CN106122591B - 导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，应用于海底管道的接入作业。该海底管道接入装置依据气筒两侧对称布置导引器和导引索具的导引作用、卧式气筒的平衡作用以及液压推送器提供的推进动力并结合海管接入器的剖分式厚壁筒体构造，实施海底管道预制和钻孔以及导引式气筒平衡对中、对接和接入的作业流程；气筒采用卧式多筒体串联构造以平衡海浪和内波经吊装绳所传递的振荡载荷，导引器结合导引索具实现导引作用并将接入装置准确导引至海底管道开孔部位，液压推送器实现海管接入器和接入管段吊装位置的精细调整与对中，海管接入器为开孔器提供支点且起三通作用并作为新海底管道的接入点，开孔器则完成海管的开孔作业。

Description

导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法

技术领域

本发明涉及一种海洋工程领域水下生产系统海底管道接入时用的装置及方法，特别是涉及一种导引式气筒平衡的海底管道接入装置及其作业方法。

背景技术

随着海上油气田开发的进行，依托原有油田的周边新开发油田接入或者油田开发进入中后期的滚动扩边项目，往往需要进行新旧管道间的接入作业。

目前，海底管道的接入作业还主要是由外方负责全程设计和施工，可以借鉴的陆上工艺管道的连头作业包括常规的连头作业和带压开孔连头技术，其中常规的连头作业要求原工艺管道必须停输，然后进行管道置换、吹扫并实施防火措施后才可以施工，这种作业方法由于需要停产停输而影响到整个油田的正常生产，同时又存在安全隐患，且工序繁多、工期较长。带压开孔连头技术是在原有工艺管道上直接焊接三通法兰短节并安装阀门和法兰，对三通、法兰和阀门进行密闭性试验以保证焊缝无泄漏，然后将开孔机安装在阀门上并进行手动进刀和无负荷启动液压站及开孔机，通过标尺杆表明钻杆行程且开孔结束后再次手动退回全部钻杆，关闭阀门，最后从阀门上拆卸开孔机，可以看出这种带压开孔连头技术需要采用氮气来完全置换出开孔机、阀门及三通所构成密闭空间中的空气并保证刀具处于无氧环境中实施切割，操作难度系数较大且不适用于海底管道水下特殊工况，同时三通短节需要焊接到原有工艺管道上且需要进行密闭性试验，这些都不适合在水下工况下操作，此外，开孔机的进刀和钻杆的退回均需要手动操作，也不适用于水下海底管道的开孔作业。

发明内容

为了有效解决海底管道的接入问题并克服现有陆上连头技术和作业方案存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种采用导引式和气筒平衡方式相结合的海底管道接入装置及其接入方法。依据气筒两侧对称布置的导引器和导引索具的导引作用、卧式气筒的平衡作用以及液压推送器提供的推进动力并结合海管接入器的剖分式厚壁筒体构造，实施海底管道预制和钻孔以及导引式气筒平衡对中、对接和接入的作业流程，最终实现在现有海底管道任意管段上的接入。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，该海底管道接入装置主要由气筒、导引器、导引索具、吊装绳、液压推送器、海管接入器和开孔器组成，其海底管道接入方法依次实施管段预制与测量作业、导引索具定位作业、导引式气筒平衡吊装与对中作业、气筒平衡对接与钻孔作业、气筒平衡回收作业和接入管段连接作业的整套作业流程，由此开发出水下生产系统海底管道的快速接入技术。

该海底管道接入装置整体设计为左右全对称构造，其中导引器、导引索具、吊装绳和液压推送器均采用分体式结构且垂向布置，导引器、导引索具、吊装绳的上吊装绳和液压推送器均含有左右两个结构和规格尺寸完全相同的单体，且其单体对称布置于气筒的两侧，而气筒和海管接入器则采用左右对称的筒体结构，气筒和海管接入器均卧式布置且二者间的轴线保持平行。

气筒采用卧式多筒体串联构造，将导引器、吊装绳和液压推送器集于一体，同时各级筒体内存储微正压的气体用来平衡对中、对接、回收和接入作业中海浪和内波经吊装绳所传递的振荡载荷，它包括气筒体、吊座、支座和排气阀。

气筒体由内而外依次同轴心布置有一级筒体、二级筒体和三级筒体且其内外各级筒体的长度依次减小，而各级筒体的筒径和壁厚均相等，其中二级筒体和三级筒体分别由两个结构和规格相同的筒体组成。同时，各级筒体间分别布置规格尺寸相同的法兰盘，相邻两法兰盘间配置一个盲端法兰，从而将各级筒体分隔成独立的密闭腔室；气筒体两侧端的盲端法兰上均钻有四组圆孔，各组圆孔沿气筒体的中心对称布置，每组圆孔含有两列圆孔，该两列圆孔平行排列，每列圆孔等间距排列有三个圆孔。各级筒体的外环面上均设置有两个圆形的凸台，每个凸台的中部车制有密封性管螺纹孔并分别配置排气阀，各级筒体凸台上密封性管螺纹孔的轴线相互间保持平行且均与气筒体的轴线相交。排气阀的开启和关闭完成气筒体各级筒体的充气，并作为海水填充各级筒体时的通道。

吊座由上吊座和下吊座组成，上吊座分为两组且均位于二级筒体上两排气阀之间的位置，而下吊座仅有一组且位于一级筒体的中部。每组吊座含有两个单体的分吊座且两分吊座平行放置，每个分吊座均采用半圆形和矩形相结合的钢板，半圆形钢板中心的开孔直径相等，吊座分别与各上销轴配合而实现气筒与吊装绳间的联接。

支座和吊座对称布置于气筒的两侧，支座由内支座和外支座组成且均分为两组，每组支座含有两个单体的分支座且两分支座平行放置，每个分支座采用矩形钢板且其钢板的厚度相等。内支座位于二级筒体的外环面上且其长度等于二级筒体的筒高，同时内支座上钻有等间距成行排列的圆孔；而外支座位于三级筒体的外环面上且其长度等于三级筒体的筒高，同时外支座上钻有类锯齿状的孔眼，孔眼中每个锯齿的外形呈圆形且孔眼的齿根处保持联通，以方便中销轴的调整，内支座的圆孔或者外支座的孔眼分别与各中销轴配合而实现气筒与液压推送器间的联接。

吊装绳由两根上吊装绳和一根下吊装绳组成，上吊装绳与上吊座进行铰接，用来完成整套接入装置的吊装，而下吊装绳则分别与下吊座和开孔器的内吊耳进行铰接，用来完成气筒与开孔器之间的联接，且两上吊装绳对称布置于下吊装绳的两侧。吊装绳和导引索具中导引绳的结构形式相同且均由绳头、绳筒和绳体构成，绳头一端采用半圆柱体和四方体相结合的柱体，而另一端则采用阶梯回转轴并通过螺纹与绳筒联接在一起；绳筒采用柱形筒体，其内壁采用阶梯回转面来定位绳体的绳端。每根上吊装绳和导引绳分别配置一个绳头、绳筒和绳体，作业过程中，上吊装绳的绳体与吊机的主钩相联接而导引绳的绳体则与吊机的副钩进行联接；下吊装绳配置有两个绳头和绳筒以及一个绳体，且该两绳头和绳筒对称布置于绳体的两侧并连为一体。

导引器采用平行轮卡槽式构造，用来卡住气筒两侧的导引索具并保证海底管道接入装置可以沿导引索具顺利滑移。气筒每侧的导引器含有上下排列的两个单体，以限制接入装置前后和左右两个方向上的位移，每个导引器的结构和规格尺寸相同且采用全对称结构，作业中气筒两侧的导引器随导引索具中导引绳轨迹上的不同弯曲度而不断进行自动调心，且导引器的调偏角度始终保持相同，同时所有导引轮的对称面始终位于同一个平面内。每个导引器包括支架、轴承端盖、调心滚子轴承、挡圈、导引轴、导引轮、圆螺母和注油螺塞，其主体材质选用超级双向不锈钢。

支架含有两个单体的分支架且两分支架平行放置，两分支架均采用两圆形、一矩形和一等腰梯形互相结合的厚钢板，其圆形厚钢板的中央加工有规格尺寸相同的轴承孔，该轴承孔外粗内细且其孔壁进行精细研磨，轴承孔的粗孔内嵌与之过盈配合的双排列调心滚子轴承，两个调心滚子轴承之间配置有套筒；支架轴承孔的四周加工有螺钉孔，并通过紧定螺钉与轴承端盖进行联接，轴承端盖中央设有环形凸台，该环形凸台的外径小于调心滚子轴承外圈的直径，以实现调心滚子轴承外圈的定位；同时支架轴承孔的细孔内置有挡圈，挡圈采用阶梯回转体结构，其外侧圈体的外径小于调心滚子轴承内圈的直径，并结合套筒而实现调心滚子轴承内圈的定位，而且挡圈内侧圈体的外环面上设置分层齿状环体，用于保持支架轴承孔腔内的润滑脂；此外，支架等腰梯形厚钢板的端部车制有两列平行布置的螺纹孔并通过固定螺栓而将导引器接于气筒体端部的盲端法兰上。支架的轴承孔壁上车制有螺纹孔并接入注油槽，用于及时补充轴承孔腔内的润滑脂，且支架端部圆形厚钢板上设置一个注油槽而其中部圆形厚钢板上则设置有对称布置的两注油槽，每个注油槽采用环形管体结构，管体的内外环壁上均加工有密封性管螺纹并与注油螺塞进行联接，实现润滑脂的封存。

导引轴配合双排列调心滚子轴承可以实现导引器的自动调心，其材质采用35CrMo，每个导引器含有两个导引轴，且自动调心时两导引轴的轴线始终保持平行，导引轴两端的轴头与支架轴承孔内的调心滚子轴承内圈及套筒间采用过盈配合，而其两端的轴颈则分别与挡圈的内壁间采用间隙配合，挡圈的轴向长度大于导引轴轴颈的长度，同时导引轴的轴身处通过平键与导引轮进行配合，且导引轮的端部通过圆螺母和止推垫片进行固定。

导引轮依据其对称双卡槽所构成的类椭圆形孔道来卡住导引索具，而使导引器能够沿着导引索具滑移且滑移过程中两导引轮的对称面及其两侧的端面相互间始终保持平齐。导引轮采用沿轴向对称布置的回转体结构，其内壁与导引轴的轴身间采用间隙配合，且导引轮的轴向长度大于导引轴轴身的长度；导引轮的外环面由内而外依次为下凹的环形卡槽和上凸的圆环，同时导引轮外环面上的环形卡槽及其两侧圆环的外轮廓均呈半圆弧，且环形卡槽半圆弧所在圆的直径大于圆环半圆弧所在圆的直径并大于导引索具中导引绳的直径，而且环形卡槽和圆环外轮廓的结合处保持相切，以减小导引轮的局部应力。

导引索具垂向等间距平行布置于气筒两侧并为海底管道接入装置提供滑移轨道，同时导引索具结合导引器实现导引作用而将接入装置准确导引至海底管道开孔部位，它包括导引绳、外吊耳、上下卡瓦、锁紧螺旋轴和球形垫片，其主体材质选用超级双向不锈钢。

导引索具的导引绳与导引器的导引轮之间形成滚动摩擦副，上下卡瓦采用剖分式半圆形筒体结构并结合锁紧螺旋轴共同实现导引索具与海底管道预制环形沟槽间的快速锁紧；上下卡瓦的一端设有等间距交错排列的长销轴套，各长销轴套的中间钻有同轴心布置的等径孔眼并分别与长销轴配合而实现上下卡瓦间的铰接；上下卡瓦的另一端设有水平布置且同样规格大小的上下卡板，上卡板的中部辅以柱形凸台且其中央部位车制与锁紧螺旋轴相配合的梯形螺纹孔，而下卡板的中部则切有拱形槽，该拱形槽的槽宽大于锁紧螺旋轴的外径，且拱形槽的四周车制有沿圆周方向均匀布置的螺钉孔，并通过锁紧螺钉将球形垫片定位于下卡板的下端面上。

锁紧螺旋轴通过传递轴向运动而实现上下卡瓦的锁紧，它由轴头、轴体和轴盖组成，其中轴头采用半球体和圆柱体相结合的结构，其上部半球体的球心位于锁紧螺旋轴轴体的轴线上，轴头半球体下端圆面的直径等于轴头圆柱体的外径而其半球体上端圆面的直径则小于轴体的外径，轴盖采用截面为正六边形的柱体并将旋转运动转变为轴体的轴向运动。球形垫片采用柱形铜板，其中部切有与下卡瓦中下卡板同样规格尺寸的拱形槽，且其下端面设有精密研磨的球面，该球面与锁紧螺旋轴轴头的半球体进行配合，用于调整上下卡板结合面不平行时引发的偏心，此外球形垫片拱形槽的四周设置有与下卡板螺钉孔相匹配的变截面圆形孔眼。外吊耳仅有一组且位于上卡瓦的正上方，该组外吊耳含有两个单体的分外吊耳，每个分外吊耳采用圆形和矩形相结合的钢板，其矩形钢板的宽度等于上下卡瓦的轴向长度，而其圆形钢板中心的圆孔同轴心布置且分别与各外销轴配合而实现导引绳与上卡瓦间的联接。

液压推送器在吊装作业中提供驱动力并向下轴向推进以实现海管接入器和接入管段吊装位置的精细调整与对中。液压推送器采用独立的双液压缸并通过支座和中吊耳实现气筒和海管接入器间的联接，两液压缸中的液压油通过多路换向阀统一分配以实现自动同步轴向推进功能，同时两液压缸采用活塞式油缸，通过两端进出液压油口的通油或回油实现双向运动。液压缸的缸筒通过中销轴与气筒进行固定，而其活塞杆则通过下销轴与海管接入器锚定在一起，而且下销轴、外销轴和长销轴的轴端均配置有开口销进行定位。

海管接入器采用剖分式厚壁筒体构造而夹紧于海底管道的开孔部位，从而为开孔器提供支点且起到三通作用并作为新海底管道的接入点，它包括接入本体、密封器、水下安全阀和中吊耳，其主体材质选用超级双向不锈钢。接入本体采用沿轴向对称布置的筒体，分为前接入本体和后接入本体，前后接入本体的左右两端车制有沿圆周方向均匀布置的密封螺孔，前接入本体中部的筒壁上设置三通管并与水下安全阀联接在一起；前后接入本体的上端设有等间距分组布置的销轴套，各组销轴套的中间钻有同轴心布置的等径孔眼并分别与销轴配合而实现前后接入本体间的铰接。前后接入本体两端的前侧和后侧均设置等间距排列的圆锥形凸台，且圆锥形凸台与各组销轴套依次交错排列，各圆锥形凸台的轴线均与接入本体的剖分面保持垂直，且前后接入本体对应位置处圆锥形凸台的中间钻有同轴心布置的圆形通孔并分别通过夹紧螺柱实现前后接入本体间的联接。密封器采用剖分式法兰盘和环体相结合的结构，用来实现海管接入器与海底管道间的密封，其法兰盘上钻有与前后接入本体各密封螺孔相同位置和布置形式的孔眼并通过推进螺柱将密封器定位于接入本体的两侧端，而其环体的外环面与接入本体的内壁间隙配合而构成移动副；旋紧各推进螺柱并依靠密封器环体所传递的推力，接入本体内的各金属圈轴向移动并逐步与海底管道的预制环面贴合后产生变形而形成金属密封。水下安全阀用于海管超压工况时的自动关闭并切断油气介质的输送以及开孔作业后钻孔处的封堵。中吊耳分别布置于密封器法兰盘的正上方，每侧的中吊耳均采用圆柱体和方体相结合的结构，中吊耳方体的宽度等于密封器法兰盘的厚度，且其方体的下端与密封器法兰盘的前半部分连为一体；此外，中吊耳的中部切有矩形凹槽，该矩形凹槽内插入液压缸活塞杆的接头并分别与各下销轴配合而实现液压推送器与海管接入器间的联接。

开孔器用来完成海底管道的开孔作业，它包括水下电机、开孔机、内吊耳、机筒和机座。水下电机将电能转换成机械能后，经开孔机的减速箱和进给箱两次减速，然后通过高精度花键联接输出为钻杆的旋转运动，接着由进给箱对钻杆实施自动进给，最后经钻杆前端与其采用锥体定心和螺纹联接的开孔刀具对海底管道实施钻孔。

机座和机筒与开孔机的进给箱共同构成开孔作业中封闭海水的腔室，且机座和机筒分别通过其端面法兰盘与水下安全阀和水下电机联接在一起，机座采用圆锥形筒体而机筒则采用柱形筒体，机座圆锥形筒体的大端圆面直径与水下安全阀进出口的管径和前接入本体上三通管的管径保持一致，而其圆锥形筒体小端圆面的直径则与机筒柱形筒体的管径相等。机筒靠近水下电机一侧的外环面上设有一组内吊耳，该组内吊耳含有两个单体的分内吊耳，每个分内吊耳采用半圆形和等腰梯形相结合的钢板，其半圆形钢板中心的圆孔同轴心布置且分别与内销轴配合，同时结合液压推送器的双液压缸和下销轴实现海管接入器和开孔器的三点吊装；此外，上销轴、中销轴和内销轴的轴端均加工有螺纹盲孔并配置有六角头螺钉进行固定。

管段预制与测量作业用来完成海底管道开孔部位的预制和相对位置的测定，其流程为，首先实施海底管道开孔部位的吹泥作业，然后清理其开孔部位的水泥配重层及防腐层，再采用打磨机将开孔部位打磨成内侧为柱形环面和两侧为锥形环面的预制环面，同时在该预制环面的两侧管段上分别打磨出环形沟槽；海底管道预制环面中柱形环面的外径和轴向长度及其锥形环面的锥度和锥高分别与海管接入器中接入本体和密封器的内壁规格尺寸保持一致，而其两侧环形沟槽的外径和轴向长度则与导引索具上下卡瓦的内径和轴向长度相一致。接着，准确测定海底管道预制环面及其两侧环形沟槽的相对位置，包括空间方位角，并依据水下测量参数制定相应的吊装作业方案。

导引索具定位作业用来完成导引索具与海底管道间的快速锁紧，其流程为，依据所测定海底管道预制的环形沟槽相对位置参数，通过吊机的副钩和导引绳将导引索具下放至所预制的环形沟槽处，利用水下机器人将下卡瓦绕过海底管道后将锁紧螺旋轴卡进其下卡板和球形垫片的拱形槽内，旋紧锁紧螺旋轴并将导引索具快速锁紧于海底管道预制的环形沟槽内，同时通过球形垫片与锁紧螺旋轴轴头间的球面配合及时调整上下卡瓦结合面之间产生的偏心，导引索具锁紧后的外吊耳位于海底管道的正上方。

导引式气筒平衡吊装与对中作业通过导引和气筒平衡作用将海底管道接入装置吊装至开孔部位并完成海管接入器与预制管段的对中，其流程为，通过排气阀向气筒体各级筒体内充入相同微正压的气体，依据所测定的海底管道预制环面相对位置参数，通过吊机的主钩和上吊装绳下放海底管道接入装置，导引轮卡住气筒两侧的导引绳，并使整套接入装置依据导引器和导引索具的导引作用而始终沿着导引绳不断向下滑移；滑移过程中依据卧式气筒的平衡作用不断抵消海浪和内波所产生的振荡载荷而将海管接入器和开孔器顺利吊装至海底管道开孔部位的上方。接着，利用水下机器人打开后接入本体，然后开启液压推送器，并依靠液压缸提供的推进动力将海管接入器和开孔器向下轴向推进，直至前接入本体与海底管道预制环面重合，接着停止供液压油并合上后接入本体，完成吊装和对中操作。

气筒平衡对接与钻孔作业用来完成海管接入器与预制管段的水下对接和预制管段的开孔，其流程为，依据卧式气筒的平衡作用将海管接入器和开孔器稳定于海底管道预制环面的位置，利用水下机器人在前后接入本体的圆锥形凸台内分别装入夹紧螺柱从而将海管接入器接于海底管道上，然后旋紧密封器的各推进螺柱并使接入本体内的各金属圈产生变形而在海管接入器和海底管道预制环面间形成金属密封。接着，依据卧式气筒的平衡作用以及双液压缸和下吊装绳三点吊装的辅助支撑作用将开孔器固定于海管接入器上，开启水下电机并经开孔机的减速箱和进给箱对其钻杆实施自动进给，在水下安全阀、机座、机筒和进给箱所构成的填充有海水的封闭腔室中，通过开孔机的开孔刀具对海底管道进行钻孔直至钻孔作业结束，然后由开孔机的进给箱对其钻杆和开孔刀具实施自动退刀，最后关闭水下安全阀。

气筒平衡回收作业用来完成海底管道接入装置的拆卸并通过气筒辅助回收，其流程为，首先利用水下机器人打开气筒的排气阀，依次泄放出气筒体各三级筒体中的全部气体并分别填充海水，然后关闭排气阀；接着，利用水下机器人依次拔出各中吊耳上的下销轴，然后各液压缸回油且其活塞杆退回，最后关闭液压推送器，完成液压推送器的拆卸；然后，利用水下机器人旋松锁紧螺旋轴，通过吊机的副钩和导引绳上提导引索具直至锁紧螺旋轴脱离出下卡瓦中下卡板和球形垫片的拱形槽，完成导引索具的拆卸；再接着，利用水下机器人旋松机座端面法兰盘上的各固定螺柱，依据卧式气筒的平衡作用并通过吊机的主钩和吊装绳将开孔器从海管接入器上拆卸下来，最后利用吊机的主副钩将拆卸后的接入装置回收至施工船上。

接入管段连接作业用来完成接入管段与海管接入器间的连接，其流程为，首先将导引器、导引索具和下吊装绳依次从气筒上拆卸下来，再利用气筒、上吊装绳和液压推送器重复组装成新的吊装工具，并通过下销轴将接入管段联接到液压推送器的液压缸上；然后，依据卧式气筒的平衡作用并通过吊机和吊装工具逐渐下放接入管段，并将其吊装至海管接入器中水下安全阀外侧进口管段的上方；接着，开启液压推送器，并依靠液压缸提供的推进动力将接入管段向下轴向推进，直至接入管段右侧管端的中心线与水下安全阀的轴线重合，然后停止供液压油；再接着，利用水下机器人旋紧水下安全阀外侧进口法兰盘上的各固定螺柱，将接入管段联接到海管接入器上，并利用水下机器人依次拔出各下销轴，各液压缸回油并关闭液压推送器，然后利用吊机将拆卸下来的吊装工具回收至施工船上；最后，在海底管道预制的环形沟槽内涂覆玻璃胶直至环形沟槽所填玻璃胶的环面与海底管道外环面平齐为止，然后重新涂覆并恢复海底管道开孔部位周围的防腐层。

本发明所能达到的技术效果是，该海底管道接入装置依据气筒两侧对称布置导引器和导引索具的导引作用、卧式气筒的平衡作用以及液压推送器提供的推进动力并结合海管接入器的剖分式厚壁筒体构造，实施海底管道预制和钻孔以及导引式气筒平衡对中、对接和接入的作业流程，最终实现在现有海底管道任意管段上的接入；气筒采用卧式多筒体串联构造且各级筒体内存储微正压的气体用来平衡对中、对接、回收和接入作业中海浪和内波经吊装绳所传递的振荡载荷，上吊装绳用来完成整套接入装置的吊装而下吊装绳用来完成气筒与开孔器之间的联接，导引索具为海底管道接入装置提供滑移轨道，同时导引器结合导引索具实现导引作用而将接入装置准确导引至海底管道开孔部位，液压推送器实现海管接入器和接入管段吊装位置的精细调整与对中，海管接入器为开孔器提供支点且起到三通作用并作为新海底管道的接入点，开孔器用来完成海管的开孔作业。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的导引式气筒平衡海底管道接入装置的典型结构简图。

图2是图1的左视图。

图3是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中气筒和吊装绳的结构简图。

图4是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中导引器的结构简图。

图5是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中导引索具的结构简图。

图6是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中海管接入器和开孔器的结构简图。

图7是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中管段预制与测量作业和导引索具定位作业的流程简图。

图8是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中导引式气筒平衡吊装与对中作业的流程简图。

图9是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中气筒平衡对接与钻孔作业的流程简图。

图10是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中气筒平衡回收作业的流程简图。

图11是导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法中接入管段连接作业的流程简图。

图中1－气筒，2－吊装绳，3－导引器，4－导引索具，5－液压推送器，6－海管接入器，7－开孔器，8－海底管道，9－气筒体，10－排气阀，11－吊座，12－上销轴，13－上吊装绳，14－中销轴，15－支座，16－下吊装绳，17－轴承端盖，18－调心滚子轴承，19－支架，20－导引轮，21－导引轴，22－圆螺母，23－挡圈，24－注油螺塞，25－导引绳，26－外吊耳，27－外销轴，28－上卡瓦，29－长销轴，30－下卡瓦，31－球形垫片，32－锁紧螺旋轴，33－水下电机，34－开孔机，35－内销轴，36－内吊耳，37－机筒，38－机座，39－水下安全阀，40－接入本体，41－密封器，42－中吊耳，43－下销轴，44－接入管段。

具体实施方式

在图1和图2中，导引式气筒平衡海底管道接入装置主要由气筒1、吊装绳2、导引器3、导引索具4、液压推送器5、海管接入器6和开孔器7组成，其海底管道接入方法依次实施管段预制与测量作业、导引索具4定位作业、导引式气筒1平衡吊装与对中作业、气筒1平衡对接与钻孔作业、气筒1平衡回收作业和接入管段连接作业的整套作业流程，由此开发出水下生产系统海底管道8的快速接入技术。

在图1和图2中，该海底管道接入装置组装前，气筒1、海管接入器6和开孔器7主体部件的外表面分别进行喷漆防腐处理。该海底管道接入装置组装时，首先依次将吊装绳2通过上销轴、导引器3通过固定螺栓以及液压推送器5通过中销轴与气筒1接为一体，然后将导引索具4的导引绳穿过导引器3的导引轮而完成联接，接着液压推送器5通过下销轴与海管接入器6进行铰接，且吊装绳2中的下吊装绳通过内销轴与开孔器7进行铰接，从而完成吊装绳2和液压推送器5的三点吊装，最后海管接入器6和开孔器7通过固定螺柱联为一体。

在图1和图2中，该海底管道接入装置调试时，导引器3的导引轮应沿导引索具4的导引绳灵活滑移且无阻滞，导引器3的导引轴配合调心滚子轴承应可以进行自动调心，液压推送器5的各液压缸可以正常的通油和回油，开孔器7的钻杆可以正常转动，并保持气筒1和海管接入器6内壁的清洁；同时，依次检查气筒1排气阀和海管接入器6水下安全阀的开关是否正确，检查导引器3支架的轴承孔内是否充满润滑脂，检查海管接入器6内各金属圈和开孔器7的开孔刀具有无损伤，检查各销轴和螺纹联接处是否牢固且有无锈蚀。

在图1和图2中，该海底管道接入装置中的导引器3、导引索具4、吊装绳2的上吊装绳和液压推送器5均含有左右两个单体，且对称布置于气筒1和海管接入器6的两侧，同时通过导引器3和导引索具4的导引作用、卧式气筒1的平衡作用以及液压推送器5提供的推进动力，完成海底管道8的预制和钻孔作业、海管接入器6的对中和对接作业以及接入管段的连接作业。

在图3中，气筒1各级筒体的总容积依据吊装和对接作业所在海域的海况、上吊装绳13所传递的振荡载荷以及所需要的最大浮载等因素综合进行选型，而气筒体9总筒高的选取则需要考虑则与海管接入器6以及接入管段的轴向长度；吊装绳2的上吊装绳13规格尺寸依据吊装作业所在海域的海况以及吊装海管接入器6和开孔器7所需要的最大钩载进行设计，而吊装绳2的下吊装绳16规格尺寸的选取则需要考虑气筒1平衡回收作业中所在海域的海况以及吊装开孔器7所需要的最大拉应力；此外，气筒1平衡回收作业中气筒体9各级筒体的填充海水量依据所在海域的海况以及开孔器7的重量进行设计。

在图3中，气筒体9的各级筒体通过依次开启各排气阀10而充入相同压力的微正压气体，以实现卧式气筒1的平衡作用，气筒体9通过其外环面上的吊座11与上销轴12间的配合而上联上吊装绳13而下接下吊装绳16，同时通过中销轴14和支座15间的配合而下接液压推送器5的两液压缸，且上吊装绳13的绳体与吊机的主钩相联。

在图4中，导引器3中导引轮20的环形卡槽尺寸依据导引索具4中导引绳的直径进行调整，支架19端部固定螺栓的强度、导引轴21及其两侧的调心滚子轴承18的规格尺寸依据导引式气筒1平衡吊装与对中作业中导引索具4的导引绳对导引轮20所施加的径向载荷和轴向载荷分布情况进行设计，而且导引轴21配合双排列调心滚子轴承18可以实现导引器3的自动调心，轴承端盖17和挡圈23共同定位调心滚子轴承18而导引轴21的轴肩配合圆螺母22则实现导引轮20在导引轴21上的定位，轴承端盖17、挡圈23和支架19的轴承孔所构成的密闭腔室内注满润滑脂，打开注油螺塞24可以通过支架19上各注油槽及时补充支架19各轴承孔内的润滑脂。

在图5中，导引索具4结合导引器3实现导引作用，导引绳25的规格尺寸依据所在海域的海况以及吊装和对接作业中海浪和内波对海底管道接入装置所施加载荷的合力进行设计，上卡瓦28和下卡瓦30的内径和轴向长度随海底管道8预制环形沟槽的外径和轴向长度进行调整，且上卡瓦28和下卡瓦30通过外吊耳26和外销轴27间的配合而接于导引绳25的底端，同时导引绳25的绳体与吊机的副钩相联接，长销轴29的轴径和锁紧螺旋轴32的螺纹强度需依据导引绳25传递至上卡瓦28的最大拉应力进行调整，通过球形垫片31与锁紧螺旋轴32轴头间的球面配合可及时调整上卡瓦28上卡板和下卡瓦30下卡板结合面之间产生的偏心。

在图6中，海管接入器6中接入本体40和密封器41的内壁规格尺寸随海底管道8预制环面中柱形环面的外径和轴向长度及其锥形环面的锥度和锥高进行调整，且密封器41中各推进螺柱的强度依据接入本体40内各金属圈产生最大变形时推力的合力进行设计，水下安全阀39的规格需综合比较海底管道8内油气介质的最大输送压力以及出现超压工况时的最大压力并取二者之中的最大压力值进行选型，开孔器7中开孔机34开孔刀具的规格尺寸与接入管段的管径保持一致，水下电机33功率的选取和开孔机34中钻杆的规格尺寸需依据开孔机34中开孔刀具的规格尺寸以及海底管道8的材质进行设计，机筒37和机座38与开孔机34的进给箱共同构成开孔作业中封闭海水的腔室，且机筒37通过内销轴35和内吊耳36间的配合而与下吊装绳16进行联接，而接入本体40和密封器41则通过中吊耳42和下销轴43间的配合而接于海管接入器6两液压缸的底端。

在图7中，管段预制与测量作业流程中，清理海底管道8开孔部位的水泥配重层及防腐层且所清理区域的管段长度应大于海管接入器6轴向长度的两倍，海底管道8的预制环面与接入本体40和密封器41的内壁规格尺寸相一致，同时预制环面两侧的环形沟槽与上卡瓦28和下卡瓦30的内壁规格尺寸保持一致，两预制环形沟槽的间距与气筒体9两侧导引轮20的间距相对应，测量作业中需要分别测定出海底管道8的预制环面及其两侧环形沟槽的相对位置参数。

在图7中，导引索具定位作业流程中，导引索具4的上卡瓦28和下卡瓦30分别卡进海底管道8预制的环形沟槽内，同时通过旋紧锁紧螺旋轴32实现上卡瓦28和下卡瓦30与海底管道8间的快速锁紧，并通过锁紧螺旋轴32与球形垫片31完成偏心调节，最后启动吊机副钩并保持导引绳25的绳体处于拉伸状态。

在图8中，导引式气筒平衡吊装与对中作业流程中，利用吊机的主钩和上吊装绳13下放海底管道接入装置，利用卧式气筒1的平衡作用来保证海管接入器6和开孔器7的稳定，同时导引轮20沿着导引绳25不断滚动和滑移以此完成导引器3和导引索具4的导引作用并将整套接入装置导引至海底管道8开孔部位的上方，完成吊装作业。接下来的对中作业中，首先启动吊机主钩的恒张力补偿装置，并结合卧式气筒1的平衡作用保持海管接入器6和开孔器7始终处于非振荡的稳定悬吊状态，然后利用液压推送器5的两液压缸和水下机器人的辅助继续实施对中流程，直至接入本体40的前接入本体与海底管道8预制环面重合为止。

在图9中，气筒平衡对接与钻孔作业流程中，通过吊机主钩的恒张力补偿装置并结合卧式气筒1的平衡作用保持海管接入器6的接入本体40剖分面和开孔器7的稳定，维持液压推送器5的供油压力并保持两液压缸处于受拉状态，然后利用水下机器人完成接入本体40上各夹紧螺柱的联接以及密封器41的金属密封，实现海管接入器6和开孔器7与海底管道8预制环面之间的对接。接下来的钻孔作业中，利用液压推送器5的两液压缸与下吊装绳16构成的三点吊装保证整个开孔器7稳定座于水下安全阀39上，给水下电机33供电并通过开孔机34完成钻孔，然后先进行退刀再关闭水下安全阀39。

在图10中，气筒平衡回收作业流程中，首先利用水下机器人泄放出气筒体9两侧三级筒体中的全部气体并充入等量的海水，由此减少卧式气筒1所受的浮力，并保证气筒1剩余的浮力可以有效平衡吊装过程中气筒1、液压推送器5和开孔器7的重量以及海浪和内波所施加的振荡载荷；然后，利用水下机器人依次拆卸液压推送器5和导引索具4，在将两液压缸回油后关闭液压推送器5，并通过吊机的副钩和导引绳25吊起导引索具4；接着，通过吊机的主钩和副钩以及吊装绳2和导引绳25一起吊起气筒1、导引器3和液压推送器5以及导引索具4，直至将气筒1吊装至内销轴35和内吊耳36的正上方并使气筒体9的轴线与开孔器7的轴线保持交错垂直，同时依据卧式气筒1的平衡作用保持下吊装绳16处于稳定的拉伸状态；最后，利用水下机器人将开孔器7从海管接入器6上拆卸下来并通过吊机回收至施工船上。

在图11中，接入管段连接作业流程中，将气筒1、上吊装绳13、液压推送器5和接入管段44重新组装在一起并通过吊机和上吊装绳13将其吊装至水下安全阀39外侧进口管段的上方，同时依据卧式气筒1的平衡作用保持接入管段44始终处于非振荡的稳定悬吊状态；然后，给液压推送器5两液压缸供油，完成接入管段44与水下安全阀39之间的对中后停止给液压缸供油，而维持液压推送器5的供油压力并保持两液压缸处于受拉状态；接着，利用水下机器人完成接入管段44与水下安全阀39之间的连接，并拆卸液压推送器5，在将两液压缸回油后关闭液压推送器5；最后，依次完成海底管道8预制环形沟槽内玻璃胶的涂覆和海底管道8开孔部位周围防腐层的涂覆，最终完成整个海底管道8的接入作业。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，该海底管道接入装置主要由气筒、导引器、导引索具、吊装绳、液压推送器、海管接入器和开孔器组成，并依据气筒两侧对称布置的导引器和导引索具的导引作用、卧式气筒的平衡作用以及液压推送器提供的推进动力并结合海管接入器的剖分式厚壁筒体构造，实施管段预制与测量作业、导引索具定位作业、导引式气筒平衡吊装与对中作业、气筒平衡对接与钻孔作业、气筒平衡回收作业和接入管段连接作业的整套作业流程，最终实现在现有海底管道任意管段上的接入，其特征在于：

所述海底管道接入装置整体设计为左右全对称构造，导引器、导引索具、吊装绳和液压推送器均采用分体式结构且垂向布置，而气筒和海管接入器则采用左右对称的筒体结构；

一气筒；所述气筒采用卧式多筒体串联构造，气筒体由内而外依次同轴心布置有一级筒体、二级筒体和三级筒体且其内外各级筒体的长度依次减小，各级筒体内存储微正压的气体同时其外环面上均设置有两个圆形的凸台并分别配置排气阀；吊座由上吊座和下吊座组成，支座和吊座对称布置于气筒的两侧，支座由内支座和外支座组成且均分为两组，内支座上钻有等间距成行排列的圆孔，而外支座上钻有类锯齿状的孔眼；

一吊装绳；所述吊装绳的两上吊装绳对称布置于下吊装绳的两侧，每根上吊装绳和导引绳分别配置一个绳头、绳筒和绳体，而下吊装绳配置有两个绳头和绳筒以及一个绳体；

一导引器；所述导引器采用平行轮卡槽式构造，气筒两侧的导引器随导引索具中导引绳轨迹上的不同弯曲度而不断进行自动调心，且导引器的调偏角度始终保持相同，同时所有导引轮的对称面始终位于同一个平面内；支架的两分支架均采用两圆形、一矩形和一等腰梯形互相结合的厚钢板，其圆形厚钢板的中央加工有规格尺寸相同的轴承孔，该轴承孔外粗内细，且轴承孔的粗孔内嵌与之过盈配合的双排列调心滚子轴承，而轴承孔的细孔内置有挡圈；每个导引器含有两个导引轴，且自动调心时两导引轴的轴线始终保持平行，导引轮依据其对称双卡槽所构成的类椭圆形孔道来卡住导引索具，而使导引器能够沿着导引索具滑移且滑移过程中两导引轮的对称面及其两侧的端面相互间始终保持平齐，导引轮采用沿轴向对称布置的回转体结构，其外环面由内而外依次为下凹的环形卡槽和上凸的圆环；

一导引索具；所述导引索具垂向等间距平行布置于气筒两侧并为海底管道接入装置提供滑移轨道，上下卡瓦采用剖分式半圆形筒体结构，下卡瓦的下卡板中部切有拱形槽；锁紧螺旋轴的轴头采用半球体和圆柱体相结合的结构，球形垫片的下端面设有精密研磨的球面，该球面与锁紧螺旋轴轴头的半球体进行配合，外吊耳仅有一组且位于上卡瓦的正上方；

一液压推送器；所述液压推送器向下轴向推进实现海管接入器和接入管段吊装位置的精细调整与对中，它采用独立的双液压缸并通过支座和中吊耳实现气筒和海管接入器间的联接；

一海管接入器；所述海管接入器采用剖分式厚壁筒体构造，它为开孔器提供支点且起到三通作用并作为新海底管道的接入点，接入本体采用沿轴向对称布置的筒体，前接入本体中部的筒壁上设置三通管并与水下安全阀联接在一起，前后接入本体两端的前侧和后侧均设置等间距排列的圆锥形凸台，且圆锥形凸台与各组销轴套依次交错排列，密封器采用剖分式法兰盘和环体相结合的结构，中吊耳分别布置于密封器法兰盘的正上方，其中部切有矩形凹槽；

一开孔器；所述开孔器由开孔机的进给箱对其钻杆实施自动进给，并经钻杆前端与其采用锥体定心和螺纹联接的开孔刀具对海底管道实施钻孔，机座和机筒与开孔机的进给箱共同构成开孔作业中封闭海水的腔室，且机座采用圆锥形筒体而机筒则采用柱形筒体。

2.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述海底管道接入装置的导引器、导引索具、吊装绳的上吊装绳和液压推送器均含有左右两个结构和规格尺寸完全相同的单体，且其单体对称布置于气筒的两侧，而气筒和海管接入器均卧式布置且二者间的轴线保持平行；

所述气筒将导引器、吊装绳和液压推送器集于一体，并用来平衡对中、对接、回收和接入作业中海浪和内波经吊装绳所传递的振荡载荷，气筒体的二级筒体和三级筒体分别由两个结构和规格相同的筒体组成，同时其各级筒体间分别布置规格尺寸相同的法兰盘，相邻两法兰盘间配置一个盲端法兰，从而将各级筒体分隔成独立的密闭腔室；气筒体两侧端的盲端法兰上均钻有四组圆孔，各组圆孔沿气筒体的中心对称布置，每组圆孔含有两列圆孔；排气阀的开启和关闭完成气筒体各级筒体的充气，并作为海水填充各级筒体时的通道；

所述吊座的上吊座分为两组且均位于二级筒体上两排气阀之间的位置，而其下吊座仅有一组且位于一级筒体的中部，每组吊座中的每个分吊座均采用半圆形和矩形相结合的钢板；

所述支座的内支座位于二级筒体的外环面上且其长度等于二级筒体的筒高，而其外支座位于三级筒体的外环面上且其长度等于三级筒体的筒高，同时外支座上孔眼中每个锯齿的外形呈圆形且孔眼的齿根处保持联通，以方便中销轴的调整。

3.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述吊装绳的上吊装绳与上吊座进行铰接，而下吊装绳分别与下吊座和开孔器的内吊耳进行铰接；

所述吊装绳和导引索具中导引绳的结构形式相同且均由绳头、绳筒和绳体构成，绳头一端采用半圆柱体和四方体相结合的柱体，而另一端则采用阶梯回转轴并通过螺纹与绳筒联接在一起，绳筒采用柱形筒体，其内壁采用阶梯回转面来定位绳体的绳端；

所述下吊装绳的两绳头和绳筒对称布置于其绳体的两侧并连为一体。

4.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述导引器卡住气筒两侧的导引索具，气筒每侧的导引器含有上下排列的两个单体，以限制接入装置前后和左右两个方向上的位移，每个导引器的结构和规格尺寸相同且采用全对称结构；

所述支架含有两个单体的分支架且两分支架平行放置，轴承端盖中央设有环形凸台，该环形凸台的外径小于调心滚子轴承外圈的直径，以实现调心滚子轴承外圈的定位，同时挡圈外侧圈体的外径小于调心滚子轴承内圈的直径，并结合套筒而实现调心滚子轴承内圈的定位，而且挡圈内侧圈体的外环面上设置分层齿状环体；支架端部圆形厚钢板上设置一个注油槽而其中部圆形厚钢板上则设置有对称布置的两注油槽，每个注油槽采用环形管体结构；

所述导引轴配合双排列调心滚子轴承实现导引器的自动调心，导引轴两端的轴头与支架轴承孔内的调心滚子轴承内圈及套筒间采用过盈配合，而其两端的轴颈则分别与挡圈的内壁间采用间隙配合，且挡圈的轴向长度大于导引轴轴颈的长度；

所述导引轮外环面上的环形卡槽及其两侧圆环的外轮廓均呈半圆弧，且环形卡槽半圆弧所在圆的直径大于圆环半圆弧所在圆的直径并大于导引索具中导引绳的直径。

5.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述导引索具的导引绳与导引器的导引轮之间形成滚动摩擦副，其上下卡瓦结合锁紧螺旋轴共同实现导引索具与海底管道预制环形沟槽间的快速锁紧；上下卡瓦的一端设有等间距交错排列的长销轴套，而其另一端上卡板的中部辅以柱形凸台且其中央部位车制与锁紧螺旋轴相配合的梯形螺纹孔，且下卡板中部拱形槽的槽宽大于锁紧螺旋轴的外径；

所述锁紧螺旋轴的轴头上部半球体的球心位于锁紧螺旋轴轴体的轴线上，其轴头半球体下端圆面的直径等于轴头圆柱体的外径而轴头半球体上端圆面的直径则小于轴体的外径；

所述球形垫片采用柱形铜板，其中部切有与下卡瓦中下卡板同样规格尺寸的拱形槽；

所述外吊耳中的每个分外吊耳采用圆形和矩形相结合的钢板。

6.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述海管接入器的接入本体分为前接入本体和后接入本体，其上端设有等间距分组布置的销轴套，而其两端的前侧和后侧上各圆锥形凸台的轴线均与接入本体的剖分面保持垂直；

所述密封器的法兰盘上钻有与前后接入本体密封螺孔相同位置和布置形式的孔眼，而其环体的外环面与接入本体的内壁间隙配合而构成移动副，旋紧各推进螺柱并依靠密封器环体所传递的推力，接入本体内的各金属圈轴向移动并逐步与海底管道的预制环面贴合后产生变形而形成金属密封；水下安全阀用于海管超压工况时的自动关闭及开孔作业后钻孔处的封堵；

所述中吊耳均采用圆柱体和方体相结合的结构，其方体的下端与密封器法兰盘的前半部分连为一体，而中吊耳中部的矩形凹槽内插入液压缸活塞杆的接头并分别与各下销轴配合。

7.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述液压推送器的两液压缸中液压油通过多路换向阀统一分配以实现自动同步轴向推进功能，液压缸的缸筒与气筒进行固定而其活塞杆则与海管接入器锚定在一起；

所述开孔器的机座和机筒分别通过其端面法兰盘与水下安全阀和水下电机联接在一起，机座圆锥形筒体的大端圆面直径与水下安全阀进出口的管径和前接入本体上三通管的管径保持一致，而其圆锥形筒体小端圆面的直径则与机筒柱形筒体的管径相等；

所述开孔器的内吊耳与内销轴配合同时结合液压推送器的双液压缸和下销轴实现海管接入器和开孔器的三点吊装。

8.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述管段预制与测量作业完成海底管道开孔部位的预制和相对位置的测定，其流程为，清理海底管道开孔部位的水泥配重层及防腐层，并采用打磨机将开孔部位打磨成内侧为柱形环面和两侧为锥形环面的预制环面，同时在该预制环面的两侧管段上分别打磨出环形沟槽；海底管道预制环面中柱形环面的外径和轴向长度及其锥形环面的锥度和锥高分别与海管接入器中接入本体和密封器的内壁规格尺寸保持一致，而其两侧环形沟槽的外径和轴向长度则与导引索具上下卡瓦的内径和轴向长度相一致，最后准确测定海底管道预制环面及其两侧环形沟槽的相对位置，包括空间方位角，并依据水下测量参数制定相应的吊装作业方案；

所述导引索具定位作业完成导引索具与海底管道间的快速锁紧，其流程为，通过吊机的副钩和导引绳将导引索具下放至海底管道预制环形沟槽处，利用水下机器人将下卡瓦绕过海底管道后将锁紧螺旋轴卡进其下卡板和球形垫片的拱形槽内，旋紧锁紧螺旋轴并将导引索具快速锁紧于海底管道预制环形沟槽内，同时通过球形垫片与锁紧螺旋轴轴头间的球面配合及时调整上下卡瓦结合面之间产生的偏心，导引索具锁紧后的外吊耳位于海底管道的正上方。

9.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述导引式气筒平衡吊装与对中作业通过导引和气筒平衡作用将海底管道接入装置吊装至开孔部位并完成海管接入器与预制管段的对中，其流程为，通过排气阀向气筒体各级筒体内充入相同微正压的气体，通过吊机的主钩和上吊装绳下放海底管道接入装置，导引轮卡住气筒两侧的导引绳，并使整套接入装置依据导引器和导引索具的导引作用而始终沿着导引绳不断向下滑移；滑移过程中依据卧式气筒的平衡作用不断抵消海浪和内波所产生的振荡载荷而将海管接入器和开孔器顺利吊装至海底管道开孔部位的上方；接着，利用水下机器人打开后接入本体，然后开启液压推送器，并依靠液压缸提供的推进动力将海管接入器和开孔器向下轴向推进，直至前接入本体与海底管道预制环面重合，接着停止供液压油并合上后接入本体；

所述气筒平衡对接与钻孔作业完成海管接入器与预制管段的水下对接和预制管段的开孔，其流程为，依据卧式气筒的平衡作用将海管接入器和开孔器稳定于海底管道预制环面的位置，利用水下机器人在前后接入本体的圆锥形凸台内分别装入夹紧螺柱从而将海管接入器接于海底管道上，然后旋紧密封器的各推进螺柱并使接入本体内的各金属圈产生变形而在海管接入器和海底管道预制环面间形成金属密封；接着，依据卧式气筒的平衡作用以及双液压缸和下吊装绳三点吊装的辅助支撑作用将开孔器固定于海管接入器上，开启水下电机并经开孔机的减速箱和进给箱对其钻杆实施自动进给，在水下安全阀、机座、机筒和进给箱所构成的填充有海水的封闭腔室中，通过开孔机的开孔刀具对海底管道进行钻孔直至钻孔作业结束，然后由开孔机的进给箱对其钻杆和开孔刀具实施自动退刀，最后关闭水下安全阀。

10.根据权利要求1所述的导引式气筒平衡海底管道接入装置及方法，其特征在于：所述气筒平衡回收作业用来完成海底管道接入装置的拆卸并通过气筒辅助回收，其流程为，首先利用水下机器人打开气筒的排气阀，依次泄放出气筒体各三级筒体中的全部气体并分别填充海水，然后关闭排气阀；接着，利用水下机器人依次拔出各中吊耳上的下销轴，然后各液压缸回油且其活塞杆退回，最后关闭液压推送器，完成液压推送器的拆卸；然后，利用水下机器人旋松锁紧螺旋轴，通过吊机的副钩和导引绳上提导引索具直至锁紧螺旋轴脱离出下卡瓦中下卡板和球形垫片的拱形槽，完成导引索具的拆卸；再接着，利用水下机器人旋松机座端面法兰盘上的各固定螺柱，依据卧式气筒的平衡作用并通过吊机的主钩和吊装绳将开孔器从海管接入器上拆卸下来，最后利用吊机的主副钩将拆卸后的接入装置回收至施工船上；

所述接入管段连接作业完成接入管段与海管接入器间的连接，其流程为，首先将导引器、导引索具和下吊装绳依次从气筒上拆卸下来，再利用气筒、上吊装绳和液压推送器重复组装成新的吊装工具，并通过下销轴将接入管段联接到液压推送器的液压缸上；然后，依据卧式气筒的平衡作用并通过吊机和吊装工具逐渐下放接入管段，并将其吊装至海管接入器中水下安全阀外侧进口管段的上方；接着，开启液压推送器，并依靠液压缸提供的推进动力将接入管段向下轴向推进，直至接入管段右侧管端的中心线与水下安全阀的轴线重合，然后停止供液压油；再接着，利用水下机器人旋紧水下安全阀外侧进口法兰盘上的各固定螺柱，将接入管段联接到海管接入器上，并利用水下机器人依次拔出各下销轴，各液压缸回油并关闭液压推送器，然后利用吊机将拆卸下来的吊装工具回收至施工船上；最后，在海底管道预制的环形沟槽内涂覆玻璃胶直至环形沟槽所填玻璃胶的环面与海底管道外环面平齐为止，然后重新涂覆并恢复海底管道开孔部位周围的防腐层。