CN110573779B

CN110573779B - 在海床上铺设管束的方法

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Publication number: CN110573779B
Application number: CN201780089988.5A
Authority: CN
Inventors: J.索伦森
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: EP3596370A1; EP3596370B1; DK3596370T3; CN110573779A; US20200132224A1; US11274769B2; WO2018197030A1

Abstract

本发明描述了一种在海床上铺设空管（P）的方法，该方法包括将多个空管（P）布置成束（B、B₃、B₆、B₉）；将束加强元件（E、CC）布置在由束（B、B₃、B₆、B₉）的管（P）限定的空腔（C）中；捆扎所述束（B、B₃、B₆、B₉）；并将所述束（B、B₃、B₆、B₉）降低到海床。本发明还描述了一种实现成实施本发明方法的步骤的集束系统（1）。

Description

在海床上铺设管束的方法

技术领域

本发明描述了一种在海床上铺设空管的方法。本发明还描述了一种集束系统。

背景技术

诸如风力涡轮机（安装在离岸支撑结构上）的离岸设施需要与岸上连接点和/或与其他离岸设施（诸如风电场的其他风力涡轮机、风电场变电站等）的传输链接。

与/来自这种离岸设备的电缆连接可以通过传统手段安装，例如通过在海床上简单地铺设海底电缆。海底电缆可任选地通过挖沟放到海床中。海底电缆可使用水平定向钻井来安装。另一种方法包括首先在海床上布置空的柔性（塑料）管件或管的步骤。在这种方法中，传输电缆然后被推动或拉动穿过空管，如EP3086424A1中描述的那样。

由于离岸电缆安装相当耗费人力和成本，因此有利的是在同一操作期间安装尽可能多的电缆。然而，将三根或更多的空管放置在一起然后将它们降低到海床或海床之下（挖沟或使用水平定向钻井）会产生一些问题。例如，各根管倾向于展平，使得难以用传输电缆来装载它们，或者使得它们不适合于运输诸如油或气体的流体。展平的管通常会给用于这种任务的任何设备带来问题。

此外，由于铺设电缆的过程相当昂贵，因此通常风电场的风力涡轮机被连接到离岸变电站或“收集点”。然后使用出口电缆将离岸变电站连接到岸上设施。然而，对离岸变电站的需求显著增加了风电场的总成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在海床上铺设空管的改进的方法，该方法克服了上述问题。

该目的通过根据本发明的在海床上铺设空管的方法以及实施该方法的步骤的集束系统来实现。

根据本发明，在海床上铺设空管的方法包括如下步骤：将多根空管（优选地至少三根）布置成束；将束加强元件布置在由空管的束限定的空腔中；捆扎所述束；并将所述束降低到海床。

在本发明的上下文中，束包括三根或更多根空管——优选具有相同直径——其具有布置在束的空腔中以在安装期间给予束支撑的至少一个额外的束加强元件。束加强元件也由于其在空腔内的位置而得到保护。

本发明方法的优点在于，可以使用规则的未铠装的柔性管件或管。这种未铠装的管通常用于岸上管铺设程序，并且比通常用于离岸设备的铠装电缆便宜得多且更具柔性。本发明的主要目的是一种用于空管件或管的束设计，这些空管件或管将被向下铺设到用于电力运输目的的离岸设备。当然，管束的管可以用于运输诸如气体或油的流体。

本发明方法将三根或更多根空管集束在一起，并将额外的束加强元件或“中心芯电缆”放置在束内。以三管束作为示例（优选地具有相同半径的三根空管），这三根空管以三角形构型布置使得在中心形成小空腔，并且束加强元件布置在该空腔内。为此，束加强元件的半径小于空管的半径，并且优选地足够大，使得束加强元件接触每根空管。

这种设计对管束稳定性非常有利，尤其是在采用水平定向钻井的安装程序中非常有利。这种技术是为岸上安装程序而建立的，但并不常用于离岸安装。然而，水平定向钻井技术正被考虑用于离岸安装程序，尤其是用于近岸风力涡轮机。

本发明的集束概念的优点在于，空管束可以在单个步骤中安装在长距离上，然后被分开以将空管连接到各个离岸设备或离岸设备的阵列。因为本发明方法具有成本效益并且克服了引言中提到的问题，所以本发明的集束概念可以消除对变电站的需求。

根据本发明，集束系统被实现成实施本发明方法的步骤，并且包括：多个滚筒，每个滚筒承载盘绕的空管；另外的滚筒，其承载盘绕的束加强元件；集束单元，其适于将多个空管布置成束，并且适于将束加强元件布置在由空管束限定的空腔中；适于捆扎该束的捆扎单元；以及适于朝向海床馈送所述束的馈送装置。

具有其“中空管件”原理的本发明的集束系统的优点在于，它可以使用相对少的额外付出来实现。可以在标准滚筒上将空管供应给集束单元。类似地，可以在标准滚筒上将束加强元件供应给集束单元。集束单元可以以任何数量的方式构造，以将不同数量的空管与一个或多个束加强元件结合，从而实现任何数量的不同的束构型，如下文将解释的。

本发明的特别有利的实施例和特征由优选实施方案给出，如以下描述中所揭示的。不同实施方案类别的特征可以酌情组合，以给出本文没有描述的另外的实施例。

在下文中，可以假设离岸设施是风电场的风力涡轮机。风电场可包括布置成阵列的大量风力涡轮机。

以后插入空管中的电缆可以是用于电力运输的电力电缆、用于通信的光纤电缆等。然而，在本发明的上下文中，任何以后插入空管中的电缆都可被假设成用于电力运输。虽然本发明方法和集束系统特别适用于在岸上设施和离岸风电场的风力涡轮机之间安装空管，但是它们也可用于连接诸如油或气体生产平台的设施，在这种情况下，管件或空管被用于运输诸如油或气体的流体。在下文中，束的空管可称为“主电缆”，并且束加强元件可称为“副电缆”。

本发明的集束系统能够实现自动集束过程，并且可以实现成用于例如安装在船舶上。空管和（多个）束加强元件可以被引导到期望的构型中，并且以与船舶的铺设速度相同的速度被集成束。同样地，本发明的集束系统可以实现为将束馈送到海床上的岸上系统，并且其也可采用水平钻井技术将束埋在海床下。

在本发明的一个实施例中，单个束加强元件被用于向束提供强度。该束加强元件自身可以通信电缆，该通信电缆具有足够大的直径以在其被布置在束内部中的空腔中时接触每根空管，或者在其沿着束的外侧被布置在由两根相邻空管形成的通道中时接触两根空管。这种布置结构足以实现稳定的束。替代地，例如，束加强元件可包括空管件，所述空管件具有期望的直径并且所述空管件以后将被装载有通信电缆。

束的浮力将在一定程度上取决于空管的直径。因此，在本发明的优选实施例中，可提供束加强元件给束的增加重量。除了具有束中心芯电缆之外，还可以在束中放置额外的电缆。例如，束加强元件可包括绞合的金属丝绳。优选地，集束系统包括一个或多个滚筒，每个滚筒承载一卷这种金属丝电缆。这些可能给整个束增加额外的重量，并且因此防止束从其在海床上或海床中的预期位置无意地向上浮动。

在包括三根空管的构型中，单个中央束加强元件优选地是通信电缆或者装载有这种通信电缆的管件。这种三管束可能已经具有足够的重量来在海床上或海床下保持在其安装位置中。如果需要，这种三管束可包括一个或多个额外的束加强元件，以达到必需的重量。例如，三管束可包括中央通信电缆以及一个或多个金属丝绳束加强元件。集束单元优选地被实现成将多根空管与合适数量的束加强元件以期望的构型结合。

由于大多数离岸设备需要通信线路，因此副电缆可以有利地是通信电缆，例如光纤电缆。诸如通信电缆的电缆通常没有被铠装，并且在安装时可能被损坏，尤其是在安装方法包括拉动电缆穿过周围材料（诸如土壤、沙子、岩石等）的情况下，如使用水平定向钻井方法的情况就是如此。如上文所提到的，虽然优选的是束加强元件具有足够大的直径使得束加强元件沿着其长度接触空管，但是同样有可能的是束加强元件或副电缆可具有较小的直径，如果束加强元件是通信电缆（诸如光纤电缆），则可能是这种情况。在这种情况下，束加强元件可能不一定向束提供相同程度的稳定性，但是形成在主电缆的中心内的空腔将有利地提供对副电缆的保护或屏蔽，因为中空空管通常由诸如HDPE（高密度聚乙烯）的坚固耐用的材料制成。

替代地或额外地，束加强元件可以包括任何其他电缆类型，例如钢丝电缆。优选地选择这种束加强元件的质量来抵消束的空管的浮力。这样，束加强元件可以增加束的重量，从而防止束从其在海床上的位置向上漂移。

如上文解释的，空管和（多个）束加强元件在即将安装在海床上之前布置成束，例如，从船上或岸上集束设施（例如，用于水平定向钻井）处的各个滚筒馈送空管和电缆，并且然后在安装在海床上之前，将空管和（多个）束加强元件集束在一起。束在被安装在海床上或海床以下之前以某种合适的方式进行捆扎，以确保束保持完整。优选地，捆扎束的步骤包括围绕该束包裹多个带。为此目的，可以使用合适的包裹机。带可以简单地围绕束紧紧地缠绕以提供期望的效果。替代地，带可具有粘性表面，使得带粘到空管的表面。例如，一个或多个带可以以螺旋的方式围绕束包裹。替代地，合适的塑料材料可围绕束包裹。

如上所述，束可以从船舶降低到海床。替代地，束可以从岸上集束设施降低到海床。该步骤可与水平定向钻井程序结合，以将束埋在海床下。

一旦束已经被安装在其端点之间——在岸上设施和风电场的风力涡轮机之间、在风电场的两个风力涡轮机之间；等——安装传输电缆的步骤就可以开始。在中空管件中的安装海底传输电缆可以通过拉动/推动来完成，即电力电缆从空管件的一个端部插入并且从另一个端部拉出。

众所周知将来自风电场的出口电缆连接到岸上变电站。由风电场产生的所有电力都通过传输电缆传输。在高产量时，电缆将会由于功率损耗而发热。由于大部分电缆位于水中或海床以下，这些部分将会自然冷却。然而，在出口电缆的端部位置处，即在其附接到变电站或涡轮机和/或电缆进入岸上的位置处，电缆可能没有被充分冷却。电缆的这种过热部分称为“热点”，并且可能会导致对电缆的损坏。中空管件原理的另外的优点在于，除了承载传输电缆之外，管件可以在电缆安装期间或之后填充有水。因此，在本发明的优选实施例中，将管束降低到海床的步骤之后是随后将水泵送到空管中的步骤。以这种方式，水可以有利地在管件长度的至少一部分上填充到管件中（在安装传输电缆之前或之后），以提供一些冷却手段，尤其是在电缆端部连接周围。

在本发明的一个特别优选的实施例中，水可用作驱动力来安装传输电缆。在这种技术中，“清管器”被连接到传输电缆的一个端部，并且插入空管件或管的一个端部中。管设置有进水口和传输电缆从其穿过的密封件。当加压水被泵送到管中时，清管器被沿着管推进，从而拉动其后面的传输电缆。摩擦辊的布置结构（在承载传输电缆的滚筒和管件的插入端部之间）可以有助于将传输电缆推入管中。

附图说明

从下面结合附图考虑的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，应当理解，附图仅仅是为了说明的目的而设计的，并且不是作为对本发明的限制的定义。

图1–图5示出了可以使用本发明方法形成的各种不同的束；

图6示出了使用本发明方法形成为束的出口线路；

图7表示通过图6中描述的束连接到岸上变电站的风力涡轮机组；

图8示出了现有技术的安装方法；

图9示出了本发明的集束系统的实施例；

图10示出了用传输电缆装载空管的步骤。

在图中，相同的数字始终指代相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1-图5示出了可以使用本发明方法形成的各种不同的束B、B₃、B₆、B₉。在图1中，束B由三根空管P构成，每根空管具有相同的直径。例如，这些空管件P或管P可用于将传输电缆容纳到离岸设备，诸如风力涡轮机。替代地，它们可用于将气体或油从离岸钻井设施运输到岸上仓库。空腔C由三根空管P的三角形构型形成，并且束加强元件E在集束程序期间被布置在该空腔C中。内部束加强元件可以是通信电缆E。替代地，束加强元件E可以是中空的并且足够大，以便以后容纳通信电缆。束加强元件E的直径被选择成使得它恰好配合在空腔C内部并接触每根周围的管P。

在图2中，束B由四根空管P构成，每根空管具有相同的直径。在该示例性实施例中，中空管件E布置在由四根空管P形成的空腔中，并且中空管件E装载有通信电缆CC。该图还示出了在束B外侧上布置在由相邻管P形成的通道中的若干个另外的束加强元件E。在该实施例中，这些外部束加强元件E是金属丝绳或金属丝电缆，其具有足够的重量以确保束B保持浸没，即用于抵消空管P中空气的浮力。

图3显示了三管束B₃。三根管P各自都已装载有传输电缆TC，并且剩余的空间已填充有水以用于冷却传输电缆TC的目的。内部束加强元件CC是通信电缆，诸如光纤电缆。在该示例性实施例中，另外三个外部束加强元件E沿着束B₃的外侧布置在由三根管P形成的通道中。例如，这些外部束加强元件E可以是金属丝绳或电缆。当然，仅使用一个或两个这种束加强元件E就可能足够，或者如果内部束加强元件的重量足以给予束提供期望的稳定性，则根本不使用这种束加强元件E。该图还表示了用于将束保持在一起的包裹带W。可假设，本文描述的所有束都可以在束形成之后使用如上文描述的包裹机来包裹。

类似于图3，图4示出了六管束B₆。这里同样地，六个管P各自都已装载有传输电缆TC。两个内部束加强元件CC以通信电缆的形式提供。在该示例性实施例中，六个额外的外部束加强元件E沿着束B₆的外侧布置在由相邻管P形成的通道中。该六管束B₆可以从岸上位置延伸到风电场的周边，在那里该六管束被分成两个类似于上文图3中描述的三管束B₃。每个三管束可以形成为包括三根管、位于中心的通信电缆CC和布置在沿该束的外侧形成的通道中的三个外部束加强元件E。图5示出了九管束B₉，其可以被分成三个类似于上文图3中描述的三管束B₃。

在图6中示出了这种划分，图6示出了具有在从岸上变电站4延伸到离岸风电场5的50 km范围内的长度的出口线路L。在风电场处，九管束B₉被分成三个较小的束B₃，每个束B₃有三根管P、用作束加强元件的内部通信电缆CC和多个外部束加强元件E。在完成束铺设程序之后，管P可以被装载有传输电缆TC。

图7表示六组十二个风力涡轮机（由六串点表示）。每个风力涡轮机“串”通过三管束B₃连接到岸上变电站，在该示例性实施例中，三管束B₃具有145 kV的容量，并且图中所示的三管束B₃源自上文图5和图6中描述的九管束B₉。

在如图8所示的现有技术方法中，风电场5的风力涡轮机必须通过传输线路连接到离岸变电站80，每个变电站具有33-66 kV的容量。离岸变电站80借助于具有130 -220 kV的容量的传输线路L8连接到岸上变电站8。

图9示出了本发明的集束系统1的实施例。在该实施例中，集束系统安装在船舶3上。集束系统1包括多个滚筒10。若干个滚筒已装载有盘绕的空管P。至少一个其他滚筒已装载有盘绕的束加强元件（例如将被束的管围封的通信电缆CC）以及承载有金属丝电缆E以给束提供额外重量的多个另外的滚筒。集束机11馈送有期望数量的空管P和期望的束加强元件E、CC，并且将它们布置成束B，例如上文在图1 - 5中描述的任何束。当束B从集束机11出现时，它被束包裹器12包裹在带中并被向下推入海中，使得其降低到海床。为了清楚起见，图中未示出这种馈送单元。船舶3以与集束系统1的速度匹配的速度在水中前进。

图10示出了以后的程序中的步骤，在该步骤中，空管P装载有传输电缆TC。“清管器”20连接到传输电缆TC的一个端部，并被插入管P的一个端部中。管P设置有进水口21和密封件22。当加压水被泵送到管P中时，清管器20被沿着管P推进，从而拉动其后面的传输电缆TC。摩擦辊23可以有助于将传输电缆TC推入管P中。

尽管本发明已经以优选实施例及其变型的形式公开，但是应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对其进行多种额外的修改和变型。

为了清楚起见，应当理解，贯穿该申请使用“一”或“一个”并不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。

Claims

1.一种在海床上铺设空管（P）的方法，该方法包括

- 将多个空管（P）布置成束（B、B₃、B₆、B₉）；

- 将至少一个束加强元件（E、CC）布置在由所述束（B、B₃、B₆、B₉）的所述多个空管（P）限定并环绕的空腔（C）中；

- 捆扎所述束（B、B₃、B₆、B₉）；以及

- 将所述束（B、B₃、B₆、B₉）降低到海床，

其中，所述束加强元件（E、CC）的重量被选择成在将所述束降低到海床之前或在将所述束降低到海床期间抵消所述多个空管（P）的浮力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择所述束加强元件（E、CC）的半径，使得所述束加强元件（E、CC）接触所述束（B、B₃、B₆、B₉）的所有空管（P）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，捆扎所述束（B、B₃、B₆、B₉）的步骤包括围绕所述束（B、B₃、B₆、B₉）包裹带（W）。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述空管（P）具有相同的直径。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，空管（P）是未铠装的空管（P）。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述束（B、B₃、B₆、B₉）降低到海床的步骤之后是水平定向钻井程序，以将所述束（B、B₃、B₆、B₉）埋在海床下。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述束（B、B₃、B₆、B₉）降低到海床的步骤之后是将传输电缆布置结构（TC）安装到空管（P）中的步骤。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述束（B、B₃、B₆、B₉）降低到海床的步骤之后是随后将水泵送到所述空管（P）中的步骤。

9.一种实现成实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤的集束系统（1），所述集束系统（1）包括

- 多个滚筒（10），每个所述滚筒承载盘绕的空管（P）；

- 至少一个另外的滚筒（10），其承载盘绕的束加强元件（E、CC）；

- 集束单元（11），其适于将多个空管（P）布置成束（B、B₃、B₆、B₉），并且适于将束加强元件（E、CC）布置在所述束（B、B₃、B₆、B₉）内部中的空腔（C）中。

10.根据权利要求9所述的集束系统，包括适于捆扎所述束（B、B₃、B₆、B₉）的捆扎单元（12）。

11.根据权利要求9或10所述的集束系统，包括适于将所述束（B、B₃、B₆、B₉）馈送到海床上或海床中的馈送单元。

12.根据权利要求9或10所述的集束系统，其中，所述束加强元件（E）包括通信电缆或实现成容纳通信电缆的空管件。

13.根据权利要求9或10所述的集束系统，其中，束加强元件（E）包括金属丝绳。

14.根据权利要求13所述的集束系统，其实现成用于安装在船舶（3）上。