CN109312613B - 管道至海底结构的接合 - Google Patents

Abstract

海底结构18包括以基座形式的或以安装到基座并用于将载荷传递到基座的支撑结构的形式的支撑件6。一种用于将管道19安装在这样的海底结构18处的方法包括：在近端位置为支撑件6提供拉入点22，其中该近端位置位于支撑件6的第一侧；在远端位置为支撑件6提供强点20，其中该远端位置与该近端位置间隔开，并且在拉入点22和强点20之间存在直的畅通路径，这条畅通路径桥接支撑件6的部分宽度或全部宽度；使下拉线24经过强点20处的引导件21并使用下拉线24拉入管道19；铺设管道19并使下拉线24沿着畅通路径移动；然后继续铺设和/或拉入，直到管道19的接合头25位于拉入点22处的所需位置。

Description

管道至海底结构的接合

本发明涉及一种用于将管道接合到海底结构的方法和设备，尤其涉及用于石油和天然气工业的管道的接合。

用于石油和天然气装置的管道，诸如那些用于运输例如石油或天然气的碳氢化合物的管道，通常使用铺设船沿着海床铺设。这种海底管道可以安装在例如两个海底结构之间，其中该海底结构可以是“采油树”、立管基座、防爆防喷器(BOP)或一些其他结构。通常使用单独的跳线或线轴将管道的一端或两端连接(或“接合”)到海底结构。与使用单独的跳线或线轴相关的额外部件和步骤可能导致安装过程的高成本。也可以使用直接接合的方法，并且其通常是优选的。这些方法包括：

·直接拉入，其中使用铺设船上的绞车位置将管道的一端拉动靠近海底结构，并且使用遥控操作装置(ROV)和对准装置完成接合；

·偏转而连接，其中管道被拉到与平台对齐的目标区域但是被拉到平台的一侧，然后通过缠绕或以其他方式横向偏转管道直到它与立管连接配合来进行连接；以及

·连接并铺设，其中管道的海底端部在海面处连接到海底结构，然后将海底结构下降到海床，之后通过使铺设船远离海底结构行进而铺设管道。

管道铺设的典型方法将涉及海底结构和管道配置的精心设计，以确保在铺设时管道的接合端相对于海底结构上的连接器处于适当的位置和取向。在直接接合过程期间，非常高的张力被施加到管道的末端，使管道处于张紧状态，以便使管道的末端向上到达连接点并完成接合过程。将安装的管道置于张力下的原因之一是为了允许管道在使用期间可能发生的后续的热膨胀。没有这种张力，管道可能由于热膨胀而弯曲。

在直接接合期间施加到管道的力确实会非常高。这对安装设备和管道结构提出了很高的要求。需要较大面积来用于管道的偏转以确保接合期间和随后的热膨胀期间的力可接受。此外，至少在缺少一些补偿机构的情况下，这些力会对管道和海底结构上的连接器造成损坏。

在WO 2015/149843中发现了用于克服或至少减轻已知的直接连接过程的缺点的现有提议。该文献描述了一种用于管道的海底端的直接接合的方法，该方法旨在使管道与海底结构之间的连接处的力最小，使直接接合过程期间所需的力最小，使管道靠近其海底端的被偏转的部分的应力最小，并且使海底结构周围的容纳管道的偏转所需的面积最小。该方法包括，在将管道从管道铺设船舶引入海洋的过程中，将塑性变形施加至管道位于或靠近其将被连接的一端的区域，在接合期间或在接合之后，使所述区域弹性变形以增加其曲率半径。该方法相对于上述现有技术提供了显著的优点，但是它主要关注通过卷轴铺设方法的安装。

此外，US 4591292公开了一种将流送管连接到海底结构的方法。在该方法中，使用了不形成海底结构的一部分的特殊连接工具将流送管附接到海底结构。

用于管道的接合的技术可以与如上所述的海底设施的设计相关联。例如采油树和歧管的许多现有类型的海底设备由防护结构保护，该防护结构通常包括用于对落下碎片的保护的坚固的上甲板，以及支撑上甲板并且还提供对拖网的保护的倾斜支腿。必须具有移动部件以允许到达被防护的设备，所述移动部件例如上层甲板上的开口。典型的现有技术的防护结构如图1所示。这些结构的设计阻碍了一些接合方法的使用，因为管道联接至海底设施的位置将与海底设施的其他部分一起被防护。

从第一方面看，本发明提供了一种用于将海底管道安装在海底结构处的方法，其中海底结构包括以基座形式的或以安装到基座并用于将载荷传递到基座的支撑结构的形式的支撑件，该方法包括：在近端位置为支撑件提供拉入点，其中近端位置位于支撑件的第一侧；在远端位置为支撑提供强点，其中远端位置与近端位置间隔开，并且在拉入点和强点之间存在直的畅通路径，这条畅通路径桥接支撑件的部分宽度或全部宽度；使下拉线经过强点处的引导件并使用下拉线拉入管道；铺设管道并使下拉线沿着畅通路径移动；并继续铺设和/或拉入，直到管道的接合头处于拉入点处的所需位置处。

发明人已经认识到，可以省去现有技术的下拉技术中的起始基座/起始桩，并且利用支撑件的宽度以便能够连接下拉线，即如上所述地将强点与拉入点放置在相同的支撑件上。在强点和拉入点之间可以允许足够的距离以使下拉方法有效地工作，并且在许多情况下，这可以在不需要支撑件的大量调整的情况下完成。事实上，有利的是使用已知设计的支撑件以允许该方法与现有海底结构兼容，其中主要变型在于需要增加强点(或强点的合适安装件)以及确保存在适当的畅通路径。在某些情况下，后者可能需要海底设备在海底结构上的一些重新定位。

关于US 4591292，其海底结构不包括具有强点或拉入点的支撑件。相反，连接工具执行拉入操作。连接工具不是安装有流送管的海底结构的一部分。

保持强点和拉入点的支撑件可以为直接使用基座或安装至基座的支撑结构。通常期望将强点和拉入点都安装到相同的部件，即都安装在基座上或者可替换地都安装在其本身安装到基座的支撑结构上。然而，这两个点可以被安装在不同的结构上。

在直接使用基座的情况下，一个示例使用吸力桩作为所述基座。海底设备可以直接安装到吸力桩，其中畅通路径在海底设备之间延伸穿过吸力桩。

在支撑结构的情况下，基座可以包括多个基座元件，例如桩或锚，其中支撑结构跨越多个基座元件建造并由多个基座元件支撑。例如，支撑结构可以是框架，其在基座元件处具有其基脚并且布置为与强点和拉入点一起保持海底设备，其中畅通路径同样在海底设备之间延伸。

因此，支撑件还可以保持海底设备，其中畅通路径位于海底设备之间。在一些示例中，支撑件和海底设备具有对称的布置，其中畅通路径延伸穿过支撑件的中心。

拉入点和强点分别位于近端位置和远端位置，这里使用的术语近端和远端指的是支撑件相对于管道位置的近点和远点。因此，拉入点更靠近管道，而强点更远离管道。拉入点可以位于支撑件的第一侧。强点可以朝向支撑件的另一侧与拉入点间隔开。例如，强点可以位于支撑件的相反侧，或者可以朝向支撑件的中心定位，优选地位于支撑件的中点。强点可以定位成横跨大致圆形或大致椭圆形结构的直径或足够长的弦，或者位于例如矩形的多边形结构的两个相反侧。当然，当强点和拉入点位于真正的相反侧时，例如横跨圆的直径或椭圆形支撑件的大径时，将提供畅通路径的最大长度，但这对于方法有效并不是必不可少的，因为在许多情况下，可以通过小于最大宽度获得对于畅通路径的足够长度，例如横跨椭圆形结构的小直径或横跨圆的位于在90度和180度之间的弧(例如120度弧)的两端的弦。

例如，如果具有多个拉入点，其中一个位于支撑件的第一侧而另一个位于支撑件的另一侧(例如相反侧)，则可能优选地使强点朝向支撑件的中心定位。在中心位置的强点可用于针对多个这样的拉入点如本文所讨论的安装管道。强点的中心位置可以相对于支撑件的两个相反侧居中(例如，远离两个相反侧的任何地方，优选地靠近两个相反侧之间的中点)，或者可以相对于支撑件的所有侧面居中(例如，远离支撑件的所有侧面的任何地方，优选地位于当从上方观察时支撑件的中心处)。

接合头在拉入点处的所需位置的涉及可以意味着管道足够接近拉入点以使用下面讨论的方法步骤将管道附接到海底结构。例如，当管道的接合端处于拉入点时，其可以相对于管道的纵向方向位于拉入点的2m、1m或0.5m内。附加地/替代地，管道的接合端可以在管道的径向方向上(例如在竖直方向上，并且/或者在垂直于纵向方向的任何或所有方向上)与拉入点间隔小于管道的直径的1倍、2倍、3倍或4倍。换句话说，所需位置可以与拉入点相邻。

畅通路径的长度是已知的，并且该方法可以包括使用畅通路径的长度来设置下拉线的长度以跨越畅通路径延伸。可以通过这种布置在岸上测试下拉线的张力和长度，因为与使用起始桩或类似物作为强点的情况不同，强点和拉入点之间的距离是精确已知的。

畅通路径的长度可以在2m和200m之间，但优选地为5-30m，优选地为5-20m，优选地为5-15m，可选地为10-20m。吸力桩的标准宽度/直径通常约为5米。优选的是尽可能多的使用基座的宽度，并且如果使用框架支撑件，则优选地使支撑件的宽度延伸超过基座的宽度。

利用畅通路径的长度已知，该方法可以包括使用自动系统来指示下拉线何时已经到达相对于强点的适当位置以及因此管道的接合头何时到达相对于拉入点的适当位置。因此，下拉线和/或强点可以包括触发系统，例如闩锁机构，其优选地在下拉线处于适当位置时自动触发。示例性闩锁机构包括在下拉线上位于距离管道的接合头预定间隔处的闩锁装置，其中，闩锁装置用于当闩锁装置到达强点时向拉动下拉线的系统发送信号。可以为强点提供用于触发闩锁装置的特定结构，或者闩锁装置可以布置为在到达强点时(例如在到达强点的引导件时)被触发而没有任何对强点变型的需要。在后一种情况下，如在优选实施方式中那样，强点可以是滑轮，诸如槽轮，并且闩锁装置可以在与槽轮接触时被机械地触发。

拉入点可以是管道(管道的接合头)将附接到海底结构的点。管道的接合头可以是管道的(将)在拉入点处附接到海底结构的部分。管道的接合端可以是管道的安装有接合头的端部。

该方法可以与用于在安装期间张紧管道和/或用于允许接合之后的管道的热膨胀的方法一起使用。对此，各种技术是可用的。尽管如上所述，由于成本原因这通常不具吸引力，但一种选择是使用接合线轴。另一种选择是调整管道以向管道的接合端提供适用于安装期间和热膨胀期间的弹性变形的形状。这可以通过借助于管道的塑性变形在接合端处施加弯曲来完成。在WO 02/057674中公开了用于施加这样的弯曲的技术，但是其为了矫直管道而不是留下残余曲率。WO 02/057674的方法可以如例如在WO 2015/149843中所描述的那样进行调整，以便在接合端处产生接合和热膨胀“回路”，即产生残余曲率的区域，在该残余曲率的区域处管道相对于管道的主要长度具有比较小的曲率半径，管道的主要长度通常是直的，即为无限的曲率半径。下文结合使用这种技术来为管道的接合端提供适用于安装期间和热膨胀期间的弹性变形的形状的可能方法阐述了更多细节。

强点的引导件可以是在能够改变下拉线的方向同时允许下拉线在张力下(例如，当向下拉动管道时)移动通过/经过引导件的任何引导件。例如，引导件可以是固定条。引导件可以是滑轮。引导件可包括水平构件，该水平构件用于改变下拉线的方向并将下拉线中的张力传递到支撑件。

强点是一种用于抵抗通过下拉线施加到支撑件的力并且当管道的接合头被拉入和铺设时允许下拉线移动的结构。强点的引导件可以包括滑轮，例如已知用于下拉线的类型的槽轮。强点可以可释放地安装到该结构，因此允许强点成为可移除和可重复使用的装置。因此，支撑件可以包括用于可释放地附接强点的安装点。强点的引导件可以在支撑件上方提升一定高度。当管道停靠在支撑架的升高位置时(见下文)，该高度可以基本上等于管道的高度，使得当管道由升高位置的支撑架支撑时，下拉线可以在管道和引导件之间水平延伸。

该方法可以包括从海面处的张紧系统将下拉线勾住，使其到达强点并到达管道(优选地管道的接合头)。勾接可包括(例如通过将支架附接到管道和/或将下拉线附接到支架)将下拉线附接到管道。可替换地，下拉线可以已经附接到管道。优选地，当勾接时，下拉线所附接的管道位于/靠近海面。勾接可以包括使下拉线从张紧系统通过强点(例如穿过引导件/滑轮/槽轮)。下拉线可以已经附接到海面处的张紧系统，可替换地该方法可以包括将下拉线附接到海面处的张紧系统。张紧系统可以是绞车等。张紧系统可以位于船上，例如平台船的甲板上。

下拉线可以通过支架附接到管道。支架可包括中心孔，管道穿过该中心孔。支架可以接触管道(优选地接合头)，使得施加到下拉线的张力经由支架传递到管道。可以通过握紧管道(优选地接合头)使支架在管道(优选地接合头)上保持在适当位置。

附加地/替代地，管道(优选地接合头)可以包括在支架和管道的端部之间的凸缘，其防止支架朝向管道的端部的轴向移动。

支架可包括至少一个从管道径向延伸的突出部分。下拉线可以附接到该突出部分，使得下拉线(当处于张力下时)基本上与管道平行地延伸，但是其与管道径向地间隔开。优选地，线的间隔允许线与管道的端部上的和海底结构的拉入位置上的任何凸缘不接触，该凸缘通常存在以将管道连接到海底结构。优选地，存在多个突出部分，每个突出部分具有相应的附接至其的下拉线。当沿着管道的纵向轴线观察时，支架可以是旋转对称的。支架可包括(仅)两个突出部分，它们优选地间隔180°。

可以具有多个下拉线。也可以具有多个相应的特征，例如引导件/滑轮/槽轮/绞车等。然而，在一些情况下，一个引导件/滑轮/槽轮/绞车可以处理多个下拉线。多个下拉线可以通过强点在管道和张紧系统之间、彼此平行地延伸。

该方法可以包括执行管道的铺设。这可以优选地在勾接下拉线之后进行。执行铺设可以包括使用张紧系统向下拉线施加张力(优选地恒定张力)，使得优选地总地朝向强点或拉入点向下拉动下拉线所附接的管道。当下拉线附接到接合头时，它可以是被向下拉的接合头。

可以执行管道的铺设，直到管道停靠在管道支撑件上。管道支撑件可以相对于海床支撑管道，并且可以在海床和管道之间提供间隙。管道支撑件可以优选地为支撑袋。使用管道支撑件可以允许管道处于静止状态，而不需要在管道拉入期间引入任何弯矩。管道支撑件可以在管道的接合头处支撑管道，即在管道上靠近接合头的位置处支撑管道。

附加地或替代地，可以执行管道的铺设直到管道停靠在支撑架上，如下所述。支撑架和管道支撑件可以布置为使得管道在铺设期间/之后均停靠在其上。

管道支撑件可以布置为在支撑架改变高度时(见下文)在支撑架的所有高度上支撑管道。可替换地，支撑架可以在铺设之后立即在升高位置处支撑管道。一旦支撑架下降为允许连接到海底结构，管道支撑件才开始支撑管道。

管道的接合头的所需位置可以位于与拉入点相邻设置的支撑架处。一旦接合头处于适当位置，接合头可以锁定到支撑架。管道与海底结构的连接可以根据任何合适的技术进行。该方法可以包括一旦接合头被拉动到拉入点就立即将接合头连接到管道，但是优选地，首先例如通过使用合适的清管器使管道溢流。因此，支撑架可用于在清管器发射接收器被移除并且管道的接合头接下来被连接到海底结构之前，首先支撑管道以便到达位于管道的接合头处的清管器发射接收器，其中清管器发射接收器用于发射清管器并因此使管道溢流。在该过程期间，管道可以保持在支撑架中，例如，其中支撑架首先处于升高的位置以到达清管器发射接收器，然后降低支撑架以允许管道连接到海底结构。

一旦管道处于对于将管道连接到海底结构的适当高度和适当大体位置，可以优选地通过横向移动将管道移动到位以用于连接到海底结构，并且将其连接到海底结构。这可以通过将冲击缸附接到管道并将管道冲击到合适的位置实现。存在技术人员已知的用于实现此目的的常规技术。

一旦管道连接到海底结构，管道可以锁定在合适位置。这可以优选地通过使用夹具(例如液压夹具)来实现。接合头可以锁定到海底结构。

优选地，海底结构位于海底，例如海床上。

海底设备、海底结构和/或拉入位置可以(分别)包括用于保护海底设备、海底结构和/或拉入位置免受损坏的保护，所述损坏例如可以由当管道被铺设或拉入时与管道的接触引起。该保护可包括在海底设备、海底结构和/或拉入位置附近和/或周围的缓冲杆。

该方法可以包括，在管道从管道铺设船引入海洋期间，将塑性变形施加到管道的一个区域，该区域位于或靠近管道的将被连接的一端，以及在连接期间或连接之后，使上述区域弹性变形以增加其曲率半径。作为一种选择，所述区域可位于管道的接合端的200m内，更优选地100m内。作为一种选择，该方法可以包括将管道的接合头铺设在海床上或铺设成靠近海床并将接合头朝向海底结构拉动，所述拉动的动作导致所述区域的弹性变形。所述拉动的步骤可以使用上面讨论的下拉线和张紧系统(例如绞车)来实现。

该方法可以包括将重物和/或浮力装置附接在管道的接合端处或附接在其附近，以便控制铺设和拉入期间管道的取向和位置。

作为一种选择，将塑性变形施加至管道的位于或者靠近其将被连接的一端的区域可以包括建立0.2％至0.3％之间的残余曲率应变。

作为一种选择，所述管道可以是钢管道。

可能存在连接到管道或至少邻近管道的加热器。加热器可以在铺设或连接之前或者之后连接到管道。加热器可以包括电缆。加热器可以沿着管道的长度延伸。

加热器可终止距海底结构的距离，例如至少1米、5米或10米。

可替换地，加热装置可以在离海底结构一定距离处停止附接到管道或邻近管道，所述距离例如至少1米、5米或10米，但是该加热装置可以继续连接到第二管道(诸如(例如使用本方法)连接到海底结构的第二管道或存在于海底结构附近的第二管道或连接到海底结构附近的另一海底结构的第二管道)。因此，加热器可以加热多个管道，并且可以布置成围绕(而不是穿过)海底结构。当加热器是(高压)AC缆线时尤其如此。

可替换地，加热器可终止于海底结构处或海底结构上。在这种情况下，第二加热器可以优选地在终止位置处连接到加热器。第二加热装置可以从加热器获取能量并加热(例如通过本方法)连接到海底结构的第二管道或加热海底结构附近的第二管道。可以认为加热器布置成穿过(而不是围绕)海底结构。当加热器是(低压)DC缆线时尤其如此。

可替换地，加热器可以布置成(例如从两者都连接到海底结构或者在海底结构附近的一个管道到另一个管道)直接穿过海底结构。在这种情况下，加热器可以不在海底结构上终止，相反其可以是连续的。

当加热器是电缆时，加热器还能够为存在于海底结构处的部件和仪器等供电。当缆线穿过海底结构、终止在海底结构上或在海底结构附近经过时尤其如此。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于将海底管道安装在海底结构处的系统，其中海底结构包括作为海底结构的一部分的支撑件，该支撑件以基座的形式或以安装到基座并用于将载荷传递到基座的支撑结构的形式；其中所述支撑件包括在近端位置处的拉入点，其中所述近端位置位于所述支撑件的第一侧；其中所述支撑件包括强点或用于强点的安装件，强点在远端位置处连接至所述用于强点的安装件，其中所述远端位置与所述近端位置间隔开并且在所述拉入点和所述强点之间存在直的畅通路径，这条畅通道路桥接支撑件的一些宽度或全部宽度；其中，所述强点包括引导件，所述引导件构造成使得下拉线可以经过所述引导件并且使得所述引导件可以与所述下拉线和所述直的畅通路径结合使用以将所述管道朝向所述拉入点铺设并拉动。

因此，强点与拉入点设置在相同的支撑件上。

该系统可以包括自动系统，用于指示下拉线何时已经到达相对于强点的适当位置，并且因此指示管道的接合头何时已经到达相对于拉入点的适当位置。

该系统还可以包括用于在安装期间张紧管道的装置，例如连接线轴或者为管道的接合端提供适于在安装期间和热膨胀期间的弹性变形的形状，如上所述。

如上所述，该系统可包括下拉线。下拉线可以附接到管道。可以使下拉线通过强点。该系统可包括张紧装置。下拉线可以附接到张紧装置。

该系统可包括用于在铺设后支撑管道的管道支撑件。上面讨论了管道支持件的更多细节。

该系统可包括用于在铺设后支撑管道的支撑架。上面讨论了管道支撑件的更多细节。

该系统可包括用于一旦管道处于合适位置就将接合头锁定到支撑架锁定机构。

该系统可包括用于在将管道连接到海底结构之前使管道溢流的清管器。清管器可以由优选地附接到管道的接合头的清管器发射接收器致动。清管器发射接收器可以可拆卸地附接到管道(管道的接合头)。

该系统可包括横向移动装置，用于一旦管道处于适当高度就将管道横向移动到位以连接到海底结构。该装置可包括冲击缸。其优选地附接到管道。冲击缸可以构造为将管道冲击就位。

该系统可包括锁，用于一旦管道连接到海底结构就将管道锁定就位。锁可以优选地为夹具，例如液压夹具。

优选地，系统和/或海底结构位于海底，例如海床上。

该系统可以包括用于在管道从管道铺设船舶引入海洋期间将塑性变形施加到管道的一个区域的装置，该区域位于或靠近管道的将被连接的一端，以及在连接期间或连接之后使所述区域弹性变形以增加其曲率半径。

该系统可包括优选地在管道的接合端处或附近附接到管道的重物和/或浮力装置，以用于在铺设和拉入期间控制管道的取向和位置。

该系统可以包括管道。

该系统可以配置为执行本文所讨论的任何方法。

该系统可包括本文所讨论的任何特征。

一种可以有利地与上述连接方法一起使用并且因此可以被包括在上述系统中的用于海底设施的装置包括海底设备保护装置，海底设备保护装置包括盖和套环，其中盖和套环构造为可由海底设备的基座支撑；并且盖和套环布置为使得盖的至少一部分可以进入套环的开口并由套环支撑；因此，盖和套环覆盖并保护海底设备。

无论是否需要保护海底设备，必须存在某种用于海底设备的类型的基座以支撑海底设备。因此，上述盖和套环的布置有利地利用海底设备的基座来支撑保护装置。不需要额外的基座。此外，基座的需要支撑这样的套环的布置非常适合包含如上所述的强点，其中强点(或用于强点的安装件)位于基座上，从而提供用于通过将管道从基座上的远端位置处的强点朝向与强点间隔开并且在基座上的近端位置处的连接点拉动的管道的直接接合的位置。因此，对于使盖和套环布置与对于连接方法(通过去除起使基座)和海底设备的随后使用(通过使用用于设备和保护装置二者的单个基座)二者所需的基座的最小化相关联地组合，存在显著的益处。还应该理解的是，在连接过程中可以容易地移除盖，以允许用于使下拉线跨越基座的不受阻碍的通路。

在一些示例实施方式中，如下面进一步讨论的，可以在安装基座之前使基座连接到套环。强点可以通过套环附接到基座和/或强点可以连结到基座和套环两者。

保护装置的尺寸可以设计成紧密地配合在海底设备周围，使得其比已知的保护装置明显更轻质。

由于保护装置由无论是否存在保护装置其均存在的基座支撑，因此可以使用标准技术将海底装置安装在海床上。此外，可以利用这种保护装置改装现有的海底设施。此外，可以容易地使未来的海底设施适应为包括该保护装置。

此外，与现有的保护装置相比，由于套环和盖的配合，盖可以从海底设备上抬起。因此，例如出于维护目的可以容易地露出海底设备。

盖可具有中空凸形顶部。这种形状减少了拖网渔网等在保护装置上钩住和挂住的可能性。此外，它允许足够的空间以容纳海底设备。应当注意，如本文所使用的，对顶部/上部和底部/下部的参考参照装置在使用时的取向，在该取向中底座将更靠近海床(或其他水下表面)并且顶部将离海床更远。类似地，以与此一致的方式使用对竖直方向或水平方向的参考，其中水平方向大致与海床平行并且竖直方向从海床正交地延伸。

凸形顶部可以是连续弯曲的，或者可以由多个适当倾斜的相邻平面部分形成(例如，以形成复杂的多面体)，或者可以由弯曲部分和平面部分的混合形成。

中空凸形顶部可以是大致圆顶状的。该圆顶状在平面图中可以是圆形或非圆形。圆顶可以是球状体形圆顶(例如球形圆顶，或扁球形圆顶，或长椭球形圆顶等)或非球状体形圆顶(例如卵形圆顶或胶囊形圆顶等)。因此，在使用时，凸形顶部的水平截面(即平面图)可以为圆形、椭圆形、卵形或体育场形等。

此外，盖可包括具有彼此相邻的多个中空凸形形状的顶部。

盖的确切形状和形式应根据其被设计用于保护的海底设备的形状来确定。例如，对于采油树可以使用(平面图中的)圆形截面，对于歧管可以使用(平面图中的)椭圆形或体育场形截面。

盖可包括下部。下部可以构造为进入套环。下部可以是凸形顶部的基部。下部可包括从凸形顶部的基部延伸的壁。壁可以从凸形顶部的整个外周延伸。壁的相对部分可以彼此平行(即，壁可以形成管状部分)。当使用盖时，下部可以完全接收在套环内，或者可替换地，在使用期间下部的一部分可以保持在套环的竖直范围之外。

盖和套环可具有相应的形状。在使用时，(在水平平面中截取的)截面可具有相应的形状。

套环的横截面的内部尺寸可以大致等于或大于盖的横截面的外部尺寸。可替换地，盖的横截面的内部尺寸可以近似等于或大于套环的横截面的外部尺寸。“大致等于”意味着相关尺寸被设定成使得盖和套环之间紧密配合，使得相对运动被减小。当然，总会存在一定程度的公差，例如50至250mm。

因此，通过所需的公差可以防止盖在套环内旋转/枢转。因此，将盖从其几何锁定中移除的唯一方法可以是通过将其竖直地抬起。

然而，使盖的尺寸与套环的尺寸相匹配并不是必需的。实际上，这种保护装置的一个优点是套环和盖的精确尺寸匹配不是必需的，因此大大减少了对定制盖/套环的需求。

例如，套环可以是大约6米至20米宽。如果横截面为圆形，则套环的直径可为约6m至20m。如果横截面为矩形，则套环的尺寸可具有约6米至20米乘6米至20米的尺寸。盖的尺寸可以基本上类似于套环的尺寸，但是可能具有例如约50至250mm的用于间隙的较小的尺寸减小。

海底设备保护装置可以构造为使得盖通过套环和盖的重量保持在适当位置。因此，盖可以不固定到基座/套环/海床。这样简化其安装和拆卸。当需要进入海底设备时，可以移除盖。

盖可以是模制盖。这极大地简化了盖的制造。由于盖可以具有凸形的中空形状，因此模制对于容易地制造这种复杂形状是特别有利的。相反，已知的保护装置需要诸如切割、装配、焊接等的制造。盖可以由复合材料模制，例如FRP、GRP等。

盖可包括夹层结构。这种结构可以提供盖的加强，并且可以为盖提供隔热性能。

盖可以提供隔热，以防止来自海底设备的热量损失。盖可以由绝热材料构成。

盖可以由一个部件组成。这可以简化盖的制造、安装和拆卸。

可替换地，盖可包括多个部分。这可以简化进入海底设备。例如，盖可包括开口。在使用时，开口可以定位在盖的顶部。开口可以是可拆卸的。

盖可以由两部分形成。每个部分可能约为盖的一半。各个部分可以彼此对称。安装时这些部分可能会接触。安装时这些部分之间可能存在间隙。

盖可具有完整的表面。“完整的表面”意味着盖的表面基本上没有孔。这为整个海底设备提供了良好的保护。

盖的凸形顶部可具有完整的表面。凸形顶部的上部可以具有完整的表面。完整的表面可以从盖的顶部向盖的下方延伸到足够远(例如，远到当盖倒置时盖或保护装置整体可以浮动)，使得简化了保护装置的安装。如下面更详细描述的，盖可以在运输期间倒置，使得其有效地形成船体形状。因此，盖可以浮动并且可以被拖出到海到期望的位置。

盖可包括孔。这降低了盖的重量、所用材料的量和例如在安装期间与移动盖相关的流体动力。此外，这可以允许容易地检查位于盖内的海底设备。孔可以形成在下部。孔可以形成在凸形顶部中。孔可以形成在凸形顶部的下部。盖可以包括笼。

盖可以具有例如与可堆叠杯子类似的具有略微偏离竖直的倾斜壁的可堆叠形状，从而使得多个类似的盖能够以堆叠的形式运输。

套环可以构造为固定到基座。这允许套环相对于基座、海床和海底设备保持在适当位置，并因此用作对其他部件(例如盖)的支撑件。如上所述，基座可以有利地在安装基座之前联接到套环。套环可以在制造期间通过任何合适的方式连结到基座。

当基座是圆柱形基座，例如吸力桩时，该特征是特别有益的。因此，在一个优选的安装中，海底设备保护装置包括联接到套环的基座，优选地为在安装基座之前连结到套环的基座，并且可选地包括吸力桩基座。当安装该装置时，可以首先将(附接有套环的)吸力桩固定到海床，然后可选地，用于海底设备的导管/管道可以安装成通过吸力桩。

套环可以包括围绕用于盖的开口大致竖直延伸的壁。

套环可包括孔，例如穿过竖直壁的孔。这些孔减轻了套环的重量，并允许检查海底设备。套环中的孔可以放置成与盖的下部中的孔对齐。

套环可以构造为支撑盖的重量，并且在横向方向上支撑盖。套环可以接触盖的下部。套环可以接触盖的底部。套环可包括从套环的壁向内或向外延伸的一个或多个部件。盖可以停靠在该部件上。该部件可包括架子。该部件可包括多个杆。该部件可定位在海床上方的某一高度(例如约2米)处。这允许盖在海床上方的这个高度处静止。这意味着盖不需要延伸到海床，因此可以减小尺寸。此外，它允许仅通过水平部件下方的套环便可检查海底设备。可替换地，盖的重量可以直接由基座支撑。

套环的水平截面可以是圆形、椭圆形、卵形或体育场形、或者与盖的形状互补的任何形状。该形状可以是套环的内部尺寸，或者是套环的内部和外部尺寸。

海底设备保护装置可包括在海床和套环和/或盖之间的倾斜的拖网偏转器。拖网偏转器进一步防止拖网渔网等在保护装置上钩住和挂住。拖网偏转器可以构造为周向围绕盖。

拖网偏转器可以相对于海床成45°至60°的角度。拖网偏转器可以从海床延伸。拖网偏转器可以延伸到套环的顶部。

拖网偏转器可包括多个支柱，这些支柱布置成在套环/盖和海床/基座之间以一定角度延伸。支柱可围绕套环的外周基本上等距离地间隔开。

拖网偏转器可包括截头圆锥表面，该截头圆锥表面布置为在套环/盖和海床/基座之间延伸。

拖网偏转器可以构造为由套环在横向方向上支撑。拖网偏转器可以具有形状上与套环的互补的(即在平面图中的)水平横截面在。拖网偏转器的内部尺寸可以近似等于(但略大于)套环的外部尺寸。这允许拖网偏转器装配在套环上，并由套环支撑。拖网偏转器的内部尺寸可以大于套环的外部尺寸。

拖网偏转器可以总体上是中空的。拖网偏转器可包括穿过其外表面的孔。这有助于减轻保护装置的重量并减小例如在安装期间与移动该装置相关的流体动力。此外，这些孔可用于检查海底设备而无需移除拖网偏转器。

拖网偏转器可以构造为通过拖网偏转器的重量保持在适当位置。因此，拖网偏转器可以不固定到基座/套环/海床。这简化了其安装和拆卸。当需要进入海底设备时，可以移除拖网偏转器。

拖网偏转器可以固定到套环，并且可选地，可以在安装基座之前将套环和拖网偏转器两者联接到基座。

保护装置可包括柔性流送管，其中拖网偏转器支撑柔性流送管。可以存在柔性流送管以将海底设备连接到附近的海底设备或者连接到海面上的设备。

柔性流送管可以围绕拖网偏转器的外周卷绕，优选地，该拖网偏转器为截锥形拖网偏转器，因为这种形状允许容易的卷绕/展开。当需要时(例如在拖网偏转器的安装期间)，保持带可将流送管保持在适当位置。

保护装置可包括泄漏监测装置，例如压力传感器或气体传感器。这可以设置在盖的内表面上。该装置可位于海底设备的上方。该装置可位于盖的上部区域。该装置可位于盖的内表面的最高点。

泄漏监测装置可以固定到海底设备。可选地，泄漏监测装置不固定到盖。泄漏监测装置可以在盖的上部区域中悬挂在海底设备上方。这是有利的，因为可以在不移除泄漏监测装置的情况下从海底设备移除盖。这允许移除盖而不必将泄漏监测装置与例如该装置可能连接到的基于表面的监测系统断开。这简化了盖的拆卸。

海底设备的泄漏监测是一个重要的考虑因素。在已知的保护系统中，并没有提供这种泄漏监测。替代地，泄漏监测可能作为海底设备的一部分一体地提供。由于盖的存在和泄漏监测装置的位置，泄漏的碳氢化合物可能聚集在盖的上部区域中。这些通常密度小于水的泄漏的碳氢化合物将水从盖的上部区域替换，并且可以通过盖保持在盖的上部区域中。在这方面，圆顶形盖是特别有利的。

盖可以包括盖的上部中的孔，例如圆孔。孔可以设置在盖的最上部位置。孔可以设置在盖的对称中心处。在盖的安装过程中可以使用这种孔，如下面进一步说明的。孔可以构造为(例如成形/定尺寸为)使得提升装置和/或提升线可以通过该孔插入。

盖可包括从孔(即，从形成孔的盖的边缘)延伸并进入盖的上部的管状部分。因此，可以在管状部分和盖之间形成空腔。泄漏监测装置可以定位在该空腔中。该空腔可以允许即使在存在孔的情况下仍使泄漏的碳氢化合物聚集。管状部分还可以为孔提供加强，这在通过插入穿过孔的提升装置和/或提升线提升/移动盖时可能是有利的。

即使盖已处于适当位置，该孔还可以提供通过盖到达海底设备的通路以例如用于运送/管道。

在另一方面，本发明提供了一种海底设施，其包括安装到基座的一件海底设备和用于附接到下拉线的强点或如上所述的用于这种强点的安装件，如上所述地该强点或安装件联接到基座，如上所述地所述海底设施可选地包括海底设备保护装置，其中所述套环安装到所述基座并围绕所述海底设备，并且其中所述盖覆盖所述海底设备。

如上所述，基座可以由吸力桩提供。吸力桩是有利的，因为它是轻质的且易于安装。吸力桩可以被称为并且可以包括抽吸沉箱、抽吸锚、抽吸桶和/或抽吸罐。

该件海底设备可以是用于石油和天然气生产的设备，例如它可以是采油树或歧管。该件海底设备可以是泵站、化学处理站、分离模块、脐带终端头、控制系统模块或动力和液压单元。

为了将采油树安装在吸力桩上，可首先将吸力桩固定到海床，然后可以将导管/管道安装成通过吸力桩。此类方法的示例可见于US2012/0003048。

在另一方面，本发明还提供了一种海底系统，其包括多个上述海底设施，其中海底设施以卫星布置连接。该系统可以包括例如连接到多个采油树的歧管，其中歧管和采油树中的每一个都通过如上所述的海底保护设备来保护。

在已知的多件海底设备受到保护的海底系统中，所有海底设备都位于单个大型保护罩下。相反，本发明允许不同的海底设备被不同的保护设备保护。这允许不同的海底设备部件根据需要分布(其可以遍布在相当大的区域上，例如围绕半径高达200m的区域散布)，而不是被迫在相同位置容纳所有设备。

多件海底设备的分离可以是进一步有利的，因为其他海底设备(例如增压泵)可以在现有的海底设备之间添加到海底系统，而不必移动/干扰/重新安排现有的海底设备。

多件海底设备可以通过海床上的一个或多个管道彼此连接。管道可以由一个或多个混凝土垫保护。可以使用本文讨论的任何方法或系统安装这些管道。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于安装海底设施的方法，包括：通过以下步骤安装上述海底设备保护装置：将套环安装到海底设备的基座；将盖定位在套环的开口处，并将盖的至少一部分插入套环的开口中，使得盖保持在套环内，以及在插入盖之前或者在连接期间临时打开/移除盖的晚些时候使用第一方面的方法(包括其可能的可选/优选特征)以将管道连接到海底设施。该方法可以包括为海底设备保护装置或其部件提供如上所述的特征。

该方法可包括例如通过驳船或通过使其浮动和牵引其将盖和/或套环运输到安装地点。有利地，盖可以浮动到安装地点。这意味着可以安装盖而不需要大型船或具有提升能力的船。在盖具有(例如顶部/上部的)完整的表面的实施方式中，盖可以被倒置并且可以浮动而不需要额外的浮力。可替换地，或者附加地，盖可具有可堆叠的形状，从而使得多个类似的盖能够以堆叠的形式运输。

可以通过使盖下沉，例如通过倾覆倒置的盖以使其填充水，或者通过从非倒置的盖释放空气使得当其浸没时它从下方填充水，而将盖定位在开口处。一旦浸没，盖可以通过一条线或多条线悬挂并被引导成位于套环内的开口上方。同样，该过程可以通过较小的船方便地进行而不需要较大的提升能力。

盖可以仅通过其重量保持在套环内。这意味着在安装盖时不需要任何类型的复杂海底操作。

套环可以通过任何合适的方式安装到基座。在一些有利的示例性实施方式中，套环在安装基座之前联接到基座。这意味着套环和基座可以一起运输和安装，从而最大限度地减少了所需的海底工作。

可以使用已知技术安装基座。一些实施方式的优选基座类型是吸力桩。这可以在如上所述地套环已经联接到吸力桩的情况下容易地安装，因为安装吸力桩的方法不会受到在桩的顶部存在的套环的阻碍。在一些示例性实施方式中，套环和吸力桩一起安装，然后将导管或管道安装成通过桩到达用于海底设备的海床。

海底设备可以在安装套环(这可以与基座一起或随后)之后安装，并且一旦海底设备就位就装配盖。

当基座是吸力桩并且在安装之前将其联接到套环时，套环和桩组件可以有利地例如利用组件倒置通过浮动运输。与盖的浮动一样，这意味着不需要特殊的船。可以使用具有适度提升能力的较小的船。可以使用已知的用于吸力桩的技术使套环和桩浸没，然后再次使用已知技术将它们引导到海床上的所需位置。采用这种方法，安装套环所需的设备和培训非常类似于安装吸力桩所需的设备和培训，因此使引入套环和盖系统的成本最小化。

现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的某些优选实施方式，在附图中：

图1示出了直接接合的下拉方法的基本原理；

图2是具有盖和套环布置的海底设备保护装置的侧视截面图；

图3以局部截面图示出了与图2类似的海底设备保护装置；

图4是带有盖和套环的海底设备保护装置的分解图；

图5是用于歧管等的海底设备保护装置的侧视截面图；

图6示出了用于采油树的海底设备保护装置和用于歧管的海底设备保护装置；

图7是海底设施的布局的平面图；

图8是经调整以与图1的方法一起使用的海底结构的立体图；

图9示出了图8的海底结构，其中盖和拖网偏转器被移除并且包括用于连接到管道的管网；

图10是平面图，示出了与图9相同的特征以及在下拉和/或铺设期间的管道；

图11是经调整以与图1的方法一起使用的另一种海底结构的立体图，包括附接到强点的下拉线；

图12以放大图示出了图11的细节；以及

图13是侧视图，示出了与图11相同的结构，并且指示了在安装时管道的位置以及通过清管器发射接收器插入清管器的位置。

参见图1A，其示出了该方法和系统的一个实施方式。系统17是用于在海底结构18处安装海底管道19的系统17。海底结构18包括作为海底结构18的一部分的支撑件6。在图1的实施方式中，支撑件6为基座6形式。支撑件6包括位于近端位置的拉入点22。近端位置位于支撑件6的第一侧(即图1中支撑件6的左手侧)。支撑件6包括位于远端位置的强点20。远端位置与近端位置间隔开。在拉入点22和强点20之间存在直的畅通路径。该畅通路径桥接在支撑件6的基本上所有宽度上。强点20包括滑轮21。滑轮21构造成使得下拉线24可以经过滑轮21，并且使得滑轮21可以与下拉线24和直的畅通路径结合使用，以将管道19朝向拉入点22铺设和拉入。下面讨论系统17及其使用方法的更多细节。

本系统17不像现有技术的下拉技术中那样需要起始基座/起始桩。相反，它利用支撑件6的宽度以便能够连接下拉线24。因此，强点20与拉入点22放置在同一支撑件6上。图1的实施方式中，强点20和拉入点22都安装至同一个基座6。基座6是一个吸力桩6。海底设备16直接安装至吸力桩6，其中畅通路径在海底设备16之间延伸穿过吸力桩6。

拉入点22和强点20分别位于近端位置和远端位置，其中这里使用的术语近端和远端指的是支撑件6相对于管道19位置的近点和远点。因此，拉入点22更靠近管道19，并且强点20更远离管道19。拉入点22位于支撑件6的第一侧，而强点20位于支撑件6的相反侧。在图1的实施方式中，支撑件6和结构18在平面上总体上是圆形的，并且拉入点22和强点20定位成横穿支撑件6和结构18的直径。

强点20是用于抑制通过下拉线24施加到支撑件6的力并且用于当管道的接合头25被拉入和铺设时允许下拉线24移动的结构。

管道19包括管道19的接合头25。接合头25是管道19在拉入点22处(待)附接到海底结构18的部分。

在图1B中可以看到接合头25的更多细节。从图1B中可以看出，下拉线24通过支架26附接到管道19。支架26包括中心孔，管道19穿过该中心孔。支架26接触管道19的接合头25，使得施加到下拉线24的张力经由支架26传递到管道19。通过握紧接合头25将支架26保持在管道19的接合头25的适当位置上。进一步地，管道19的接合头25包括在支架26和管道19的端部之间的凸缘27。凸缘27防止支架26朝向管道19的端部的轴向移动。因此，当张力施加到线24时，张力传递到管道19。

支架26包括两个突出部分28，当支架26处于适当位置时，突出部分28从管道19径向延伸。存在两个下拉线24，每个下拉线24附接到相应的突出部分28，使得下拉线24(当张紧的情况下)基本上平行于管道19延伸，但是其与管道19径向间隔开。线24的间隔允许线24不与管道19的端部上的凸缘27以及海底结构18的拉入位置22处的任何凸缘接触(clear)。当沿管道19的纵向轴线观察时支架26是旋转对称的。

下拉线24从接合头25传递到强点20的滑轮21，然后到达张紧装置(未示出)，所述张紧装置例如为海面上的船只的甲板上的绞车。滑轮21在支撑件6上方升高一定高度。

系统17包括管道支撑件28，用于在铺设管道19之后支撑管道19。管道支撑件28相对于海床29支撑管道19并在海床29和管道19之间提供间隙。管道支撑件28是支撑袋的形式。管道支撑件28在管道19的接合端处支撑管道19，即在管道19上靠近接合头25并靠近海底结构18的位置处支撑管道19。

系统17包括支撑架30，用于在铺设之后支撑管道19。支撑架30接触并支撑管道19的接合头25。支撑架30构造为在升高位置(参见图1A中的状态(ii))和降低位置(参见图1A中的状态(iii))之间可升高和降低。如下所述，清管器(pig)在升高位置处被致动，管道19在降低位置处连接到海底结构18。

该系统包括用于在将管道19连接到海底结构18之前使管道19溢流的清管器。清管器由清管器发射接收器31致动，该清管器发射接收器31在铺设期间附接到管道19的接合头25，并且在清管器的致动后从接合头25移除(如图1A中的箭头所示)。

系统17包括自动系统(未示出)，用于指示下拉线24何时已经到达相对于强点20的适当位置/距离，以及因此指示管道19的接合头25何时已经到达相对于拉入点22的适当位置。该适当距离在图1A的状态(i)中示出。

强点20包括触发系统32，例如闩锁机构32，当下拉线24处于适当位置时触发系统32被触发。闩锁机构32包括位于下拉线24上、与管道19的接合头25之间具有预定间隔的闩锁装置32，其中闩锁装置用于当闩锁装置到达强点20时向拉动下拉线的系统发送信号。闩锁装置32在与强点20的滑轮接触时被机械地触发。

海底结构18包括用于保护海底设备16免受损坏的保护装置33。保护装置33包括在拉入位置22和海底设备16之间位于海底设备16附近和/或围绕海底设备16的缓冲杆/框架33。

现在描述图1中所示的方法的实施方式。

首先，该方法包括钩住下拉线24。下拉线24从位于海面处的绞车(未示出)向下传递到海底结构18并经过强点20的滑轮21。然后，当管道19处于海面时，将下拉线24的端部向上带回到海面上并附接到管道19的接合头25。如上文所述，下拉线通过支架26附接到管道19。清管器发射接收器31也附接到接合头25。

然后通过将接合头25朝向海底结构18向下拉动来开始管道19的铺设。这通过使用海面处的绞车(未示出)向下拉线24施加恒定的张力来实现。

在铺设期间，可以处理/调整管道19，使得它可以应对热膨胀，如上所述。

管道19被向下拉动，直到管道19处于相对于强点的适当位置/距离(图1A的状态(i))。在该位置/距离处，附接到下拉线24的闩锁机构32接触强点20，并因此发送信号以停止使用绞车下拉。

一旦管道19处于距离强点20的适当的距离处(状态(i)，就可以继续铺设管道19，直到管道停靠在处于升高位置处的支撑架30中(图1A的状态(ii))。

然后继续铺设，直到管道19也抵靠管道支撑件28。这使得管道19在拉入过程中以最小(或优选地无)弯矩安放。

接合头25被锁定在支撑架30中。

清管器发射接收器31用于致动清管器并因此使管道19充满水。然后移除清管器发射接收器31，如图1A中的箭头所示。

然后将支撑架30降低到其降低位置(图1A的状态(iii))，从而使接合头25降低到与拉入点22相邻。

然后将管道19拉入到拉入点22以将管道19附接到海底结构18。这通过使用冲击缸(未示出)来实现。

然后使用液压夹具(未示出)将管道19锁定在适当的位置。

如上所述，即使没有使用直接接合，所提出的连接方法也具有一些好处。如果需要，可以通过连接线轴将管道联接到海底设备。然而，优选使用直接接合以避免连接线轴的成本以及为了将海底位置处所需的干预降低到最小。对于直接接合的使用，需要允许管道在安装之后的热膨胀以及在某些情况下管道在安装期间的移动。可以使用用于具有允许管道膨胀的特定特征等的直接接合的多种技术。优选实施方式利用WO2015/149843中描述的类型的局部残余曲率，其涉及使用如WO02/057674中描述的技术创建曲率半径。

在运行中，管道将在可能与例如石油或天然气的运输有关的高压和高温下膨胀。在例如固定在海床上的两个海底结构之间的总体直形构造的情况下，这种热膨胀(这将导致管道长度增加)将导致在管道上产生压缩力。这些压缩力可能是显著的，并且在没有一些控制机构的情况下可能导致管道在不可预测的位置弯曲，导致管道在水平或竖直平面中变形和可能的坍塌。

在传统的安装方法中，由于管道本身的重量和铺设船舶的向前运动，管道在从铺设船舶布置时处于张力状态。该张力在管道中引起轴向弹性延伸，并且由于管道在安装过程完成之前不会恢复其原始长度，因此被安装的管道保持在张力下。管道中预先存在的张力减轻了操作管道中纵向膨胀的影响；然而，由此产生的压缩力仍可能大到足以引起弯曲。通常用于防止管道弯曲的其他措施包括将管道埋入沟槽中或将其放置在开放的沟槽中、用砾石覆盖管道、沿着蛇形路线铺设管道、将管道铺设在更大的套环中、以及在管道中沿其长度包含膨胀回路。这些方法可能是昂贵的，并且可能留下关于管道中的弯曲的可能性和可能位置的不确定性。

WO 02/057674描述了一种旨在通过在海床上铺设管道的同时使用热膨胀回路允许受控制的热膨胀来缓解这些问题的方法。该方法在图5中示出，其示出了铺设船和相关的铺设设备。可以使用类似的步骤或任何其它合适的方法在管道19被铺设之前使管道19塑性变形。WO 02/057674的方法涉及优选地通过托管架将具有初始残余曲率半径RrInit的管道从管道卷轴送出到曲率装置，在该曲率装置处反向曲率半径Rmk被施加到管道的相对于初始残余曲率半径RrInit的相反侧。曲率装置将管道伸直到具有残余曲率半径Rr的更长的主要直线部分，该残余曲率半径Rr大于一些所需的最小残余曲率半径Rr in。曲率装置将管道的具有长度IE的较短部分暴露于反向曲率半径RmkE，反向曲率半径RmkE小于期望的最大残余曲率半径REMax。这些具有减小的曲率半径RmkE的较短长度在布置的管道中提供热膨胀回路。该方法的结果是，在热膨胀期间，偏转在预先存在弯曲的区域处以受控的方式发生。

根据WO 2015/149843将WO 02/057674的方法适应于在管道的与管道的接合头相邻的部分中创建连接和热膨胀回路。

在这种经调整的用于布置管道的过程中(该过程可用于管道19以形成类似的连接和热膨胀回路)，管道从管道卷轴布置，该管道卷轴可以在管道铺设船上。当管道19从管道卷轴布置时，管道19在托管架上弯曲。存在由于管道在管道卷轴上的储存以及其在托管架上的弯曲而产生的残余曲率半径。对于管道19的大部分，通过弯曲校正器去除该残余曲率，该弯曲校正器可以是使管道通过弯曲路径的滚轮装置。在管道的与将与海底设施连接的管道末端相邻的部分中，调整弯曲校正器使得更小量的弯曲被施加到管道的相反侧(即，从卷轴布置并在托管架上弯曲后显示凸形弯曲的一侧)。如在WO 02/057674或WO 2015/149843中那样，这可以通过调节设定弯曲路径的尺寸的辊子之间的距离来完成。以这种方式，更少的由于卷轴上的存储以及在托管架上的弯曲而产生的残余曲率被移除，从而在管道部分的与管道的端部相邻的部分中留下小于预定最大曲率半径的曲率半径。这在管道的接合头处产生了连接和热膨胀回路。

连接和热膨胀回路的曲率半径可以大于管道19的弹性曲率半径，这意味着该回路能够作为弹性弹簧工作。因此，任何在连接过程期间施加在管道19上的张力使得连接回路被拉直。当然，如果管道19要从海底结构中释放，则管道19中的回路将弹回并采用其原始形状。

由于管道19的接合端的区域中的直接接合和热膨胀回路，拉动管道与相应连接器接触所需的力大大得减小。更具体地，使直接接合和热膨胀回路弹性变形并由此伸展管道19所需的力明显小于将管道19塑性弯曲成适当的对准或拉紧直管道19以增加其长度所需的力。

在管道的接合端的区域中提供直接接合和热膨胀回路的另一个优点是该回路还可以补偿管道使用过程中的热膨胀。这如WO02/057674中所描述的。由于如上所述的残余曲率的使用，可以避免在沿着管道19的中间位置处的进一步的膨胀回路的需要。

图2至图7示出了可以使用所提出的连接方法的海底设施。如上所述，可以将连接方法与塑性变形的使用相结合以产生残余曲率。应当理解，图1的海底设施大致类似于图2-7的所有基座和盖/套环结构，因此可以以类似的方式使用连接方法。该连接方法还在下面参考图8-10在与图1中的海底设施有关的示例(即类似于图2至7的示例)中进一步详细描述，并且还在下面参考图11-图13在与不同类型的海底设施有关的示例中进一步详细描述。应当理解，该直接接合方法可以与任何基座和任何海底设施一起使用，只要基座6/基座6上的结构为强点20和拉入点22提供必要位置并且在这些点之间有可用空间用于下拉线24的铺设即可。

图2示出了一种带有盖和套环布置的海底设备保护装置。它以侧视截面图示出。保护的概念基于“圆顶/杯形”保护盖1装配在周向套环2内的管道原理中的管道。在平面图中，盖1和套环2在该示例中是圆形的。套环2限制盖1在水平方向上的移动，并且阻止其旋转/枢转。盖1通过其重量以及通过盖和套环的相应形状固定在适当位置。这意味着不需要锁定装置来装配盖1以保护海底设备16免受横向拖网载荷和向下竖直冲击载荷的影响。该装置可以与本文提出的直接接合的管道连接方法一起使用，因为在移除盖1并将海底设备16适当地布置在基座6上的情况下，可以实现所需的穿过基座6的通路以便使用所提出的强点30。

保护的概念可如图所示地用于单个吸力桩6以用于保护采油树(XT)，或在套环可以集成到基座支撑件的情况下用于保护其他结构(歧管、UTA、泵等)。图4至图6示出了其他海底设备以及XT。当安装在套环2内时，保护盖1可以处于锁定在适当位置的一个单元中或为锁定在适当位置的多个部分。套环2容纳拖网偏转器3。在图1的示例中，拖网偏转器3采用装配到套环2的侧壁的三角形板的形式，这些拖网偏转器3可以例如以90度的间隔围绕套环2的周向安装。拖网偏转器3可以具有孔8，用于减轻其重量并使由洋流产生的力最小化。在安装期间拖网导流板可以支撑柔性流送管4。这提供了一种方便的方式来保持柔性流送管4并将其输送到海床。

图2还示出了传感器5用于检测来自海底设备16或来自任何其他来源的气体积聚或压力泄漏的用途。该图进一步说明了管道7可以钻孔通过吸力桩基座6的方式。

图3中示出了另一个示例。它具有与图2的示例相同的基本特征，其具有盖1、套环2、拖网偏转器3和基座6。在该示例中，拖网偏转器3使用成角度的梁而不是三角形板。该图还示出了附加的可选特征，包括盖1的上部中的入口开口9和套环2中的孔10。可以使用套环中的孔10来允许到达海底设备16。开口9有类似的目的。与图2相比，图3还示出了可以如何由套环的上部(图3中)或通过坐放在套环2的底部(图2中)支撑盖1。

基本主要元件在图4中的另外两个示例中以分解图示出。在图的左侧，示出了用于歧管或类似结构的保护装置。盖1在平面图中是非圆形的，以便适应歧管的矩形形状。套环2具有与盖1类似的形状。盖1装配到套环2中，套环2具有拖网保护装置3。在图4的右侧示出了用于XT的XT保护装置。在这两种情况下，柔性流送管4可以如上所述地缠绕在套环2周围。图4中所示的另一个特征是用于拖网偏转的截锥形元件11。因此，通过这些示例，拖网偏转器可以由角板3和截锥形元件11构成。当然，由于具有歧管保护装置，截锥形元件11并不是真正的锥形，因为它也必须遵循盖1的非圆形形状。

图5示出了另一个示例性保护装置，其类似于图4左侧的保护装置。海底设备16可以是歧管。图5的装置在形式上类似于图2的装置，除了其在平面图中的形状是非圆形的，例如是体育场形状或椭圆形的，使得它围绕大致矩形的海底设备16紧密地接合。

盖和套环保护装置可用于海底设施，以保护海底设备的各种不同部分，如图6和图7所示。

在图6中，左侧的CAN和XT由第一盖1和套环2布置保护，第一盖1和套环2在平面图中大致为圆形，右侧的歧管由第二盖1和套环2布置保护，第二盖1和套环2在平面图中为非圆形。XT保护装置以侧视截面图示出。歧管保护装置以局部侧视截面图示出。在图7中，海底设施以平面图示出。具有圆形盖1的三个采油树连接到具有体育场形的盖1的歧管。

海底设备通过管线13连接在一起，管线13可以用混凝土垫15保护。管线13可以是使用本方法和系统附接到海底设备16的管道19。由于海底设备16的各种元件是分开的并且具有单独的保护，因此它们可以在任何最方便的地方自由放置，并且还可以以模块化方式容易地移除和添加元件。也可以在之后容易地添加中间元件，例如图6中所示的增压泵17。这种类型的灵活的方法对于设备的多个部件在一个大防护件下组合在一起的现有技术的防护结构是不可能的。

上面参考图1讨论的连接方法可以与图2至7的海底设施一起使用。图8至10示出了这种情况的一个示例。

图8示出了经调整以与图1的方法一起使用的示例性海底结构18。海底结构包括以抽吸基座6的形式的支撑件，其支撑海底设备16、拉入点22和强点20。海底设备由盖1和拖网偏转器11保护。盖1是可拆卸的，以允许到达强点20和拉入点22之间的直的畅通路径。拖网偏转器11可以包括一个或多个间隙，以允许到达直的畅通路径。

图9示出了图8的海底结构，其中移除了盖1和拖网偏转器11以及包括用于连接到管道19的管网。

图10示出了图8和9的海底结构18的平面图，其中同样移除了盖1和拖网偏转器11。然而，图10还示出了下拉期间的管道19。从图10中的管道19的弯曲可以看出，已经使管道19变型使得它被弯曲以用于热膨胀控制。

图11示出了与本方法一起使用的系统117的替代实施例。该系统117也可以与图2至7的海底设施结合使用。图12以放大视图示出了图11的细节。图13示出了与图11相同的结构的侧视图，并示出了其使用方法。这与图1类似。然而，在图13中仅示出了状态(ii)和(iii)，未示出状态(i)，但其将存在于状态(ii)之前。

除了下面说明的之外，系统117基本上与图1的系统17相同。

图13是示出了与图11相同的结构的侧视图，并示出了其使用方法。这与图类似，并指示了安装时管道的位置以及通过清管器发射接收器插入清管器的位置。

系统117包括多个基座106。支撑结构107安装到这些基座106。支撑结构107是在基座106处具有其基脚的框架。框架107布置为与强点120和拉入点122、122'一起保持海底设备116，其中畅通路径再次在海底设备116之间延伸。

存在多个拉入点122、122'，一些拉入点122位于支撑结构107的第一侧，一些拉入点122'位于支撑结构107的第二相反侧。尽管未示出，但是强点120可以朝向支撑结构107的中心定位，使得它可以用于将管道119安装到拉入点122、122'二者中。

支撑结构107支撑拖网偏转器11，拖网偏转器11同样包括间隙以允许到达直的畅通路径。

强点的滑轮121在支撑件107上方升高一高度，所述高度基本上等于管道119在其停靠在支撑架130的升高位置中时的高度。因此，当管道由处于升高位置的支撑架130支撑时，下拉线124在管道119和滑轮121之间水平延伸。

支撑件107是多边形结构，其一般为矩形形式。直的畅通路径从该矩形的一侧穿过到达另一侧，并且基本上沿矩形的较长的边将矩形平分。

Claims (29)

1.一种用于将海底管道安装在海底结构处的方法，其中所述海底结构包括支撑件，所述支撑件为基座形式或安装到基座并用于将载荷传递到所述基座的支撑结构形式，所述方法包括：

在相对于所述海底管道的近端位置为所述支撑件提供拉入点，其中所述近端位置位于所述支撑件的第一侧，并且其中所述拉入点是所述管道将连接至所述海底结构的点；

在相对于所述海底管道的远端位置为所述支撑件提供强点，其中所述远端位置与所述近端位置间隔开，并且在所述拉入点和所述强点之间存在直的畅通路径以用于下拉线的铺设，这条畅通路径桥接所述支撑件的部分宽度或全部宽度，其中所述强点是一种用于抵抗当管道的接合头被下拉时通过所述下拉线施加到所述支撑件的力的结构；

使下拉线经过所述强点处的引导件并使用所述下拉线下拉所述管道，其中所述畅通路径的长度是已知的，并且所述方法包括当所述管道相对于所述强点处于适当距离时停止下拉所述管道，所述适当距离等于或略大于所述强点和所述拉入点之间的距离；

铺设所述管道并使所述下拉线沿着所述畅通路径通过；以及

继续铺设和/或拉入，直到所述管道的所述接合头处位于所述拉入点处的所需位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中不使用起始基座或起始桩。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述基座是吸力桩。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用多个基座。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述支撑件保持海底设备，其中所述畅通路径位于海底设备之间。

6.根据权利要求1或2所述的方法，包括从海面处的张紧系统勾住下拉线，使其通到所述强点并到达所述管道。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用多个下拉线。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，铺设后的所述下拉线用于将所述管道拉入到所述拉入点中。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，执行所述管道的铺设，直到所述管道停靠在管道支撑件上。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，执行所述管道的铺设，直到所述管道停靠在处于升高位置的支撑架上。

11.根据权利要求10所述的方法，包括将所述管道锁定到所述支撑架。

12.根据权利要求1或2所述的方法，包括在铺设所述管道之后使用由清管器发射接收器致动的清管器使所述管道溢流。

13.根据权利要求10所述的方法，包括将所述支撑架降低到与所述拉入点相邻的降低位置。

14.根据权利要求13所述的方法，包括将所述管道拉入到所述拉入点中以将所述管道连接到所述海底结构。

15.根据权利要求1或2所述的方法，包括：在将所述管道从管道铺设船引入海洋期间，将塑性变形施加到所述管道的一个区域，所述区域位于或者靠近所述管道的将被接合的接合端，以及在接合期间或在接合之后使所述区域弹性变形以增加其曲率半径。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述区域位于所述管道的所述接合端的200m内。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述区域位于所述管道的所述接合端的100m内。

18.根据权利要求15所述的方法，包括在铺设所述管道之后将所述管道拉入到所述拉入点，其中上述拉动的动作导致所述区域的所述弹性变形。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述远端位置位于所述支撑件的与所述第一侧相反的一侧。

20.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述远端位置朝向所述支撑件的中心。

21.根据权利要求1或2所述的方法，其中加热器附接至所述管道或邻近所述管道。

22.一种用于将海底管道安装在海底结构处的系统，

其中所述海底结构包括作为所述海底结构的一部分的支撑件，所述支撑件为基座形式或安装到基座并用于将载荷传递到所述基座的支撑结构的形式；

其中所述支撑件包括在相对于所述海底管道的近端位置处的拉入点，其中所述近端位置位于所述支撑件的第一侧，并且其中所述拉入点是所述管道将连接至所述海底结构的点；

其中所述支撑件包括强点或用于强点的安装件，强点在相对于所述海底管道的远端位置处连接至所述用于强点的安装件，其中所述远端位置与所述近端位置间隔开并且在所述拉入点和所述强点之间存在直的畅通路径以用于下拉线的铺设，这条畅通路径桥接所述支撑件的部分宽度或全部宽度，其中所述强点是一种用于抵抗当管道的接合头被下拉时通过所述下拉线施加到所述支撑件的力的结构；

其中，所述强点包括引导件，所述引导件构造成使得下拉线能够经过所述引导件并且使得所述引导件能够与所述下拉线和所述直的畅通路径结合使用以将所述管道朝向所述拉入点下拉、然后铺设并拉入，其中所述系统包括自动系统，用于指示所述下拉线何时已经到达相对于所述强点的适当距离，所述适当距离等于或略大于所述强点和所述拉入点之间的距离，使得能够停止所述管道的下拉并且然后能够执行所述管道的铺设并使所述下拉线沿着所述畅通路径通过。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述系统构造为执行用于将海底管道安装在海底结构处的方法，所述方法包括：

在所述近端位置为所述支撑件提供所述拉入点；

在所述远端位置为所述支撑件提供所述强点；

使所述下拉线经过所述强点处的引导件并使用所述下拉线下拉所述管道，其中所述畅通路径的长度是已知的，并且所述方法包括当所述管道相对于所述强点处于适当距离时停止下拉所述管道，所述适当距离等于或略大于所述强点和所述拉入点之间的距离；

然后铺设所述管道并使所述下拉线沿着所述畅通路径移动；以及

继续铺设和/或拉入，直到所述管道的接合头处于所述拉入点处的所需位置处。

24.根据权利要求22或23所述的系统，其中所述海底结构包括由所述海底结构的所述支撑件支撑的海底设备；以及海底设备保护装置，所述海底设备保护装置包括盖和套环，其中所述盖和所述套环构造为能够由所述海底结构的所述基座支撑；并且所述盖和所述套环布置为使得所述盖的至少一部分能够进入所述套环的开口并由所述套环支撑；所述盖和所述套环从而覆盖并保护所述海底设备。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述套环安装到所述基座并围绕所述海底设备，并且其中所述盖覆盖所述海底设备。

26.根据权利要求22或23所述的系统，包括多个所述海底结构，其中所述海底结构以卫星布置连接。

27.根据权利要求26所述的系统，其中多件海底设备经由海床上的一个或多个管道彼此连接。

28.一种安装根据权利要求24或25所述的系统的海底设备保护装置的方法，所述方法包括：将所述套环安装到所述海底设备的所述基座；将所述盖定位在所述套环的所述开口处，并将所述盖的至少一部分插入所述套环的所述开口中，使得所述盖被保持在所述套环内。

29.一种安装根据权利要求27所述的系统的方法，包括通过以下步骤安装所述一个或多个管道：

在所述近端位置为所述支撑件提供所述拉入点；

在所述远端位置为所述支撑件提供所述强点；

使所述下拉线经过所述强点处的引导件并使用所述下拉线下拉所述管道，其中所述畅通路径的长度是已知的；

当所述管道相对于所述强点处于适当距离时停止下拉所述管道，所述适当距离等于或略大于所述强点和所述拉入点之间的距离；铺设所述管道并使所述下拉线沿着所述畅通路径移动；以及

继续铺设和/或拉入，直到所述管道的接合头处于所述拉入点处的所需位置处。

Images