CN110506176A

CN110506176A - 系统、设备和方法

Info

Publication number: CN110506176A
Application number: CN201880025016.4A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·詹姆斯·史密斯; 凯瑟琳·玛格丽特·格辛
Original assignee: Royal Ihc Co Ltd
Current assignee: Royal Ihc Co Ltd
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: EP3583338A1; BR112019017150A2; US20200003336A1; WO2018149987A1; EP3583338B1; CN110506176B; NL2018392B1; US10962144B2

Abstract

一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件(202)的系统。所述系统包括直立结构(206)；绞拉元件(204)，其能够沿直立结构(206)内的轴线伸缩；联接元件(210)，其连接到绞拉元件(204)，用于将绞拉元件(204)联接至长形元件(202)；以及捕捉器元件(212)，其被配置为在收回或延伸绞拉元件(204)期间保持联接元件(210)与直立结构(206)内的预定轴线对齐。

Description

系统、设备和方法

本发明涉及一种系统、设备和方法。特别地但不排他地，本发明涉及一种用于从海船向海底位置铺设管道的系统和方法。

传统上，可以使用多种技术将管道以管长连续的方式从船部署到海床。在“J型铺设(J-lay)”系统中，是以组装线型的方法将管材段按顺序添加并固定至正在部署的管道上。一些J型铺设系统采用静式夹具和动式夹具来部署管材段并将其下放成J型铺设结构。

在海船上，将管材段从甲板上的水平位置抬起到更竖直的位置并用塔架保持。然后，沿塔架向下下放管材段，直到管材段下端靠近先前已部署管材段的上端(安装接头)。之后，通过合适的附接方法，如焊接，将管材段的下端联接到先前已部署的管材段的上端。为了使联接有效，在附接期间通常将两个管材段保持或夹持到合适的位置。

附接之后，将管材段例如经由月池或船边缘从海船下放，并重复该过程。在管道构建时，管道沿“铺设线”被下放，“铺设线”即管道从塔架向海底位置下放时管道所遵循的位置。如图1所示，铺设线遵循字母“J”100的形状。

因此，焊接的管材是逐渐构建并下放入海水中的，并且将铺设在海床或沟渠的预定位置之中。管材可用于沿海床输送开采的流体诸如石油、天然气和水，比如从开采平台输送至陆上地点。

J型铺设技术可用于在浅水或深水的深度铺设管道，深度通常约为750米至1000米。管材直径通常可在5至36英寸(12.7至91.44厘米)范围内。管材段长度通常可以是12米，不过多个管材段可以预焊接成2×12米的长度组(称作24米双管接头)，或3×12米的长度组(称作36米三管接头)，或4×12米的长度组(称作48米四管接头)，或6×12米的长度组(称作72米六管接头)，等等。

J型铺设系统可以包括弃置及回收系统。这被用作中止和重新启动铺设作业的一种方式，并允许使用基于钢丝绳绞车的系统将管道下放至海床并从海床回收。弃置及回收系统通常使用绞车或一系列绞车将弃置及回收绳索的终端下放到合适位置，使其能够连接到管道，并随后将管道吊起/下放。第二绞车有助于引导弃置及回收框架，以帮助防止框架发生由于例如船运动引起的不必要的摇摆。例如在波涛汹涌的海面上，框架的摆动运动会迅速放大，而这会对系统造成损害。

操纵第二绞车需要额外的操作，这常常需要人工干预。此外，由于作业线(firingline)上存在管道，用于下放弃置及回收框架的绞车/绞车系列不能位于管道的作业线上(管道从J型铺设塔架被保持和部署所沿的线)。因此，弃置及回收框架和/或弃置及回收系统与管道之间的任何连接都是偏离作业线的。弃置及回收框架的连接是借助起重装备在载人区域内进行的。

此外，改变J型铺设塔架相对于船的角度可以对绞车系统中的绳索施加张力负荷。如果系统不符合要求，塔架的角度变化可能会损坏绳索(例如，通过拉伸)，导致塔架在回到原始角度时绳索松弛。在极端情况下，绳索上的张力可能会导致绳索断裂。

有时，不同的铺设操作可能使用不同的管材规格。因此，J型铺设系统的各个方面可适合于允许具有不同管材长度、不同管材直径或两者兼有的不同管材尺寸的使用。

先前已部署的管材段的上端通常由悬挂夹具(hang off clamp)保持在适当的位置。通常，在不同尺寸的管材铺设之间手动更换悬挂夹具的衬垫。衬垫通常由摩擦力相对高的物质形成，其在抓握运动时被压紧管材以保持住管材。悬挂夹具常常位于飞溅区(部署管材进入大海内的区域)附近的环境内或飞溅区里面的环境内。对于工人来说，这可能是令人不快的工作环境。

WO 2006/085739公开了一种用于安装包括一个或更多个配件的海上管道的海底管材铺设方法和系统。该方法包括以下步骤：提供船；从该船在作业线中在海床方向上使管道从船投水；使该管道与夹紧装置接合，该夹紧装置连接到船并适于支撑先前投水的管道的重量；以及将该配件移动到作业线内至位于夹紧装置上方的位置。

卷筒式铺设(reel-lay)系统通常部署连续的管道，连续的管道由卷轴供给。有时在卷筒式铺设操作过程中，物品可能被附接到管材段。例如，要附接至管道的物品可以包括管材饰物，如止屈器、阳极、列板和浮力模块。这可以在卷筒式铺设塔架内安装管道节段的同时完成。通常，这些活动是在塔架内的工作站上进行的。在一些情况下，能够在塔架内(即在沿卷筒式铺设塔架的不同高度处)进行这些操作和/或将物品附接在沿所安装管道节段的不同位置处是有利的。

WO 2004/068012公开了用于铺设来自卷管储器和/或船上焊接制造装置的刚性管材的布置。

根据本发明的第一方面，提供一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的系统，该系统包括：

直立结构；

绞拉元件(winching element)，其沿直立结构内的轴线可伸缩；

联接元件，其连接到绞拉元件，用于将绞拉元件联接至长形元件；和

捕捉器元件(catcher element)，其被配置为在收回或延伸绞拉元件期间保持联接元件与直立结构内的预定轴线对齐。

根据本发明的第二方面，提供一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的系统，包括：

直立结构；

第一夹持元件和第二夹持元件，每个夹持元件沿直立结构可穿越(traversable)；

致动元件，其被配置为控制第一夹持元件相对于直立结构的移动；

其中，第二夹持元件被配置为与第一夹持元件联接，使得当联接到一起时，致动元件能够控制第一夹持元件和第二夹持元件两者相对于直立结构的移动。

根据本发明的第三方面，提供了用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的方法，该方法包括：

提供系统，该系统包括：

直立结构；

第一夹持元件和第二夹持元件，每个夹持元件沿直立结构可穿越；

该方法还包括将第二夹持元件与第一夹持元件联接；以及

致动致动元件以控制第一夹持元件和第二夹持元件两者相对于直立结构的移动。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于构建和部署长形元件的卷筒式铺设系统，包括：

直立结构；

夹持元件，其沿直立结构可穿越；和

工作站，其用于对位于直立结构内的长形元件提供接近；

其中，工作站联接到夹持元件，使得工作站经由夹持元件沿直立结构可穿越。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的方法，该方法包括提供包括根据第四方面所述的系统。

本发明的某些实施例提供的优势是，弃置及回收系统可以移入或移出管道的作业线。

本发明的某些实施例提供的优势是，弃置及回收系统可以自动闩锁至管道上。

本发明的某些实施例提供的优势是，可以向系统中构造柔度，以有助于防止绞拉绳过度张紧。

本发明的某些实施例提供的优势是，可以减少将管材连接至系统所需的时间。

本发明的某些实施例提供的优势是，提高操作系统的工人的安全性。

本发明的某些实施例提供的优势是，悬挂夹具可以收回到更适合进行维护的区域中。

本发明的某些实施例提供的优势是，可以调节悬挂夹具的位置以适应J型铺设塔架相对于船甲板的不同角度。

本发明的某些实施例提供的优势是，焊接/涂覆操作和/或向管材段添加物品可在沿管材的任何点处进行。

本发明的某些实施例提供的优势是，工作站可提供对管材段的作业线的接近。

本发明的某些实施例提供的优势是，提供了这样的工作站，其允许接近卷筒式铺设系统中的管道。

在下文中参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1示出了具有铺设组件的船；

图2a-2d示出了用于在铺设操作中部署长形元件的系统的逐步操作；

图3a-3b示出了图2a-2d的系统，其中捕捉器元件在收回位置穿越(traversed)；

图4a-4b分别示出了处于收起位置和操作位置的捕捉器元件；

图4c示出了捕捉器元件的保持元件；

图5a-5c示出了用于铺设操作的系统的逐步操作；

图6a-6c示出了包括安装的工作站的行进夹具；和

图7a-7b分别示出了图6a-6c的包括安装的工作站的行进夹具的俯视图和侧视图。

在附图中，相同的参考编号指代相同的部分。

如本文所用的，术语“直立结构”用于涵盖从地面、地板或甲板等向上延伸并可以以任何角度向上延伸而且可以改变角度的任何构造或组件。例如，J型铺设塔架通常与船甲板成45度至90度之间向上延伸。然而，该结构可以是近似直立的，或从基底、地面或甲板以任何量或角度向外/向上延伸。

实施例1

图2a-2d和图3a-3b示出了用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的系统的第一实施例200。例如，该系统可用于在J型铺设操作中停止和重新启动长形元件的构建及部署。

图2a-2d展示了系统的第一实施例200的示例。系统200包括直立结构206、连接到绞拉元件204的联接元件210和捕捉器元件212。

图2a示出了放弃在J型铺设操作中构建和部署长形元件202时的系统200的开始位置。放弃构建和部署可以在管材施工完成时进行。可替代地，不利的天气条件可能使生产停止，这种情况下，弃置及回收系统用于将管材产品朝向海床下放。当生产恢复时，系统用于将管材回收至船和铺设系统。在此示例中，直立结构是J型铺设塔架206。

在图2a所示的初始位置，长形元件202(例如，用于在J型铺设操作中使用的管材段)处于工作位置，即，管材段未被弃置并且由夹持元件(未示出)保持在适当位置。夹持元件例如可以是可移动夹具或固定式夹具。

在图2a所示的初始位置中，联接元件210被连接至绞拉元件204的一端并通过绞拉元件204保持在长形元件202的作业线中。

作业线通常可被定义为在部署长形元件时塔架的可能被该长形元件占据的区域。

绞拉元件204沿直立结构内的轴线是可收缩的。在此示例中，绞拉元件在大体上平行于长形结构的方向上(即，在图2a所示的示例中竖直向上和向下)是可收缩的。换句话说，绞拉元件204在大体上沿直立结构206的纵向轴线的方向上是可收缩的。

联接元件210被配置为用于连接至长形元件202。在此示例中，联接元件是Spelter承座。在此示例中，绞拉元件是绳索204。

捕捉器元件212被配置为在收回或延伸绞拉元件204期间保持联接元件210与直立结构206内的预定轴线对齐。在此示例中，预定轴线沿直立结构206的纵向方向延伸并在作业线内。

在此示例中，捕捉器元件212位于联接元件210的正上方，使得捕捉器元件的底表面与该联接元件接合。

捕捉器元件212可滑动地联接至直立结构206，使得捕捉器元件212能够在收回或延伸绞拉元件204期间沿直立结构穿越。如此，捕捉器元件212能够与联接元件210一起沿直立结构206上下穿越并且能够在收回和延伸绞拉元件204期间使联接元件210与预定轴线(例如，位于作业线内)对齐。

在此示例中，直立结构206包括轨道214，而且捕捉器元件212可滑动地安装到轨道214上。轨道214安装在直立结构206上，使得轨道与直立结构大体上平行地(即平行于直立结构的中心纵向轴线)延伸。如此，捕捉器元件212可以沿轨道214穿越，以沿直立结构206上下移动(即，在大体上平行于直立结构的方向上)。捕捉器元件上的轮子或滑垫可以接合该轨道，使得捕捉器元件在除与塔平行的方向(即塔架的上下方向)之外的所有方向上都受限。

捕捉器元件212还可被配置为将联接元件210从位于作业线内的操作位置(如图2a-2c所示)引导至偏离直立结构206的作业线的收起位置(如图2d、3a-3b所示)。

在此示例中，捕捉器元件212被配置为在绞拉元件204收回时，引导联接元件210在大体上与直立结构206的方向相垂直的方向上(即，在横向于直立结构的纵向轴线的方向上)穿越。如此，联接元件210能够移动离开管材的作业线。

绳索204形成起重系统(或绞拉系统)的一部分，起重系统包括用于收回和延伸(例如退绕)绳索的起重绞车(未示出)。绳索204从起重绞车供给，分别绕过第一和第二滑轮220和222(以及可选的附加滑轮)并到达联接元件210。

绞车可安装在船上的任何合适的位置。例如，绞车可安装在甲板上，或者可替代地可安装在直立结构上。

起重系统的绞车可用于延伸绳索204，使得绳索204末端处的联接元件210沿J型铺设塔架向下穿越。起重系统的绞车也可以收回绳索204，以使联接元件210沿J型铺设塔架206向上穿越。在此示例中，联接元件210沿大体上平行于J型铺设塔架206(即平行于J型铺设塔架的中心纵向轴线)的方向穿越。在此示例中，联接元件210沿着在长形元件202的作业线内的轴线穿越。

图2b示出了沿J型铺设塔架206向下穿越期间的联接元件210。在此示例中，捕捉器元件212通过沿轨道214下滑而沿J型铺设塔架向下穿越。捕捉器元件212与联接元件210接合，使得捕捉器元件212不会沿轨道214下滑到沿直立结构106向下比联接元件210更低的位置。换句话说，捕捉器元件212至少部分地被联接元件210支撑。

在此示例中，捕捉器元件212被加重。这样，捕捉器元件212的重量向联接元件212施加力，从而有助于拉紧绳索204。合适地，捕捉器元件212的重量可以在1000千克和10000千克之间。在其他示例中，可以通过使用绞车或齿条和小齿轮沿轨道向下拉动捕捉器元件而向绳索上施加张力。经由捕捉器元件向绳索204施加张力能够帮助控制在绳索204被延伸时联接元件210的位置，并可有助于防止绳索204摆动(例如从一侧运动到另一侧)。

联接元件210沿J型铺设塔架206向下穿越(由绞车控制)，直到捕捉器元件212和联接元件210到达连接管材的位置，该位置适当地高于预定位置P₁。

图2c示出了正在被系统弃置的长形元件。这里，该长形元件仅由绳索支撑。捕捉器元件212处于预定位置P₁，同时使联接元件210沿J型铺设塔架206进一步向下延伸超过位置P₁。在此示例中，预定位置P₁是捕捉器元件212能够沿J型铺设塔架向下穿越的最低点。在此示例中，在位置P₁，轨道214上设有障碍物，其阻止捕捉器元件212通过。然而，位置P₁可替代地可以是轨道214的端部，该端部包括止动元件以防止捕捉器元件212滑出轨道214。在此示例中，位置P₁对应于联接元件接触长形元件的安装接头的位置。

回到图2b，一旦捕捉器元件212到达位置P₁，联接元件210接触并被联接至长形元件的安装接头。在联接元件210联接至长形元件202之后，长形元件从夹持元件(未示出)释放。

起重绞车继续使绳索204延伸，以使联接元件210沿J型铺设塔架向下穿越，并由此放低所联接的长形元件202。

一旦联接元件210和长形元件202已经到达期望的位置(例如，海床上)。联接元件210随后从长形元件的端部脱离，例如使用遥控潜水器ROV。

然后，起重绞车收回绳索204，使得联接元件210沿J型铺设塔架206向上(在大体上平行于J型铺设塔架的方向上)穿越。联接元件210沿J型铺设塔架向上穿越，直到联接元件210接触捕捉器元件212的下侧(下侧可能包括用于将联接元件保持在适当位置的保持元件)。

起重绞车继续收回绳索204，使得联接元件210和捕捉器元件212沿J型铺设塔架206向上穿越。联接元件210和捕捉器元件212沿J型铺设塔架206继续向上穿越，直到捕捉器元件212到达预定位置P₂。

在此示例中，预定位置P₂是捕捉器元件212能够沿J型铺设塔架向上穿越的最远点。在此示例中，位置P₂是轨道214上的障碍物，其阻止捕捉器元件通过。然而，位置P₂可以是轨道214的端部，该端部可以包括止动件以防止捕捉器元件212从轨道214上滑落。

图4a-4b示出了捕捉器元件212的示例。捕捉器元件212包括枢转地连接到滑接件(trolley)215的臂213。滑接件215被配置为接合直立结构206的轨道214并沿轨道214滑动。

臂213围绕枢转点217枢转，并且在臂上远离枢转点217设有用于接合联接元件210的保持元件219。臂214被配置成在收起位置(如图4a所示)和操作位置(如图4b所示)之间枢转。在收起位置，保持元件219偏离直立结构的作业线。在操作位置，保持元件219在直立结构的作业线内。

偏置元件221使臂朝向图4b中所示的操作位置偏置。支撑件223优选地大体上垂直于滑接件215延伸，并防止臂213枢转超过操作位置。

图4c示出了保持元件219的示例。保持元件219可以包括用于接收联接元件210的承座229，联接元件210具有用于接合承座229的相应部分。适当地，承座229被成形为大体上罩住联接元件210，以阻止联接元件210相对于塔架的纵向方向上的横向移动。

返回来参考图2d，一旦捕捉器元件212到达位置P₂，则起重绞车继续向绳索204施加力，以便收回绳索。当联接元件210被捕捉器元件212保持时(例如，保持在保持元件219中)，绳索204被阻止收回，并由此使绳索204中的张力增加。

绳索204中的张力的增加导致捕捉器元件212的臂213上升，并因此向收起位置移动。捕捉器元件可以包括用于将捕捉器元件锁定在收起位置的锁定元件。在图4a-4b中所示的示例中，锁定元件225设置在支撑件223上。销可以穿过支撑件中的孔227定位，以阻止臂213往回朝向操作位置做枢转运动。

在收起位置，如果向绳索施加更多的张力，那么臂213可以进一步远离操作位置枢转。这允许绳索中张力的任何变化(例如，由塔架相对于船甲板的角度变化所导致的)。

图2d示出了当捕捉器元件212已被收回至预定位置P₂并且捕捉器元件212和联接元件210已被放置在长形元件的作业线之外的收起位置时的系统。

当捕捉器元件212处于位置P₂时，绳索204上具有最小反向张力的联接元件210的自然位置在长形元件的作业线上(例如，由偏置元件221施加在臂213上的力所导致)。这样，通过释放绳索204中的张力使得臂213可以枢转回到操作位置，联接元件210可以返回到作业线。

虽然该示例描述了用于弃置长形元件的系统，但是它也可以用于回收和重新启动长形元件的构建和部署。回收步骤通常是上述弃置步骤的反向工序。

图3a和3b示出了系统的第一实施例200的另一个示例。具体而言，图3a和3b示出联接元件210如何沿着不在长形元件202作业线内的轴线沿J型铺设塔架206向下穿越。对于该操作，捕捉器元件212被锁定在收起位置(例如，如上与图4a有关的描述)。

图3a示出了当捕捉器元件212已经被收回至预定点P₂并且联接元件210已经沿捕捉器元件212穿越使得其在长形元件的作业线之外时的系统200。

联接元件210和捕捉器212然后可以沿J型铺设塔架向下穿越，同时联接元件210在长形元件202的作业线之外，如图3b所示。

可对以上描述的详细设计进行各种修改。

应该注意的是，尽管图2a-2d和3a-3b中的J型铺设塔架206是竖直的(即，与船甲板成90度角，这在图2a-2d和3a-3b中未示出)，但是根据长形元件部署所需的角度，J型铺设塔架206可以位于任何角度。塔架的角度也可以在使用过程中改变，以适应沿铺设线不断变化的水深。也就是说，对于浅水，塔架向前移动，远离90度位置。这使得管材的铺设线将管材保持在其弹性弯曲极限内，以避免损坏管道。

用于使连接器元件邻近J型铺设塔架穿越的绞拉元件204可以采用链条或绳子等，而不是一条或更多条绳索。

应当理解，尽管针对用于J型铺设操作的管材段的移动对系统进行了描述，但是该系统可以更广泛地用于定位其他长形元件。

虽然联接元件在上面被描述为Spelter承座，但是也可以使用其他合适的联接元件。例如，联接元件可以是任何合适的钩环或主连杆。

尽管在上述示例中，仅使用了一个弃置及回收系统，但可以同时使用两个或更多个弃置及回收系统，以提供更高的容量。这要求每个弃置及回收系统离长形元件的作业线有一个设定的距离，以便它们可以彼此平行地运行。

对于上述示例，当绞拉元件使联接元件收回或延伸时，联接元件可以由捕捉器元件引导。这有助于控制联接元件的移动，并且可以防止过度的侧向运动，侧向运动有时会被海浪运动或船的纵向移动放大。

捕捉器元件有利地支撑联接元件，以防止在塔架以非垂直于船甲板的角度设置时联接元件的摆动。

以上描述的示例的联接元件可被引导至作业线内的正确位置，用于与管材联接。此外，当联接元件不需要时，其可以被收回并从作业线移开。

当使联接元件在塔架内收回和延伸时，捕捉器元件作为不需要限制联接元件的移动的额外的绞车而为引导联接元件提供了有利的布置。

实施例2

图5a-5c示出了用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的系统的第二实施例400的示例。该系统可以例如在J型铺设工序过程中使用。

系统400包括直立结构206、第一可移动夹持元件440和第二可移动夹持元件442。第一和第二夹持元件440、442中的每一个都能够在大体上平行于直立结构的方向上穿越。在此示例中，直立结构是J型铺设塔架206。

图5a示出了安装在船300上的J型铺设塔架206。在此示例中，J型铺设塔架被竖直地(即与船甲板成90度角)安装。

系统包括安装在J型铺设塔架内的夹具轨道430。在此示例中，夹具轨道430大体上平行于J型铺设塔架(即，大体上平行于J型铺设塔架的纵向轴线)安装。

第一夹持元件440能够沿J型铺设塔架穿越。在此示例中，第一夹持元件440可滑动地联接到夹具轨道430，使得第一夹持元件440经由夹具轨道430沿J型铺设塔架穿越。

在J型铺设操作期间(图5a-5c中未示出)，第一夹持元件440可用于支撑长形元件。第一夹持元件440可致动以夹持长形元件的节段。第一夹持元件可以支撑长形元件，同时长形元件的下端被联接至先前已部署的管道的安装接头。第一夹持元件可沿J型铺设塔架(经由夹具轨道430)向下穿越，以沿作业线将长形元件下放至部署位置。

在此示例中，致动元件480连接到第一夹持元件440，以控制第一夹持元件440沿夹具轨道430的移动。致动元件480包括滑轮组。致动是由绞车经由绕在滑轮上的绳索实现的。

在此示例中，第二可移动夹持元件是悬挂夹具442，其位于J型铺设塔架206的下端。悬挂夹具442通过经由轨道430附接至J形铺设塔架206。

在J型铺设操作期间(图5a-5c中未示出)，悬挂夹具442支撑先前已部署的管材段。位于塔架上的第一可移动夹持元件440可以下放第二管材段，使得第二管材段可与悬挂夹具442所支撑的先前已部署管材段的安装接头连接。一旦这些管材段接合，悬挂夹具442可以释放下部管材段，使得整个管材由第一夹持元件440支撑。第一夹持元件440可以朝着位于J型铺设塔架下端中的悬挂夹具442向下移动，以遵循作业线/铺设线将管材段下放入海(以部署管材段)。由此，上部管材段的上端成为下一个安装接头。然后悬挂夹具442可以夹持到安装接头上，使得整个管材由悬挂夹具442支撑。然后，第一夹持元件440可以释放管材，并将J形铺设塔架向上返回到初始位置。

通常，第一可移动夹持元件和悬挂夹具具有600至2000吨的容量，这足以在将管材段附接到已部署管材之后支撑所部署管材的重量。

第一和第二夹持元件都由管材铺设控制室控制，管材铺设控制室可以位于船甲板上的容器中(未示出)。使用协调控制系统(例如Scada)从管材铺设控制室控制第一和第二夹持元件。协调控制系统通常包括液压致动器和电子传感器反馈。第一和第二夹持元件也可以分开控制，包括局部或半局部控制，例如当需要维护时。

第一夹持元件440可以联接至第二夹持元件442，使得致动元件480可以同时控制第一和第二夹持元件440、442两者的移动。

在此示例中，第一夹持元件440具有沿J型铺设塔架向下的大体上中部的初始位置，如图5a所示。可替代地，第一夹持元件可在沿J型铺设塔架的任何地方处于初始位置，例如，第一夹持元件可以在J型铺设塔架的顶部处处于初始位置。

致动元件480控制第一夹持元件440的移动，以允许第一夹持元件440沿J型铺设塔架向下穿越。在此示例中，第一夹持元件440沿J型铺设塔架向下穿越，直到它可以与第二夹持元件配合，如图5b所示。

在此示例中，第一可移动夹持元件通过例如索具或锁销直接联接到第二可移动夹持元件。

然后，致动元件480可以控制第一夹持元件440的移动，使得第一夹持元件440沿J型铺设塔架向上穿越。当第一夹持元件440被联接至第二夹持元件442时，第二夹持元件也沿J型铺设塔架向上穿越。

在此示例中，系统还包括工作站460。在此示例中，工作站460安装在船的甲板上。

工作站远离J型铺设塔架的飞溅区安置。在此示例中，工作站位于船甲板460上，在飞溅区上方。

在此示例中，第一夹持元件440和第二夹持元件442沿J型铺设塔架穿越，直到第二夹持元件442在塔架内的对应于工作站460高度的高度处，如图5c所示。以这种方式，位于工作站内的工人可以从工作站460接近第二夹持元件442。例如，工人能够对第二夹持元件442进行维护或调整工作。例如，工人可以更换第二夹持元件上的衬垫，从而适应不同直径的管材段。

一旦在第二夹持元件上的工作完成，致动元件可以降低第一夹持元件440和所联接的第二夹持元件442，使得它们沿J型铺设塔架向下穿越，直到第二夹持元件442返回到其在J型铺设塔架下端的初始位置。然后，这些夹持元件可以解去联接，并且第一可移动夹持元件可以通过致动元件返回到其初始位置。

可对以上描述的详细设计进行各种修改。

第一可移动夹持元件和第二可移动夹持元件可以间接联接到一起。例如，第一可移动夹持元件和第二可移动夹持元件可经由这两个夹持元件所夹持的长形元件(例如管材段)而联接到一起。

工作站可以位于沿J型铺设塔架的任何点处。

第一夹持元件440的移动可以由附接到起重绞车(未示出)的绳索来控制，而不是通过以上描述的致动元件480。绳索可以联接到第一夹持元件440，使得当收回绳索时，第一夹持元件沿J型铺设塔架向上穿越，且从而第二夹持元件也沿J型铺设塔架向上穿越，并且当绳索被延伸时，第一夹持元件沿J型铺设塔架向下穿越，且从而第二夹持元件也沿J型铺设塔架向下穿越。可以使用任何合适的绞车，例如双滚筒起重绞车。绞车可以安装在船上任何合适的位置，例如绞车可以安装在甲板上。该致动装置可以与轨道430结合使用，以帮助引导夹持元件，或者在一些示例中，轨道可以不存在。

可对悬挂夹具进行的维护工作可以包括更换衬垫、润滑或其他一般性维护。

通过上述示例，从工作站对悬挂夹具进行维护和调整可以成为可能。因此，该布置为工人提供了更好地接近悬挂夹具的途径，并且可以允许进行更复杂的维护或调整工序。

实施例3

图6a-6c和图7a-7b示出了用于在卷筒式铺设操作中构建和部署长形元件的系统的第三实施例600的示例。该系统可用于例如使工作站沿卷筒式铺设塔架穿越。

系统包括直立结构606、夹持元件602和联接到夹持元件602的工作站604。在此示例中，直立结构是卷筒式铺设塔架。

图6a示出了安装在船700上的卷筒式铺设塔架606。在此示例中，卷筒式铺设塔架被竖直地(即，相对于船甲板成90度)安装。在其他实施例中，卷筒式铺设塔架可以相对于船甲板以任何不同的角度安装。

系统包括安装在卷筒式铺设塔架内的夹具轨道(未示出)。在此示例中，夹具轨道大体上平行于卷筒式铺设塔架安装。

夹持元件602能够沿卷筒式铺设塔架穿越。在此示例中，夹持元件602可滑动地联接至夹具轨道，使得夹持元件602经由夹具轨道沿卷筒式铺设塔架穿越。夹持元件602可以通过任何合适的装置是可穿越的。在此示例中，夹持元件可以由附接到夹持元件(未示出)的绞车(未示出)提供动力。绞车可以为附接到夹持元件的与夹具轨道配合的轮子或滑垫提供动力。

图7a和7b分别示出了包括图6a-6c中所安装的工作站的夹持元件的俯视图和侧视图。工作站提供对卷筒式铺设塔架内的长形元件的接近。工作站联接到夹持元件，使得工作站能够经由夹持元件沿直立结构穿越。

夹持元件可设有任何构型的工作站和/或任何数量的工作站。在此示例中，夹持元件包括工作站604和另外的工作站605。工作站604和另外的工作站605可以例如通过楼梯、梯子或索具连接。工作站604可以是任何合适的构型，其提供对长形元件(图7a和7b中未示出)的接近。

返回来参考图6a，在此示例中，系统还包括卷轴650和滑轮652。在初始配置中，如图5a所示，长形元件640从卷轴650延伸越过滑轮652并进入卷筒式铺设塔架606中。

在此示例中，系统还包括安装在卷筒式铺设塔架内的上张紧器660。长形元件640穿过上张紧器660延伸。上张紧器被配置为使长形元件640沿预定轴线穿越经过卷筒式铺设塔架。在此示例中，预定轴线大体上平行于卷筒式铺设塔架。上张紧器660可以以任何方式来做到这一点。在此示例中，上张紧器使用一对从动轨道662_1-2来使长形元件640穿越经过卷筒式铺设塔架，这对从动轨道662_1-2在彼此相反的方向上被驱动以使长形元件640沿卷筒式铺设塔架向上或向下穿越。

在此示例中，系统还包括下张紧器670。下张紧器从用于接合系统中的管材的使用位置可移动至远离管材作业线的非使用位置。

下张紧器被配置为当张紧器处于使用位置时使长形元件640在卷筒式铺设塔架内沿预定轴线穿越。下张紧器670可以以任意多种方式实现这一点。在此示例中，上张紧器使用一对从动轨道672_1-2使长形元件640穿越经过卷筒式铺设塔架，该对从动轨道672_1-2在彼此相反的方向上被驱动以使长形元件640沿卷筒式铺设塔架向上或向下穿越。

在此示例中，系统还包括悬挂夹具608。在图6a中，悬挂夹具安装在卷筒式铺设塔架中。

在使用时，长形元件分别由上张紧器和下张紧器660、670沿大体上平行于卷筒式铺设塔架的方向穿越。悬挂夹具被致动使得悬挂夹具夹持到长形元件上。也就是说，长形元件由悬挂夹具支撑，如图6a中所示。

然后，下张紧器670可以从使用位置移动到非使用位置，如图6a所示。在此示例中，非使用位置位于卷筒式铺设塔架外部，但是该位置可以部分地位于卷筒式铺设塔架内。可替代的，该位置可以完全位于卷筒式铺设塔架内。

然后，可以致动夹持元件602，使得长形元件由夹持元件602支撑，如图6b中所示。

夹持元件602可以沿卷筒式铺设塔架穿越一定行程长度。也就是说，夹持元件602可从该行程长度的第一位置穿越到行程长度的第二位置。在此示例中，行程长度是从上张紧器660到悬挂夹具608。

然后，夹持元件602可以使长形元件沿卷筒式铺设塔架穿越经过夹持元件602的行程长度。

夹持元件被配置为当夹持元件被致动时使长形元件在直立结构内沿预定轴线穿越。在此示例中，夹持元件602使长形元件沿预定轴线沿卷筒式铺设塔架向下穿越一定行程长度，如图6b中的箭头所示。

悬挂夹具然后可以致动并接合长形元件，使得长形元件由悬挂夹具支撑。夹持元件602然后可以沿卷筒式铺设塔架向上穿越返回。然后重复该过程。

当工作站在夹持元件上时，可以在夹持元件相对于长形元件静止的任何点处进行涂覆操作和/或添加管材饰物。例如，可以在夹持元件处于其行程长度的顶部时进行涂覆操作和/或添加管材饰物。可替代地，当行进夹具到达其行程长度的底部时，可以进行涂覆操作和/或添加管材饰物。可替代地，涂覆操作和/或添加管材饰物可以在行进夹具穿越长形元件时进行。

虽然图6a-6c示出了在卷筒式铺设操作的特定布置中使用的包括安装的工作站的行进夹具，但是包括安装的工作站的行进夹具可用于包括可移动夹持元件的任何卷筒式铺设布置中。

夹持元件602可沿卷筒式铺设塔架穿越任何可能的距离。例如，夹持元件602可以穿越经过半个行程长度或四分之一行程长度。这样，夹持元件602可使长形元件640沿卷筒式铺设塔架穿越任何可能的距离。

卷筒式铺设系统可以位于船上。卷筒式铺设系统可以包括附加工作站。附加工作站可以位于船的甲板上。

从卷筒式铺设塔架内移除下张紧器可以使夹持元件能够穿越整个行程长度。也就是说，将下张紧器从卷筒式铺设塔架移除可以允许涂覆操作和/或添加管材饰物沿着管材段的更大长度进行。

利用上述示例，有可能从多个工作站在沿管材的不同位置同时接近管材。这允许能够更有效地操作，因为多个任务可以同时执行。

本领域技术人员将清楚，关于上述任何实施例描述的特征可以在不同实施例之间互换应用。上述实施例是示出本发明的各种特征的示例。

在整个本说明书的描述和权利要求书中，词语“包括(comprise)”和“包含(contain)”及它们的词形变化意指“包括但不限于”，并且它们不意图(并且不)排除其他基团、添加物、组分、整体或步骤。贯穿本说明书的描述和权利要求书，单数涵盖复数，除非上下文另有要求。特别地，在使用不定冠词的情况下，本说明书应理解为考虑复数以及单数，除非上下文另有要求。

结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学基团或组应被理解为可适用于本文描述的任何其它方面、实施例或示例，除非与其不相容。在本说明书(包括任何伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以在任何组合中被组合，除了其中这类特征和/或步骤中的至少某些是相互地排他的组合之外。本发明并不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展至在本说明书(包括任何伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的特征或任何新颖的特征组合，或扩展至如此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖的步骤或任何新颖的步骤组合。

阅读者的注意力被引向与结合本申请的本说明书同时地或在本说明书之前被提交的并且与本说明书一起向公众开放的所有的论文和文献，并且所有的这类论文和文献的内容通过引用并入本文。

Claims

1.一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的系统，包括：

直立结构；

绞拉元件，其能够沿所述直立结构内的轴线伸缩；

联接元件，其连接到所述绞拉元件，用于将所述绞拉元件联接至长形元件；和

捕捉器元件，其被配置为在收回或延伸所述绞拉元件期间保持所述联接元件与所述直立结构内的预定轴线对齐。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述捕捉器元件可滑动地联接至所述直立结构，使得在收回或延伸所述绞拉元件期间，所述捕捉器元件能够沿所述直立结构穿越。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，经由沿所述直立结构延伸的轨道，所述捕捉器元件可滑动地联接至所述直立结构。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述轨道与所述直立结构的中心纵向轴线大体上平行。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述捕捉器元件被配置为将所述联接元件从操作位置引导至收起位置，所述操作位置在所述直立结构的作业线内，所述收起位置偏离所述直立结构的所述作业线。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述捕捉器元件包括臂，所述臂具有在第一端部处的枢轴和远离所述枢轴的保持元件，所述保持元件用于保持所述联接元件与所述预定轴线对齐。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述臂在所述操作位置和所述收起位置之间枢转，在所述操作位置，所述保持元件位于所述直立结构的所述作业线内，在所述收起位置，所述保持元件位于偏离所述直立结构的所述作业线的位置。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述捕捉器元件还包括偏置元件，所述偏置元件被配置为将所述枢转臂偏置到所述操作位置。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述捕捉器元件还包括用于将所述臂固定在所述收起位置的锁定元件。

10.一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的系统，包括：

直立结构；

第一夹持元件和第二夹持元件，每个夹持元件能够沿所述直立结构穿越；

致动元件，其被配置为控制所述第一夹持元件相对于所述直立结构的移动；

其中，所述第二夹持元件被配置为与所述第一夹持元件联接，使得当联接到一起时，所述致动元件能够控制所述第一夹持元件和所述第二夹持元件两者相对于所述直立结构的移动。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一夹持元件和所述第二夹持元件被配置为直接地联接或经由长形元件联接。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一夹持元件和所述第二夹持元件通过索具或锁销直接联接到一起。

13.一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的方法，包括：

提供系统，所述系统包括：

直立结构；

致动元件，其被配置为控制所述第一夹持元件相对于所述直立结构的移动；所述方法还包括将所述第二夹持元件与所述第一夹持元件联接；以及

致动所述致动元件以控制所述第一夹持元件和所述第二夹持元件两者相对于所述直立结构的移动。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一夹持元件和所述第二夹持元件沿所述直立结构穿越，使得从工作站能够接近所述第二夹持元件。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述系统设置在船上。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述工作站设置在所述船的甲板上。

17.一种用于构建和部署长形元件的卷筒式铺设系统，包括：

直立结构；

夹持元件，其能够沿所述直立结构穿越；和

工作站，其用于提供对位于所述直立结构内的长形元件的接近；

其中，所述工作站与所述夹持元件联接，使得所述工作站能够经由所述夹持元件沿所述直立结构穿越。

18.根据权利要求17所述的卷筒式铺设系统，其中，所述夹持元件被配置为在所述夹持元件被致动时使所述长形元件沿所述直立结构内的预定轴线穿越。

19.根据权利要求17或18所述的卷筒式铺设系统，还包括张紧器，所述张紧器能够从使用位置移动至非使用位置，所述使用位置用于接合所述长形元件，所述非使用位置远离所述长形元件的作业线。

20.根据权利要求19所述的卷筒式铺设系统，其中，所述张紧器被配置为当所述张紧器处于所述使用位置时使所述长形元件沿所述直立结构内的所述预定轴线穿越。

21.根据权利要求19或20所述的卷筒式铺设系统，其中，所述夹持元件被配置为当所述张紧器处于所述非使用位置时使所述长形元件沿所述直立结构内的预定轴线穿越。

22.根据权利要求21所述的卷筒式铺设系统，其中，所述夹持元件被配置为当所述张紧器处于所述非使用位置时使所述长形元件沿所述直立结构内的预定轴线穿越经过一个行程长度。

23.根据前述权利要求中任一项所述的卷筒式铺设系统，其中，所述卷筒式铺设系统位于船上。

24.根据权利要求23所述的卷筒式铺设系统，还包括另外的工作站，其中，所述另外的工作站位于所述船的甲板上。

25.一种用于在J型铺设操作中构建和部署长形元件的方法，包括提供根据权利要求17至24中任一项所述的系统。