CN100557284C - 海洋管道敷设系统、方法及起重设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋管道敷设。用于敷设海底管道的系统具有起重设备。所述起重设备包括具有塔顶面的塔，塔顶面上设有索轮。此外，所述起重设备具有可移动地连接到塔上的移动块。所述移动块包括第一块和第二块，两者均配设有索轮。所述第一块配设有夹持即将连接到管道上的管段的夹，并且所述夹用于在管段连接到管道上后下放管道。所述起重装置具有起重索和绞盘，所述起重索在塔顶面和移动块两者上方的索轮上引导。所述移动块可通过操作起重铰盘而相对于塔移动。第一块和第二块适于可解除地连接，在连接状态下，它们作为一个单元沿着塔移动并且能支承管道的重量。第二块能锁定到塔上，从而在第二块相对于塔保持静止时第一块能沿着塔移动。

Description

海洋管道敷设系统、方法及起重设备

技术领域

本发明涉及一种敷设海底管道的海洋管道敷设系统，该系统包括：

a)主支承结构；

b)管道连接站，管段在该处连接到先前入水管道的最上端；

c)用于可解除地紧固先前入水管道的最上端的固定夹，其中该固定夹适于支承先前入水管道的荷载；

d)起重设备，所述起重设备包括：

-具有塔顶面的塔，塔顶面上设有索轮，

-可移动地连接到塔上的移动块，移动块上设有索轮和移动夹，移动夹用于夹持即将连接到管道上的管段并且在所述管段连接到管道上后下放所述管道，

-起重装置，包括起重索和绞盘，所述起重索在塔顶面和移动块两者上方的索轮上引导，

其中所述移动块可通过起重装置而相对于塔移动。

背景技术

这样一种系统是公知的，例如US 5,421,675中所公开的。在管道的入水过程中，所述移动块必须能支承管道，这实际上意味着所述移动块必须能支承1000吨或1000吨以上的荷载。为此目的，所述移动块和塔顶面必须配设足够多的索轮来引导起重索，以在所述移动块和所述塔顶面之间延伸足够多的索轮部，载荷分布在各部分上。但是，在移动块和塔顶之间延伸的索轮部愈多，所述块沿着塔移动的越慢。

敷设管道时，必须使用具有足够多索轮部的起重系统来支承管道的荷载，但是其缺点在于当从移动块上解除荷载时，移动块仅能相当慢地向上移动，这限制了一天中管道敷设长度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改良的管道敷设系统。

该目的通过一种管道敷设系统实现，其中所述移动块包括第一块和第二块，两者均配设有索轮。所述移动夹连接到第一块，第一块和第二块适于可解除地连接，在连接状态下，它们作为一个单元沿着塔移动并且能支承管道的荷载，所述系统还包括将第二块锁定到塔上的锁定装置，从而在第二块相对于塔保持静止时第一块能沿着塔移动。根据本发明的另一个方面，这种管道敷设系统能执行管道敷设方法，所述方法包括如下步骤：

i)当移动块位于塔的最上端时，使用带有移动块的移动夹夹持管道的最上端并支承所述管道，

ii)通过起重装置下放连接的第一块和第二块，从而将管道下放至塔的最低位置，

iii)使用固定夹夹持管道的最上端，

iv)从管道上解除移动夹，

v)通过锁定装置将第二块锁定到塔上，

vi)通过起重装置将第一块从最低位置提升到最高位置，

vii)使用移动夹夹持即将连接到管道上的管段的最上端，

viii)通过起重装置下放第一块和管段，使管段的最下端能被夹持并且能在管道连接站处与管道的最上端对齐，

ix)从所述管段上解除移动夹，

x)从塔上解开第二块，

xi)将管段的最下段连接到管道的最上端，

xii)在将管段连接到管道时将第二块提升至最高位置，

xiii)连接第一块和第二块，

xiv)使用移动夹夹持管段的最上端，

xv)在移动块位于塔的最高位置时，将管道从管道连接站和固定夹上解除，同时使用带有移动块的移动夹夹持管道的最上端并支承所述管道。

在所述系统和方法中，当所述入水管由固定夹支承时，带移动夹的第一块和第二块可以分别向上移动。由于第二块相对于塔保持锁定，移动块的移动部，即第一块，与塔的顶面之间延伸更少的索轮部。这导致第一块相对于主体的提升速度更快，此时整个移动块被作为一个单元提升。这导致移动夹更快地到达塔的顶面，以夹持即将连接到管道的新管段，管道上悬挂固定夹。在管道连接站，第一块设置在管段的最下端，在其被排列装置夹持并且将所述管段与所述管道的最上端对齐后，所述移动夹可以被解除。与此连接操作同步，第二块被从塔上解开并提升。当管段连接到管道时，所述第二块处于最高位置并与第一块连接，从而，移动块作为一个单元来夹持管道的最上端并下放所述管道。

采用本发明的系统，具有移动夹的第一块到达最高位置的时间不超出不可分离移动块出现在最高位置所必需的时间的17％。本发明的方法和系统与现有技术的管道敷设方法相比，可以节省大量的时间，从而实现成本的大幅降低。

本发明的另一方面涉及一种起重装置，所述起重装置包括：

-具有塔顶面的塔，塔顶面上设有索轮，

-可移动地连接到塔上的移动块，其配设有索轮和用于承受荷载的夹持装置，

-起重装置，包括起重索和绞盘，所述起重索在塔顶面和移动块两者上方的索轮上引导，其中所述移动块可通过起重装置而相对于塔移动，所述移动块包括第一块和第二块，两者均配设有索轮，第一块上配设所述夹持装置，

其中第一块和第二块适于可解除地连接，在连接状态下，第一块和第二块能支承超过非连接装态时能支承的荷载，并且在该状态下第一块和第二块作为一个单元沿着塔移动，

并且第二块配设有将其锁定到塔的下侧的锁定装置，从而在第二块相对于塔保持静止时第一块能沿着塔向上移动。

一钟起重装置提升荷载的方法，该方法包括的操作循环为：

当由连接的第一块和第二块组成的移动块位于塔的最高位置时，使用带有移动块的移动夹夹持第一荷载，

通过起重装置将连接在一起的第一块和第二块下放到塔的最低位置而降低第一荷载，在此由荷载操作装置承接所述第一荷载，而使移动夹不再支承所述第一荷载，

其特征在于：通过锁定装置将第二块锁定到塔上，通过起重装置将第一块单独地从最低位置提升至最高位置，然后对第一块进行过渡操作，在过渡操作之后，将第二块从塔上解开并将其提升到与第一块连接的最高位置。

这样，所述起重设备可以很好地适应操作循环，其中，在过渡操作步骤中，仅需要所述第一块到达塔的顶面处参与过渡操作，而不需要全部的荷载支承量。从而所述第一块能用于向荷载操作装置传输过渡荷载。当所述第一块从过渡荷载中解除并且所述过渡荷载由荷载操作装置承接时，所述第二块能回复到最高位置。当操作所述过渡荷载的必需时间间隔不超过提升第二块所必需的时间时，循环时间可以大大地降低。

该起重装置还便于在连接站连接第一物体和第二物体的方法中使用，该方法包括如下步骤：

i)当移动块位于塔的最上端时，使用带有移动块的移动夹夹持第一物体并支承该物体，

ii)通过起重装置下放连接的第一块和第二块，从而将第一物体下放至塔的最低位置，

iii)在连接站处使用夹持装置夹持第一物体，

iv)从第一物体上解除移动夹，

v)通过锁定装置将第二块锁定到塔上，

vi)通过起重装置将第一块从最低位置提升到最高位置，

vii)使用移动夹夹持第二物体，

viii)通过起重装置下放第一块和第二物体，使第二物体能被传输至连接站并被夹持装置夹持，

ix)从第二物体上解除移动夹，

x)从塔上解开第二块，

xi)将第二物体连接到第一物体，

xii)在将第二物体连接到第一物体时将第二块提升至最高位置，

xiii)连接第一块和第二块，

xiv)使用移动夹夹持第一物体和第二物体，

xv)在移动块位于塔的最高位置时，从管道连接站解除第一物体和第二物体除，同时将其用带有移动块的移动夹夹持。

附图说明

下面参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述，其中：

图1显示了管道敷设系统的示意侧视图；以及

图2-7显示了图解管道敷设方法步骤的管道敷设系统的示意前视图。

具体实施方式

所述系统涉及一种垂直或接近垂直的管道敷设技术，例如J敷设技术，用于将管道以基本垂直的方向从船上入水。该系统提供了一种用于垂直或接近垂直的海洋管道敷设、特别是深水中管道敷设的改良管道敷设系统。

参照图1-7所描述的方法涉及垂直或接近垂直敷设海底管道的一种有效方法。

所述管道敷设系统提供了作为主支承结构的船。图1和图2中显示了以附图标记1表示的该船的一部分。在图3-图7中，为了使附图清楚，略去了所述船1。

船1上设有起重设备2。所述起重设备2包括具有塔顶面3a的塔3。塔顶面3a上设有索轮4。

起重设备2还包括可移动地连接到塔3的移动块5。所述移动块5上设有索轮6和7。

起重设备还具有起重装置，所述起重装置包括起重索8和绞盘9。起重索8在塔3的顶面3a上的索轮4以及移动块5上的索轮6、7上方引导。通过使索8缠绕在绞盘9上以及使其从绞盘上退绕开，所述移动块5可相对于塔3移动。

从图2中可以清楚地看出，移动块5包括第一块51和第二块52。在附图所示的具体实施例中，第一块51设有两个索轮6。第二块52设有四个索轮7。

第一块51上连接有移动夹10。所述移动夹10适于夹持单个管段20或一根管道21的上端，下面将有详细描述。

第二块52具有基本环形体52a，所述基本环形体有中央开口52b(参见图3)。所述第一块51具有本体，本体的径向尺寸大于第二块52的中央开口52b的径向尺寸，从而使所述第一块51不能穿过第二块52的开口52b。第二块52具有面朝上且环绕中央开口52b的支承面52c，用于与第一块51配合并支承所述第一块。

第一块51和第二块52能连接在一起。在图2所示的连接状态下，第一块51与支承面52c配合。在连接状态下，所述第一块51和第二块52形成为一个单元，并且能在一起支承由移动夹10保持的荷载。所述荷载可以是悬挂着的管道的荷载，其总计能达到1000吨。由连接的第一块51和第二块52形成的所述单元，或者更准确地称为移动块单元能通过操作绞盘9而沿着塔3移动。

移动块5的这种结构使得能将第一块51和第二块52分开。此外，第二块52能通过合适的锁定装置，优选为锁定销13而锁定到塔3的下部。锁定销13可以设置在第二块52上，这样使得它们能在合适的控制信号下向延伸位置移动并伸入塔3上设置的锁定孔中。在塔3上设置销13也是有可能的，当受到合适的控制信号时，它们能向延伸位置移动并伸入第二块52上设置的锁定孔中。

采用锁定销和锁定孔将部件锁定是一种公知的锁定机构。应该意识到，上述锁定装置并不仅仅意味着优选的锁定销和锁定孔，而是也可以为与此类似的其它任意合适的锁定机构，例如螺钉/螺母组合、汽缸、夹钳等。

当第二块52锁定到塔3时，第一块51能沿着塔3移动，此时第二块52相对塔3保持静止不动。

管道敷设系统还设有管道连接站，特别是管道焊接站14，用于将管段20的最下端焊接到先前入水管道21的最上端。此外，所述管道敷设系统具有排列工具16，用来将管段20的最下端与管道21的最上端排列，以使其能在焊接站14处焊接在一起。此外，管道敷设系统具有固定夹15，在本领域中也称作悬挂夹，用于夹紧管道21的上端并且其适于支承管道21的荷载。通过下面对管道敷设系统的描述，这些部件将会变得更加清楚。

图2所示为第一状态，此时第一块51和第二块52连接在一起，移动夹10夹持着管道21的最上端并且支承入水管道21的荷载。然后，采用固定夹15夹持管道21的上端并承接所述管道21的荷载，之后，可将所述移动夹10从所述管道21上解除。

接下来，可通过锁定销13将第二块52连接到塔3上。如图3所示，第二块52的这种锁定状态使得可以通过操作绞盘9而将第一块51向上提升，同时通过锁定销13将第二块52保持在塔3上的最低位置。

当第一块51到达塔3的最高位置时，新的管段20通过合适的管道传输装置传输到塔3处。然后，使用移动夹10在这根新的管段20的最上端将其夹持，如图4所示。

管段20能下放一段距离，使其能被排列工具16夹持，然后从管段21上解除移动夹10。这种状态在图5中示出。接下来，在将管段20和管道21对应的端部在焊接站14处焊接在一起之前，将管段20和悬挂在固定夹15上的管道21对齐。

如图6所示，在焊接过程中解除锁定销13，并操作绞盘9将第二块52提升至其最高位置。优选地，该系统设计成将第二块52提升至其最高位置的时间不超过将管段20和管道21焊接在一起所需的时间。这样，足以在过渡时间内将第一块51和第二块52合并在一起，过渡过程中所述起重系统不需承担荷载。

在图7中示出的状态下，第二块52到达其在塔3上的最高位置并与第一块合并在一起。在这种状态下，移动夹10夹持管道21的上端。因为由第一块51和第二块52形成的单元5能支承管道21的荷载，因此从管道21上解除固定夹15，并且操作绞盘9将管道21下放至图2中所示的状态。重复上述循环以敷设管道21。

本实施例中，第一块51有两个索轮6，第二块52有四个索轮7。结果在塔3的顶面3a和第一块51之间延伸有四段索轮部8a-8d，在塔3的顶面3a和第二块52之间延伸有八段索轮部8e-8i(见图3)。从原理上说，这意味着第一块51能以具有十二段索轮部的不可分离移动块所需时间的三分之一时间被提升。这意味着采用图中所示的特定起重系统，移动夹10可夹持轻的荷载，即单根管段20，更快地到达塔3的顶面3a。将管段20连接到管道21所需的过渡时间足以用来向上移动第二块52，以带动起重系统至下放管道21所需的全部支承量。

使用当前管道敷设系统可节省大量的时间。这导致使用管道敷设装置的总时间的大大降低，由此降低了管道敷设成本。

应该意识到，本发明不限于图中所示的特定实施例。本发明能以不同的方式执行和实践。因此，本发明能用于比上述入水方位更倾斜的其它管道敷设方法中，甚至用于象S敷设的几乎水平方位中。此外，起重系统的应用也不限于管道敷设方法，而是也可以用于其它操作，例如海洋钻井中。

在图1-7所述的管道敷设系统的实施例中，第一块51不能穿过第二块52的中央开口。但是，应当意识到，移动块结构可以由第一块和第二块以其它方式连接在一起，例如通过锁紧销等等，此时第一块能从上方或下方穿过第二块。

Claims (13)

1.一种敷设海底管道的海洋管道敷设系统，该系统包括：

a)主支承结构(1)；

b)管道连接站，管段(20)在该处连接到先前入水管道(21)的最上端；

c)用于可解除地紧固先前入水管道(21)的最上端的固定夹(15)，其中该固定夹(15)适于支承先前入水管道(21)的荷载；

d)起重设备(2)，所述起重设备(2)包括：

具有塔顶面(3a)的塔(3)，塔顶面上(3a)设有索轮(4)，

可移动地连接到塔(3)上的移动块(5)，移动块(5)上设有索轮(6，7)和移动夹(10)，移动夹用于夹持即将连接到管道(21)上的管段(20)并且在所述管段(20)连接到管道(21)上后下放所述管道(21)，

起重装置，包括起重索(8)和绞盘(9)，所述起重索(8)在塔顶面(3a)和移动块(5)两者上的索轮(4，6，7)上引导，

其中所述移动块(5)可通过起重装置而相对于塔(3)移动，其特征在于：所述移动块(5)包括第一块(51)和第二块(52)，两者均配设有索轮(6，7)，所述移动夹(10)连接在第一块(51)上，其中第一块(51)和第二块(52)适于可解除地连接，在连接状态下，它们作为一个单元沿塔(3)移动并且能支承所述管道(51)的荷载，并且，所述系统包括将第二块(52)锁定到塔(3)上的锁定装置，其特征在于：所述锁定装置适于将第二块(52)锁定在塔(3)下侧的最低位置，从而在第二块(52)相对于塔(3)保持静止时第一块(51)能沿着塔(3)向上移动至最高位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述起重装置这样适于使第二块(52)单独从最低位置向最高位置的移动时间小于或最多等于管段(20)连接到管道(21)上的时间。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于：所述锁定装置包括可在锁定位置和非锁定位置之间移动的一个或多个锁定销(13)，其在锁定位置进入锁定孔。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述一个或多个锁定销(13)设置在第二块(52)上，所述锁定孔设置在塔(3)上。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述一个或多个锁定销(13)设置在塔(3)上，所述锁定孔设置在第二块(52)上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述管道连接站包括焊接站(14)。

7.一种敷设海底管道的方法，其中所使用的系统包括：

a)主支承结构(1)；

b)管道连接站，管道(20)在该处连接到先前入水管道(21)的最上端；

c)用于可解除地紧固先前入水管道的最上端的固定夹(15)，其中该固定夹(15)适于支承先前入水管道(21)的荷载；

d)起重设备(2)，所述起重设备包括：

具有塔顶面(3a)的塔(3)，塔顶面(3a)上设有索轮(4)，

可移动地连接到塔(3)上的移动块(5)，移动块(5)上设有索轮(6，7)和移动夹(10)，移动夹(10)用于夹持即将连接到管道上的管段(20)并且在所述管段(20)连接到管道(20)上后下放所述管道(21)，

起重装置，包括起重索(8)和绞盘(9)，所述起重索(8)在塔顶面和移动块(5)两者上的索轮(6，7)上引导，

其中所述移动块(5)可通过起重装置而相对于塔移动，所述移动块包括第一块(51)和第二块(52)，两者均配设有索轮(6，7)，所述移动夹(10)连接在第一块(51)上，其中第一块(51)和第二块(52)适于可解除地连接，从而作为一个单元沿塔(3)移动，并且，所述系统包括将第二块(52)锁定到塔(3)上的锁定装置，所述锁定装置适于将第二块(52)锁定在塔(3)下侧的最低位置，从而在第二块(52)相对于塔(3)保持静止时第一块(51)能沿着塔(3)向上移动至最高位置，

该方法包括如下步骤：

i)当移动块(10)位于塔(3)的最上端时，使用带有移动块(5)的移动夹(10)夹持管道(21)的最上端并支承所述管道，

ii)通过起重装置下放连接的第一块(51)和第二块(52)，从而将管道(21)下放至塔(3)的最低位置，

iii)使用固定夹(15)夹持管道(21)的最上端，

iv)从管道(21)上解除移动夹(10)，

v)通过锁定装置将第二块(52)锁定到塔(3)上，

vi)通过起重装置将第一块(51)从最低位置提升到最高位置，

vii)使用移动夹(10)夹持即将连接到管道(20)上的管段(20)的最上端，

viii)通过起重装置下放第一块(51)和管段(20)，使管段(20)的最下端能被夹持并且能在管道连接站处与管道(21)的最上端对齐，

ix)从塔(3)上解开第二块(52)，

x)将管段(20)的最下段连接到管道(21)的最上端，

xi)在将管段(20)连接到管道(21)时将第二块(52)提升至最高位置，

xii)连接第一块(51)和第二块(52)，

xiii)使用移动夹(10)夹持管段(20)的最上端，

xiv)在移动块(5)位于塔(3)的最高位置时，将管道从管道连接站和固定夹(15)上解除，同时使用带有移动块(5)的移动夹(10)夹持管道的最上端并支承所述管道。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述第二块(52)从塔(3)的最低位置移动到最高位置，然后在一个时间跨度内连接到第一块(51)，所述时间跨度等于或小于将管段(20)的最下端连接到管道(21)的最上端的时间跨度。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：在管道连接站夹持管段后，将移动夹(10)从所述管段(20)上解除。

10.一种用于海洋管道敷设系统的起重装置(2)，所述起重装置包括：

具有塔顶面的塔(3)，塔顶面(30)上设有索轮(4)，

可移动地连接到塔(3)上的移动块，其配设有索轮(6，7)和用于承受荷载的夹持装置，

起重装置，包括起重索(8)和绞盘(9)，所述起重索(8)在塔顶面和移动块两者上的索轮(6，7)上引导，其中所述移动块(5)可通过起重装置而相对于塔(3)移动，

其特征在于：所述移动块(5)包括第一块(51)和第二块(52)，两者均配设有索轮(6，7)，第一块(51)上配设夹持装置，

其中第一块(51)和第二块(52)适于可解除地连接，在连接状态下，第一块(51)和第二块(52)能支承超过非连接装置时能支承的荷载，并且在该状态下第一块(51)和第二块(52)作为一个单元沿着塔(3)移动，并且

第二块(52)配设有将其锁定到塔(3)的下侧的锁定装置，所述锁定装置适于将第二块(52)锁定在塔(3)下侧的最低位置，从而在第二块(52)相对于塔(3)保持静止时第一块(51)能沿着塔(3)向上移动至最高位置。

11.一种使用权利要求10所述起重装置(2)提升荷载的方法，该方法包括的操作循环为：

当由连接的第一块和第二块组成的移动块(10)位于塔(3)的最高位置时，使用带有移动块(5)的移动夹夹持第一荷载，

通过起重装置将连接在一起的第一块(51)和第二块(52)下放到塔的最低位置而降低第一荷载，通过荷载操作装置承接所述第一荷载，而使移动夹(10)不再支承所述第一荷载，

其特征在于：通过锁定装置将第二块(52)锁定到塔(3)上，通过起重装置将第一块(51)单独地从最低位置提升至最高位置，然后对第一块(51)进行过渡操作，在过渡操作之后，将第二块(52)从塔(3)上解开并将其提升到与第一块(51)连接的最高位置。

12.一种使用权利要求10所述的装置在连接站连接第一物体和第二物体的方法，该方法包括如下步骤：

i)当移动块(5)位于塔(3)的最上端时，使用带有移动块(5)的移动夹夹持第一物体并支承该物体，

ii)通过起重装置下放连接的第一块(51)和第二块(52)，从而将第一物体下放至塔(3)的最低位置，

iii)在连接站处使用夹持装置夹持第一物体，

iv)通过锁定装置将第二块(51)锁定到塔(3)上，

v)通过起重装置将第一块(51)从最低位置提升到最高位置，

vi)使用移动夹(10)夹持第二物体，

vii)通过起重装置下放第一块(51)和第二物体，使第二物体能被传输至连接站并被夹持装置夹持，

viii)从第二物体上解除移动夹(10)，

ix)从塔(3)上解开第二块(52)，

x)将第二物体连接到第一物体，

xi)在将第二物体连接到第一物体时将第二块(52)提升至最高位置，

xii)连接第一块(51)和第二块(52)，

xiii)使用移动夹(10)夹持第一物体和第二物体，

xiv)在移动块位于塔的最高位置时，从管道连接站解除第一物体和第二物体，同时将其用带有移动块(5)的移动夹(10)夹持。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：第二物体被连接站上的夹持装置夹持后，则从所述第二物体上解除移动夹(10)。

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