14；36）的构造。
14.根据权利要求12或13中所述的铺设船，包括用于改变所述铺设坡道（6）的构造的驱动组件（10）；以及随着所述错误信号（E）的变化而控制所述驱动组件的控制装置（18）。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的铺设船，包括：漂浮结构（28）；铰接至所述漂浮结构（28）的J-铺设塔（30）；用于改变所述J-铺设塔（30）的构造的驱动组件（31）；以及随着所述错误信号（E）的变化而控制所述驱动组件（31）及控制所述J-铺设塔（30）的构造的控制装置（38）。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的铺设船，包括用于控制所述铺设船（1；27）的位置的控制装置（20；40），并且该控制装置连接至所述控制单元（22；37）且被设计为随着所述错误信号（E）的变化而控制所述铺设船（1；27）的位置。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的铺设船，包括：设计为与所述管道（2）交换力且在所述管道（2）上施加拉力的张紧装置（Tl；T2）；以及连接至所述控制单元（22；37）且被设计为用于随着所述错误信号（E）的变化而控制所述张紧装置（Tl；T2）与所述管道（2）之间交换的力从而控制施加在所述管道（2）上的拉力的控制装置（CTl；CT2）。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的铺设船，其中，所述控制单元（22；37）被设计为用于确定在所述铺设坡道（6；34）的自由端处所述管道（2）与所述支撑结构（13；35）之间的距离。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的铺设船，其中，所述图像获取装置包括：装配至所述铺设坡道（6；34）的传感器（16），用于限定沿着垂直于所述管道（2）的轴线的所述获取平面延伸的扇形获取范围；以及图像处理单元（17）。
20.根据权利要求19所述的铺设船，包括装配至所述铺设坡道（6；34）的多个图像获取装置（15），用于在垂直于所述管道（2）的轴线的相同获取平面中获取所述管道（2）的不同面的图像。
21.根据权利要求19所述的铺设船，其中，所述传感器（16）是用于获取光学图像的光学传感器，或者是用于获取声像的声纳传感器。
22.根据权利要求21所述的铺设船，其中，所述图像获取装置（15）包括光源（26），所述光源特别设计为用于发射沿着所述获取平面扫过所述管道（2）的整个面的激光束。
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