CN110745215A - 深海作业装备的下放系统及下放方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种深海作业装备的下放系统及下放方法，其中，一种深海作业装备的下放系统包括：水面工作船、深海作业装备、连接所述水面工作船和所述深海作业装备的吊绳、以及连接所述水面工作船和所述深海作业装备的连接管缆；其中，所述吊绳连接所述深海作业设备的重心位置，并且，所述吊绳的材质为纤维材料；所述连接管缆连接所述深海作业装备的尾部；所述连接管缆上固定设置有多个沿所述连接管缆的长度方向排布的管缆夹持器；每个所述管缆夹持器可滑动地套设于所述吊绳外；相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆上固定设有浮力部件。该深海作业装备的下放系统及下放方法能够避免管缆内外结构出现错位或塑性变形问题。

Description

深海作业装备的下放系统及下放方法

技术领域

本申请涉及深海作业技术领域，尤其涉及一种深海作业装备的下放系统及下放方法。

背景技术

深海作业装备下放不同于基于水下生产系统的水下单体装备下放。基于水下生产系统的水下单体装备下放是仅下放块状水下装备本身，其管缆系统是待单体装备下放至海底后连接于水下生产系统的其他水下装备，单体装备并不会直接与水面设施通过管缆连接；但是深海作业装备在作业过程中不需要由众多水下装备组成的生产系统，仅依靠一个离心泵或加一个水下采矿车即可完成作业任务。因此，深海作业装备的水下管缆系统需直接连接于水面设施，在下放操作时，连接管缆需一同下放，并与水面设施保持连接。

目前，对于此种基于水面管缆连接的水下装备下放，常用的方法是直接以连接管缆系统作为吊绳，将水下装备直接吊放，这是一种操作简单且经济性较好的方法。但是，最近发生在智利的水下离心泵电缆下放电缆失效事故，证明了直接以连接管缆系统作为吊绳下放水下深海装备的方法并不可靠。事故发生的原因可以归结为以下几点：

第一，深海下放连接管缆的长度较长，连接管缆在张力作用下会使下放系统的轴向共振频率接近波浪作用频率，致使下放系统发生轴向共振，进而出现下放系统强度破坏；

第二，由于连接管缆内部与外部组件的抗拉刚度不同，可能会出现管缆内外组分位置严重错位或塑性形变的现象，特别是在深水或超深水作业中，错位现象或塑性变形将更为明显，这可能会直接造成管缆内部组件塑性变形、物理特性的改变，并发生功能失效甚至断裂现象。

第三，目前对于电缆或柔性管的设计与生产较多的注重抗弯刚度与疲劳特性，对于其抗拉刚度或强度特性关注较少，这也是直接以连接管缆系统作为吊绳下放水下深海装备不可靠的另一原因。

发明内容

鉴于上述不足，本申请的一个目的是提供一种深海作业装备的下放系统及下放方法，以能够避免连接管缆直接承受所下放的深海作业装备的重量，致使管缆内外结构出现错位或塑性变形问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种深海作业装备的下放系统，包括：

水面工作船、深海作业装备、连接所述水面工作船和所述深海作业装备的吊绳、以及连接所述水面工作船和所述深海作业装备的连接管缆；

其中，所述吊绳连接所述深海作业设备的重心位置，并且，所述吊绳的材质为纤维材料；所述连接管缆连接所述深海作业装备的尾部；所述连接管缆上固定设置有多个沿所述连接管缆的长度方向排布的管缆夹持器；每个所述管缆夹持器可滑动地套设于所述吊绳外；相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆上固定设有浮力部件。

作为一种优选的实施方式，所述水面工作船上设有收放所述吊绳的吊机、以及收放所述连接管缆的绞车；所述绞车下放所述连接管缆的速度大于所述吊机下放所述吊绳的速度。

作为一种优选的实施方式，每相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆的长度相等；所述浮力部件位于相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆的中间部位。

作为一种优选的实施方式，所述浮力部件包括一个或更多个浮筒；多个浮筒关于相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆的中间部位对称分布。

作为一种优选的实施方式，所述吊机还设有连接吊绳的升沉补偿装置。

作为一种优选的实施方式，所述管缆夹持器包括具有第一通道和第二通道的主体；所述主体通过第一通道可滑动地套设于所述吊绳外，并通过第二通道固定套设于所述连接管缆外。

作为一种优选的实施方式，所述连接管缆包括柔性管或电缆或脐带缆；所述深海作业设备包括采矿车或泥浆提升离心泵。

一种深海作业装备的下放方法，所述深海作业装备的下放方法采用上任意一个实施方式所述深海作业装备的下放系统；其中，所述深海作业装备的下放方法包括以下步骤：

将水面工作船行驶至深海作业装备的指定下放地点；

将吊绳和连接管缆连接所述深海作业装备，通过吊机将所述深海作业装备下放入水；

通过吊机控制吊绳的下放速度，并通过缆车控制连接管缆的下放速度与所述吊绳的下放速度一致；

在所述深海作业装备经过飞溅区后提升所述连接管缆的下放速度，使所述连接管缆的下放速度大于所述吊绳的下放速度；

在所述深海作业装备达到预定下放深度时，减缓所述吊绳的下放速度，并根据预定规则调整所述连接管缆的下放速度，直至所述深海作业装备着陆或达到目标下放深度位置。

作为一种优选的实施方式，在提升所述连接管缆的下放速度的步骤中，使所述连接管缆的下放速度为所述吊绳的下放速度1.1倍。

作为一种优选的实施方式，所述预定规则包括：在连接管缆处于紧绷状态的情况下，继续保持连接管缆的下放速度不变；在所述连接管缆处于下垂状态的情况下，减缓或停止下放所述连接管缆。

有益效果：

本实施例所提供的深海作业装备的下放系统采用双缆结构，通过吊绳连接深海作业设备的重心位置，以承担深海作业装备的重量，避免连接管缆承受深海作业装备的重量，并且，利用浮力部件可以减少连接管缆在水中的重量，海流可以通过浮力部件为连接管缆提供单向拖曳力，由于连接管缆连接深海作业装备的尾部，从而单向拖曳力可以通过连接管缆作用于深海作业装备的尾部，这就有效防止下放以及作业时深海作业装备的旋转，避免双缆旋转缠绕的问题发生，保证了吊绳对深海作业装备的吊放顺利。还有，连接管缆上设有浮力部件，在海流作用下可以大幅提升连接管缆的横向拖曳力，将连接管缆吹离吊绳，从而避免双缆缠绕。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例所提供的深海作业装备的下放装置结构示意图；

图2是图1的管缆夹持器放大图；

图3是采用图1的下放方法步骤流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3。本申请一个实施例中提供一种深海作业装备的下放系统，包括：水面工作船2、深海作业装备6、连接所述水面工作船2和所述深海作业装备6的吊绳1、以及连接所述水面工作船2和所述深海作业装备6的连接管缆5。

其中，所述吊绳1连接所述深海作业设备的重心位置。该吊绳1为柔性吊绳。所述连接管缆5连接所述深海作业装备6的尾部。所述连接管缆5上固定设置有多个沿所述连接管缆5的长度方向排布的管缆夹持器8；每个所述管缆夹持器8可滑动地套设于所述吊绳1外；相邻两个所述管缆夹持器8之间的连接管缆5上固定设有浮力部件4。

本实施例所提供的深海作业装备的下放系统采用双缆结构，通过吊绳1连接深海作业设备的重心位置，以承担深海作业装备6的重量，避免连接管缆5承受深海作业装备6的重量，并且，利用浮力部件4可以减少连接管缆5在水中的重量，保证了深海作业设备下放的可靠性。

海流可以通过浮力部件4为连接管缆5提供单向拖曳力(横向拖曳力)，由于连接管缆5连接深海作业装备6的尾部，从而单向拖曳力可以通过连接管缆5作用于深海作业装备6的尾部，这就有效防止下放以及作业时深海作业装备6的旋转，避免双缆旋转缠绕的问题发生，保证了吊绳1对深海作业装备6的吊放顺利。还有，连接管缆5上设有浮力部件4，在海流作用下可以大幅提升连接管缆5的横向拖曳力，将连接管缆5吹离吊绳1，从而避免双缆缠绕。

在本实施例中，吊绳1为柔性吊绳1，在水中湿密度为零。考虑到深海下放采用钢丝吊绳1自重较大，所述吊绳1的材质为纤维材料；材质的吊绳1的疲劳特性较好，并且共振频率较高，不易于海流频率重叠，从而不会在海流的作用下发生共振造成破坏。

所述水面工作船2上设有收放所述吊绳1的吊机3、以及收放所述连接管缆5的绞车(未示出)。所述绞车的下放所述连接管缆5的速度大于所述吊机3的下放所述吊绳1的速度。下放的吊绳1两端分布连接水面工作船2上的吊机3和深海作业装备6的重心位置。连接管缆5的两端分别连接水面工作船2上的绞车和深海作业装备6的尾部。如此，海流作用在连接管缆5上的横向拖曳力通过连接管缆5作用于深海作业装备6的尾部，使得深海作业装备6整体可以保持顺应海流的流向，降低下放过程中产生旋转的几率。

为适应不同的工况，所述连接管缆5包括柔性管或电缆或脐带缆。所述深海作业设备包括采矿车或泥浆提升离心泵。其中，下放系统的工况可以分为全海床作业工况和半悬挂作业工况。在全海床作业工况下，连接管缆5直接连接于在海床作业的采矿车。而在半悬挂作业工况下，连接管缆5连接于悬挂作业的泥浆提升离心泵的一端，在海床作业的采矿车连接于泥浆提升离心泵的另一端。

为使的连接管缆5产生的横向拖曳力均匀，并且，每相邻两个所述管缆夹持器8之间的连接管缆5的长度相等。当然也可以不相等，本申请实施例并不作唯一的限定。例如，相邻两个管缆夹持器8之间的连接管缆5长度为1000m左右。根据发明人进行模拟实验，相邻两个管缆夹持器8之间的连接管缆5长度在500m-2000m之间具有较佳的防转防缠效果。

所述浮力部件4位于相邻两个所述管缆夹持器8之间的连接管缆5的中间部位。浮力部件4可以为浮筒结构。多个浮筒固定连接在连接管缆5上，产生的浮力不仅可以降低连接管缆5在水中的重量，还能在海流的作用下对连接管缆5形成横向(水平方向)的拖曳力，借此避免深海作业装备6产生旋转。在本实施例中，所述浮力部件4包括一个或更多个浮筒。多个浮筒关于相邻两个所述管缆夹持器8之间的连接管缆5的中间部位呈对称分布。

所述吊机3还设有连接吊绳1的升沉补偿装置7。升沉补偿装置7可以减小船舶随着海流运动等对吊绳1的影响，借此避免造成海底的深海作业装备6的晃动而影响深海作业。升沉补偿装置7可以补偿船舶随着海流所产生的晃动，减少吊绳1因此产生的移动。升沉补偿装置7可以为弹性结构(例如圆柱形弹簧)，也可以为类似于车辆减震结构，本申请并不作限制。

管缆夹持器8可以与连接管缆5一同沿着吊绳1移动。管缆夹持器8固定连接所述连接管缆5，并可沿着吊绳1的轴向(长度方向)自由滑动。两个管缆夹持器8之间的部分连接管缆5可以沿着海流的流向远离吊绳1，从而避免与吊绳1缠绕。

如图2所示，所述管缆夹持器8包括具有第一通道82和第二通道的主体81。所述主体81通过第一通道82可滑动地套设于所述吊绳1外，相应的，管缆夹持器8可以围绕吊绳1自由转动，从而可以顺着海流方向浮动产生横向拖曳力。管缆夹持器8的主体81通过第二通道(未标示)固定套设于所述连接管缆5外。通过设有管缆夹持器8，可以保证连接管缆5能将横向拖曳力作用于深海作业装备6，且二者并不分离，从而利于收放。

请继续参阅图1至图3。本申请实施例中还提供一种深海作业装备6的下放方法。所述深海作业装备6的下放方法采用但不限于上述任意一个实施例中的深海作业装备的下放系统。其中，所述深海作业装备6的下放方法包括以下步骤：

S100、将水面工作船2行驶至深海作业装备6的指定下放地点；

S200、将吊绳1和连接管缆5连接所述深海作业装备6，通过吊机3将所述深海作业装备6下放入水；

S300、通过吊机3控制吊绳1的下放速度，并通过缆车控制连接管缆5的下放速度与所述吊绳1的下放速度一致；

S400、在所述深海作业装备6经过飞溅区后提升所述连接管缆5的下放速度，使所述连接管缆5的下放速度大于所述吊绳1的下放速度；

S500、在所述深海作业装备6达到预定下放深度时，减缓所述吊绳1的下放速度，并根据预定规则调整所述连接管缆5的下放速度，直至所述深海作业装备6着陆或达到目标下放深度位置。

在提升所述连接管缆5的下放速度的步骤(步骤S400)中，使所述连接管缆5的下放速度为所述吊绳1的下放速度1.1倍。

所述预定规则包括：在连接管缆5处于紧绷状态的情况下，继续保持连接管缆5的下放速度不变；在所述连接管缆5处于下垂状态的情况下，减缓或停止下放所述连接管缆5。

对于深海作业装备6入水阶段，在合适海况条件下，将水面工作船2行驶至深海作业装备6的下放地点。首先，将吊绳1和连接管缆5连接于深海作业装备6，并预留一定长度。然后，水面工作船2上的吊机3从水面工作船2上吊起深海作业装备6，将其缓慢移至水面上方，并开始下放入水，此时，吊绳11与连接管缆5放缆速度一致，直至深海装备入水并过飞溅区，下水深度约为50m。

在深海作业装备6的水中下放阶段，考虑到水下深海作业装备6下放经过海洋的飞溅区后，其工作状态趋于平稳。此阶段可以开始加大连接管缆5相对于吊绳1的下放速度，使连接管缆5每段的释放长度达到1:1.1的比例，直至距离海床或指定下放深度20m左右。

在深海作业装备6的下放结束阶段，当深海作业装备6接近海底或预定下放深度时，逐渐减缓吊绳1的释放速度。连接管缆5的释放速度可以视连接管缆5在水中的形态而定。若连接管缆5下垂严重，应停止放缆；若连接管缆5处于相对紧绷的状态，应继续保持放缆速度，待深海装备着陆或到达指定下放深度才停止放缆。

所述整个深海作业装备6下放过程应有ROV(水下潜水器)跟随监控。所述下放方法对于全海床作业工况需将深海作业装备6完全下放至海床，并留有一定的活动长度裕量，以通过升沉补偿装置7进行补偿。所述下放方法对于半悬挂作业工况，仅将深海作业装备6下放至与海床有一定距离的深度即可，工作时将深海作业装备6(例如泥浆提升离心泵)悬挂于半空中。

综上所述，为了避免连接管缆5直接承受所下放的深海装备的重量，致使管缆内外结构出现错位或塑性变形现象，本申请实施例中提出了双缆结构下放方案，采用柔性的连接管缆5非固定的绑于承力吊绳1上。考虑到深海下放采用钢丝吊绳1自重较大，本申请实施例中选用纤维材料吊绳1，其在水中湿密度为零。另外，此种吊绳1的疲劳特性较好，不会在海流的作用下发生共振造成破坏。

考虑到在工程作业中可能会出现多绳缠绕问题，本申请实施例中在连接管缆5上增加浮力部件4，在海流作用下可大幅提升连接管缆5的横向拖曳力，将连接管缆5吹离吊绳1，避免两绳缠绕；另一方面，浮力部件4的升力也可减少连接管缆5水中重量。

在本申请实施例中，连接管缆5的下端连接于深海作业装备6(采矿车或离心泵)的尾部，海流为浮力部件4提供的单向拖曳力，并通过连接管缆5作用于深海作业装备6(采矿车或离心泵)尾部，这有效防止了下放时深海装备的旋转，避免了两绳旋转缠绕，也侧面提升了吊绳1的吊放能力。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种深海作业装备的下放系统，其特征在于，包括：

水面工作船、深海作业装备、连接所述水面工作船和所述深海作业装备的吊绳、以及连接所述水面工作船和所述深海作业装备的连接管缆；

其中，所述吊绳连接所述深海作业设备的重心位置，并且，所述吊绳的材质为纤维材料；所述连接管缆连接所述深海作业装备的尾部；所述连接管缆上固定设置有多个沿所述连接管缆的长度方向排布的管缆夹持器；每个所述管缆夹持器可滑动地套设于所述吊绳外；相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆上固定设有浮力部件。

2.如权利要求1所述的深海作业装备的下放系统，其特征在于，所述水面工作船上设有收放所述吊绳的吊机、以及收放所述连接管缆的绞车；所述绞车下放所述连接管缆的速度大于所述吊机下放所述吊绳的速度。

3.如权利要求1所述的深海作业装备的下放系统，其特征在于，每相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆的长度相等；所述浮力部件位于相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆的中间部位。

4.如权利要求3所述的深海作业装备的下放系统，其特征在于，所述浮力部件包括一个或更多个浮筒；多个浮筒关于相邻两个所述管缆夹持器之间的连接管缆的中间部位对称分布。

5.如权利要求2所述的深海作业装备的下放系统，其特征在于，所述吊机还设有连接吊绳的升沉补偿装置。

6.如权利要求1所述的深海作业装备的下放系统，其特征在于，所述管缆夹持器包括具有第一通道和第二通道的主体；所述主体通过第一通道可滑动地套设于所述吊绳外，并通过第二通道固定套设于所述连接管缆外。

7.如权利要求1所述的深海作业装备的下放系统，其特征在于，所述连接管缆包括柔性管或电缆或脐带缆；所述深海作业设备包括采矿车或泥浆提升离心泵。

8.一种深海作业装备的下放方法，其特征在于，所述深海作业装备的下放方法采用如权利要求1-7任意一个所述的深海作业装备的下放系统；其中，所述深海作业装备的下放方法包括以下步骤：

将水面工作船行驶至深海作业装备的指定下放地点；

将吊绳和连接管缆连接所述深海作业装备，通过吊机将所述深海作业装备下放入水；

通过吊机控制吊绳的下放速度，并通过缆车控制连接管缆的下放速度与所述吊绳的下放速度一致；

在所述深海作业装备经过飞溅区后提升所述连接管缆的下放速度，使所述连接管缆的下放速度大于所述吊绳的下放速度；

在所述深海作业装备达到预定下放深度时，减缓所述吊绳的下放速度，并根据预定规则调整所述连接管缆的下放速度，直至所述深海作业装备着陆或达到目标下放深度位置。

9.如权利要求8所述的深海作业装备的下放方法，其特征在于，在提升所述连接管缆的下放速度的步骤中，使所述连接管缆的下放速度为所述吊绳的下放速度1.1倍。

10.如权利要求8所述的深海作业装备的下放方法，其特征在于，所述预定规则包括：在连接管缆处于紧绷状态的情况下，继续保持连接管缆的下放速度不变；在所述连接管缆处于下垂状态的情况下，减缓或停止下放所述连接管缆。

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