CN1860283A - 安装和连接水下提升器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安装水下提升器(22)的方法和装置，用于在位于海床(10)的海床设施(16)和突出于所述海床设施(16)上方的海上设施(14)之间进行海上作业。所述提升器(22)具有第一端部(26)和第二端部(28)。所述方法包括以下步骤：a)使所述第一端部(26)接合海上设施(14)；b)展开所述水下提升器(22)；c)将所述第二端部(28)引向所述海床设施(16)；d)通过放松所述第二端部(28)，使所述第二端部(28)接合到所述海床设施(16)，并且传递施加在所述海床设施(16)上的回复力的负载；e)将所述第二端部(28)和所述海床设施(16)连接起来。

Description

安装和连接水下提升器的方法
技术领域
本发明涉及一种安装和连接水下提升器(sub-sea riser)以便进行海上作业的方法以及实现所述方法的装置。
背景技术
已知的安装和连接方法用于将水下提升器连接到海床设施，例如石油开采井口(wellhead)或者连接到一组井口的采集器，或者锚固到海床的固定的设施的其它部分。
现有两种方法用于将水下提升器的一端连接到海床设施，在第一种类型中，所述端部被垂直(即，大致垂直于海床表面)引导并且连接到海床设施，在第二种类型中，所述端部被水平(即，大致平行于海床表面)连接到海床设施。
在第一种类型的方法中，通过从水面船只解开所述提升器使所述水下提升器的端部垂直接近所述海床设施。参见文献US 4457378，该文献中描述了这种类型的方法。然而，当水面船只遇到潮流或者大浪时，相对于设施定位提升器的端部以较好地进行控制不是一件容易的事情，并且不仅提升器的易受损的端部可能由于抵靠接触海床表面或者海床设施而受损或者毁坏，而且海床设施本身也可能被损坏。
相比之下，第二种类型的方法避免了上述问题，这是因为，首先使水下提升器整体位于海床上，然后利用水下ROV(遥控车)进行连接，所述水下ROV放置在海床设施上并用缆绳拖拽所述水下提升器的端部，或者将其放置在所述端部并将其驱动至所述海床设施处。随后，所述水下提升器的另一端升至海面设施，例如平台。这种类型的方法如文献US 5975803所述。
如此，利用沿着海床以连续平移移动方式驱动提升器的水下机器人，所述水下提升器的端部被附着并且连接到海床设施上，不会碰撞所述海床设施。另外，这种技术特别有利的一点是，它可减少将提升器布设到海床的水面船只的非工作时间。所述船只随后可供下一操作使用，而水下机器人开始将提升器连接到设施上。
然而，在深海开采区域中，水下提升器会很长，它们一方面不适于由水下机器人沿着海床驱动，另一方面不适于在水下提升器的端部之一已经连接到海床设施后被抬起。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种将在海床设施和其上的设施之间安装和连接水下提升器的方法，所述方法避开了提升器的重量以及因此引起的拉伸负载的问题。
为此，根据第一个目的，本发明提出用于安装和连接水下提升器以便在位于海床的海床设施和位于所述海床设施上方的海上设施之间进行海上作业的方法，其中，所述提升器具有第一端部和第二端部，所述方法包括以下步骤：
-将所述第一端部连接到所述海上设施；
-使所述水下提升器在所述海上设施和所述海床设施之间悬垂展开；
-通过延伸所述水下提升器，将所述第二端部引向所述海床设施(16)，如此向所述第二端部施加回复力；
-所述第二端部被紧固到所述海床设施上，并放松所述第二端部以利用所述回复力定位该第二端部，使得所述第二端部面对所述海床设施并将来自所述回复力的负载传递到所述海床设施；并且
-将所述第二端部和所述海床设施连接起来。
根据本发明的安装方法的一个特征在于连接水下提升器的方式，即，首先使所述水下提升器的第一端部连接到位于海床设施上方的海上设施(例如平台等海面设施)，然后通过展开所述提升器并且将所述第二端部引向所述海床设施，使所述水下提升器的第二端部连接到海床或者连接到海床设施。随后利用由提升器施加的回复力将所述第二端部紧固到海床设施上，如此，可通过放松所述第二端部，将其定位以面向所述海床设施并随后将回复力负载施加到海床设施上，以便此后可将第二端部与海床所述连接在一起。
由此，不仅提升器由于已经连接到海上设施并从海面展开而避免了提升第一端部的步骤，而且可免除利用水下机器人或者甚至是绞车来驱动第二端部使其朝向海床设施，而为了平衡由于悬垂而施加的回复力，该方法必然是高能耗的。
优选，所述海床设施由流体管的自由端形成，这样就不存在易于妨碍设施第二端接近的上部部件，由此使连接更容易。
根据本发明的一个特定优选实施例，所述第二端部包括活动的第一连接装置且所述海床设施包括第二连接装置，并且在放松所述第二端部以便联接之前，所述活动的第一连接装置与所述第二连接装置接合。由此，活动的第一连接装置可在水下提升器的第二端部靠近海床设施时与所述第二连接装置接合。如此，所述连接装置彼此配合，并且一旦第二端部开始放松，该端部即被紧固保持到海床设施，由此向海床设施传递由提升器施加的回复力。
优选地，通过在所述第二端部和海面船只之间延伸的缆绳，从海面引导所述第二端部。首先，优选地，所述海面船只通过使所述水下提升器的下部在大致平行于所述流体管的方向上取向而延伸所述水下提升器，直到所述第二端部大致与所述海床设施位于一条直线上。随后，仅所述活动的第一连接装置与第二连接装置接合，以便两者连接起来。
如下文详述，当缆绳完全放松时，所述第二端部定位在海床并相对于海床设施被调整，使两者可连接起来。
特别优选地，连接装置将水下提升器的回复力传递到海床设施并且允许在第二端部和海床设施之间建立连接，而无需将所述回复力施加到实际连接上。
根据另一目的，本发明提出一种用于安装和连接水下提升器的装置，其用于在位于海床的海床设施和位于所述海床设施上方的海上设施之间进行海上作业，所述提升器具有第一端部和第二端部，其特征在于，所述装置包括：连接装置，所述连接装置用于将所述第一端部连接到所述海上设施；展开装置，所述展开装置用于使所述水下提升器在所述海上设施和所述海床设施之间悬垂展开；引导装置，所述引导装置用于通过延伸所述水下提升器来引导所述第二端部，使其面向所述海床设施，所述水下提升器向所述第二端部施加回复力；紧固装置，所述紧固装置用于将所述第二端部紧固到所述海床设施上，并放松所述第二端部以利用所述回复力定位该第二端部，由此所述第二端部面对所述海床设施并且将来自所述回复力的负载传递到所述海床设施；和连接装置，所述连接装置用于将所述第二端部和所述海床设施连接起来。
由此，根据本发明的装置的一个特征在于紧固装置配合的方式，即意味着，一旦第一端部连接到海床设施并且放松第二端部，就利用由于悬垂的水下提升器引起的回复力使第二端部被定位成面对海床设施。
优选地，所述海床设施由被设计成当停靠在海床上时完全耐受水下提升器的回复力的流体管的自由端形成。
另外，所述第二端部优选地包括第一框架和一端接合以形成轭部的平行臂部，所述平行臂部被安装成在第一框架上枢转并且被设计成在所述第二端部延伸的纵向上延伸的第一位置和相对所述第一位置倾斜的第二位置之间枢转。由此，当第二端部放松时，所述框架垂直于自由端，并且轭部可被驱动到所述第二位置，以便此后紧固到海床设施上。
另外，特别优选地，所述流体管的自由端包括第二引导框架，所述第二引导框架的沿着所述流体管从所述自由端延伸的上游部包括至少一个钩卡部，所述轭部被设计为在所述倾斜的第二位置中接合所述钩卡部。由此，通过驱动轭部使其进入所述第二位置，使其可抵靠在所述第二引导框架上，随后，通过进一步放松此时仍承受悬垂的回复力的第二端部，所述轭部联接并且钩卡于钩卡部中。如此，轭部和钩卡部使水下提升器的第二端部不能相对于自由端移动。
优选地，所述第二引导框架包括用于沿着所述自由端的轴引导所述第二端部的侧向引导装置。如此，当完全放松第二端时，所述第一框架停靠于海床，通过在它一端枢转而其另一端围绕所述第一框架的轭部被引向钩卡部，并且受到侧向引导装置的侧向引导。
当已经调整第二端部和自由端使一个沿着另一个的轴后，建立连接。该连接例如可通过第二引导框架建立，优选地，所述第二引导框架包括用于驱动所述钩卡部的装置，将所述第二端部驱动向所述海床设施，以便通过公知装置进行连接。
附图说明
本发明的其它特征和优点将通过下述参考附图以包含但非限制性的方式给出的对本发明的特定实施例的说明而显见。
图1是描绘实现根据本发明的安装方法的第一步骤的垂直剖面示意图。
图2是在第一步骤之后的第二步骤的垂直剖面示意图。
图3是在第二步骤之后的第三步骤的垂直剖面示意图。
图4是在第三步骤之后的第四步骤的垂直剖面示意图。
图5是描绘第二和第三步骤之间的安装方法的本发明一个实施例的详细示意图。
图6是描绘根据第三步骤的安装方法的图5中所示实施例的详细示意图。
图7是描绘根据第四步骤的前一图中所示实施例的详细示意图。
图8是描绘使用根据第四步骤后的第五步骤的安装方法的前一图中所示
实施例的详细示意图。
具体实施方式
图1以截面方式显示了海床10和海面12之间的海洋或者大海。包括石油钻井平台的海上设施14浮在海面12上，位于水下或者海床设施16上方，所述海床设施16包括置于海床10上的流体管18的自由端。
另外，海面船只20备有绞盘，水下提升器22开始缠绕在所述绞盘上，而牵引缆绳24部分缠绕其上，所述海面船只靠近平台14。水下提升器22具有首先紧固到平台的第一端部26，以及通过下文详述的延伸到海面船只20那么远的位置处的连接装置连接到缆绳24的第二端部28。水下提升器22和牵引缆绳可缠绕在同一绞盘上。然而，一旦水下提升器22完全解开缠绕且仅它的第二端部28仍附着于海面船只20上，所述连接装置和所述牵引缆绳24可连接到水下提升器22。
另外，一方面，第二端部28包括第一框架30和一端接合在一起以形成轭部(yoke)32的平行臂部，将该轭部安装成使其在第一框架30上枢转(下文中将参考图5-8详述)，轭部32沿着所述第二端部28的延长线延伸，而另一方面，流体管18的自由端16包括具有接收所述轭部32的至少一个钩卡部36的第二引导框架34，下文将详述。轭部32形成活动的第一连接装置，钩卡部36形成第二连接装置。第一和第二连接装置以及框架构成紧固装置。
在另一步骤中，如图2所示，图2中可看到图1中示出的所有部件，第二端部28被缆绳24和海面船只20引向海床设施16的自由端，所述海面船只20大致沿着流体管18的轴沿着箭头F所示方向驱动第二端部，并且水下提升器22延伸，所述提升器较重，因而在与第二端部28被驱动的方向相反的方向上施加回复力R。
在又一步骤中，继前面的步骤之后，如图3所示，水下提升器22通过被海面船只拖拽的缆绳24进一步延伸，由此使得第一框架30和轭部32与第二引导框架34相对地靠近，以便接合轭部32，该轭部32在钩卡部36中枢转。一旦轭部32接合，利用此时已经通过缆绳24的拖拽力得到平衡的回复力R，并且由此通过逐渐放松缆绳24，轭部32卡合于钩卡部36中，且来自回复力R的负载被逐渐传递到第二引导框架34。
通过再进一步地放松缆绳24，达到如图4所示的平衡状态，其中第一框架30被定位成在通过轭部32围绕自由端16枢转后承靠在海床10上，而所述轭部32本身已围绕着钩卡部36和第一框架30枢转。随后通过位于海床上的第一框架30和流体管18之间的摩擦力完全耐受通过水下提升器施加的回复力R。
根据现场构造，特别是根据海面设施的可能的移动，最好使提升器的一部分在连接前就停靠在海床上。
当安装提升器时，上述保持在海床上的这一部分使得可以减小通过缆绳24延伸的第二端部28处的悬垂施加的力，该力减小到一个可接受的数值R。
下面将参考图7和8详细说明水下提升器连接到流体管的方式。
参考图5，对在图2所示的步骤和图3所示的步骤之间的安装方法步骤中的适于实现本发明的装置进行详细解释。
图5中再次示出流体管18和水下提升器22，其中，流体管18的自由端16连接有具有钩卡部36的第二引导框架34，水下提升器22的第二端部28具有其上枢转安装有轭部32的第一框架30，上述轭部由通过弓形件44端部接合在一起的两个平行臂部40、42构成。
完全联接到自由端16的第二框架34停靠在海床10上，并且自由端16以鹅颈形状延伸并终止于位于由第二引导框架34限定的中间平面(meanplane)的上方的连接端配合件46。
另外，它包括平行间隔开的引导和保护弓形件48和锥形引导壳体50，所述引导和保护弓形件48横跨第二框架延伸并且围绕自由端16设置，使其垂直于流体管18的轴，所述锥形引导壳体50纵向取向并且设计成容纳在第一框架的前部纵向延伸的引导杆52。
钩卡部36安装成朝向第二框架的后部53，自由端16的上游处，并且弯拱向后部53。另外，在一个优选实施例中，它们可平移移动。
另外，联接到第一框架30的第二端部28也以鹅颈形状延伸并且终止于位于第一框架30的中间平面的上方、轭部32的两个臂部40和42之间的第二连接端配合件54。
为了简化视图，如图5所示的第二端部不包括连接于其上并且在该步骤中可以拉拽轭部32并通过其延伸将该轭部32保持在位的缆绳。同样，图1-4中也没有示出鹅颈状端部。
图6示出在图3所示的步骤中水下提升器22的自由端16和第二端部28的相对位置。
由此，轭部32相对于第一框架30枢转，而一方面通过弓形件44接合在一起的臂部36的端部通过按压在第二框架34上而接合在钩卡部36中，而另一方面，彼此间隔的距离大致等于引导和保护弓形件48的宽度的臂部40和42已通过枢转而经由这些引导弓形件48引导。如此，不仅轭部32可固定在钩卡部36中，而且水下提升器的第二端部28也与流体管18的自由端16对齐。
图7描绘了处于图4所示步骤中的根据本发明的装置。第一框架30停靠在海床10上，轭部32固定保持在向流体管18传递水下提升器22所施加的回复力的钩卡部36中，且通过引导和保护弓形件48，轭部32的臂部40和42得到侧向保持。在这个位置处，位于鹅颈形状末端的连接端配合件46和54彼此相对，且各引导杆52分别沿着锥形引导壳体50的轴并与之面对。
由此，来自水下提升器的回复力被传递到海床设施，并且第二端部和海床设施之间的连接可在该回复力没有施加在实际连接的情况下建立。
在这种情况下，可使用遥控水下机器人(未示出)来建立实际连接，因此设置海面船只就不必要了。
如此，利用可平移移动并且通过驱动装置(未示出，例如蜗杆、起重器等等)驱动朝向第二框架34的后部53的钩卡部36，轭部32向第二框架34驱动第一框架30，使得引导杆52可插入到锥形引导壳体50中，以便相对第二框架34引导第一框架30。所述的蜗杆例如通过所述水下机器人转动。因此，已彼此相对的连接端配合件46和54接合在一起，以便使得当钩卡部36在第二框架34的朝向后部53移动的末端时，配合件连接在一起。所述机器人也进行各个连接步骤，例如清洁和密封步骤，或者其它操作。
图8示出一结构，其中，利用钩卡部36和轭部32，连接端配合件46和54连接在一起并且水下提升器22的第二端部28相对流体管18的自由端16保持在固定位置处。
上面描述了由流体管构成的海床设施，其优点在于可获得水下提升器的全部回复力。然而，本发明也包括提供由锚固到海床以耐受回复力的收集器构成的海床设施。

Claims (12)

1.一种安装和连接水下提升器(22)的方法，其用于在位于海床(10)的海床设施(16)和位于所述海床设施(16)上方的海上设施(14)之间进行海上作业，所述提升器(22)具有第一端部(26)和第二端部(28)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)将所述第一端部(26)连接到所述海上设施(14)；
b)使所述水下提升器(22)在所述海上设施(14)和所述海床设施(16)之间悬垂布置；
c)通过延伸所述水下提升器(22)，将所述第二端部(28)引向所述海床设施(16)，如此向所述第二端部(28)施加回复力；
d)将所述第二端部(28)紧固到所述海床设施(16)上，并放松所述第二端部(28)以利用所述回复力定位该第二端部(28)，使得所述第二端部(28)面对所述海床设施(16)，并将来自所述回复力的负载传递到所述海床设施(16)；以及
e)将所述第二端部(28)和所述海床设施(16)连接起来。
2.如权利要求1所述的安装水下提升器的方法，其特征在于，所述海床设施(16)由流体管(18)的自由端形成。
3.如权利要求1或2所述的安装水下提升器的方法，其特征在于，所述第二端部(28)包括活动的第一连接装置(32)且所述海床设施包括第二连接装置(36)，并且在放松所述第二端部(28)以便联接之前，所述活动的第一连接装置(32)与所述第二连接装置(36)接合。
4.如权利要求1-3中任一项所述的安装水下提升器的方法，其特征在于，通过在所述第二端部(28)和海面船只(20)之间延伸的缆绳(24)，从海面引导所述第二端部(28)。
5.如权利要求2或4所述的安装水下提升器的方法，其特征在于，所述海面船只(20)通过使所述水下提升器(22)的下部在大致平行于所述流体管(18)的方向上取向而延伸所述水下提升器(22)，直到所述第二端部(28)大致与所述海床设施(16)位于一条直线上。
6.如权利要求1-5中任一项所述的安装水下提升器的方法，其特征在于，当所述第二端部(28)和所述海床设施(16)已经连接在一起以后，所述第二端部(28)和所述海床设施(16)紧固保持在一起。
7.一种用于安装和连接水下提升器(22)的装置，其用于在位于海床的海床设施(16)和位于所述海床设施(16)上方的海上设施(14)之间进行海上作业，所述提升器(22)具有第一端部(26)和第二端部(28)，其特征在于，所述装置包括：
连接装置，所述连接装置用于将所述第一端部(26)连接到所述海上设施(14)；
展开装置，所述展开装置用于使所述水下提升器(22)在所述海上设施(14)和所述海床设施(16)之间悬垂展开；
引导装置(24)，所述引导装置用于通过延伸所述水下提升器(22)来引导所述第二端部(28)，使其面向所述海床设施(16)，如此向所述第二端部(28)施加回复力；
紧固装置(32、36)，所述紧固装置用于将所述第二端部(28)紧固到所述海床设施(16)上，并放松所述第二端部(28)以利用所述回复力定位该第二端部(28)，使得所述第二端部(28)面对所述海床设施(16)并且将来自所述回复力的负载传递到所述海床设施(16)；和
连接装置，所述连接装置用于将所述第二端部(28)和所述海床设施(16)连接起来。
8.如权利要求7所述的安装和连接水下提升器的装置，其特征在于，所述海床设施(16)由流体管(18)的自由端形成。
9.如权利要求7或8所述的安装和连接水下提升器的装置，其特征在于，所述第二端部(28)包括第一框架(30)和一端接合以形成轭部的平行臂部(40、42)，所述平行臂部被安装成在第一框架(30)上枢转并且被设计成在所述第二端部(28)延伸的纵向方向上延伸的第一位置和相对所述第一位置倾斜的第二位置之间枢转。
10.如权利要求8或9所述的安装和连接水下提升器的装置，其特征在于，所述流体管(18)的自由端包括第二引导框架(34)，所述第二引导框架(34)的沿着所述流体管(18)从所述自由端延伸的上游部包括至少一个钩卡部(36)，所述轭部(32)被设计为在所述倾斜的第二位置中接合所述钩卡部(36)。
11.如权利要求10所述的安装和连接水下提升器的装置，其特征在于，所述第二引导框架(34)包括用于沿着所述自由端的轴引导所述第二端部(28)的侧向引导装置(50)。
12.如权利要求10或11所述的安装和连接水下提升器的装置，其特征在于，所述第二引导框架(34)包括用于驱动所述钩卡部(36)的装置，以便将所述第二端部(28)驱动向所述海床设施(16)。
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