专利名称：水下管道,特别是深水区大直径水下管道的连接方法
技术领域：
本发明涉及一种水下管道的新型连接方法，可以在现场不用潜水员或其它深水操作人员就能连接两根直径大到40英寸(1米)或更大的水下管道，特别适用于在深水区连接大直径管道。
在连接水下管道的技术中已知各种方法。一种需要潜水人员进行起高压焊接的方法用于浅水和中等深度的水域中，该法只能满意地用于最深约200米的深度，一个原因是焊接本身涉及的问题，另一原因是在过大的外界压力下人员的工作量显著减小；除该方法以外，用于此类连接的基于不需要使用潜水人员的系统的其它方法，主要受两个基本因素的限制管道直径和水深。
管道直径可以看作主要限制参数；事实上，该技术领域所有已知方法要求待连接的两个管道区段之一能够被拉到固定的另一区段处。该操作所需拉力与管道直径成比例地增大，具有这些特征的操作只能对直径小于20英寸的管道进行。
另一方面，水深是一关键参数，因为该技术的已知方法要求一种从海面到海底的引导设备来帮助将其安装在海底上。此种引导设备为一侧连接到海底结构物，另一侧连到用于海面支撑的船上的钢导向索。目前，此种导向方法对子最深400米左右的深度被认为是令人满意的，这是因为涉及所述导向索的张紧问题。
由于以上这些，需要一种能够克服管道直径和水深障碍两大问题而同时保证现有系统的相同工作可靠性的替代方法。
本发明的目的是提供一种方法来消除上述缺点，该方法能够完全遥控连接水下管道，不需要对待连接的两个管道区段之一进行任何拉动操作，并且不需要使用将其安装在海底上的导向索，而是通过一艘船利用一台简单的起重机来完成。
本发明通过使用一种机械接头来解决上述问题，这种机械接头由连接器形成，具有伸缩性能，不需要拉动两段管道，并使用只是安装在海底上的一个导向系统作为优选实施例中的安装辅助，而不要求与海面装置连接。
作为本发明目的的连接水下管道的方法使用一艘装有起重机的支撑船和海底工作与援助用的遥控操作式潜水器，其特征在于包括下述步骤a)在海底固定构架上预先安装一个称为内侧管道的管道；b)通过铺管船铺设一个装有浮箱、拖链和安装滑道的称为外侧管道的管道，并将所述外侧管道弃置在限定的铺设区域内；c)升高所述外侧管道；d)通过所述船上起重机在所述海底固定构架中的设有导向销的预定位置上安装一个海底绞盘，随后通过液压闩锁将所述海底绞盘锁定在所述导向销上；e)将遥控操作式潜水器连接在所述海底绞盘上并通过所述潜水器驱动所述绞盘以展开所述海底绞盘的缆索，在一个第二遥控操作式潜水器的协助下将所述缆索的端部带到和连接在外侧管道上，卷绕所述缆索，随后将所述外侧管道向上偏转到设在所述海底固定构架内的连接区域，通过回收所述拖链并将其换装到所述浮箱上而降低所述外侧管道，从所述外侧管道上脱开每个浮箱和拖链组合件并将所述组合件回收到船上；f)安装一个计量系统，以限定两个待连接的所述管道端部之间的距离和角度误差；g)利用所述计量系统的测量和利用一个安装在所述支撑船上的专用构架来组装一个具有伸缩能力的连接系统；h)将所述连接系统安装在所述海底固定构架上并使所述连接系统与所述管道端部连接。
在上述任务结束时，用该领域的已知程序在连接系统的所有垫圈上进行密封检验。
下面概述所述方法的各种步骤。
安装滑道的铺设可以利用该技术现状中已知的下列程序来完成铺设一个外侧管道，通过专用绞盘将所述管道的端部回收到铺管船上，安装所述安装滑道，在所述滑道安装好后，利用所述专用绞盘将所述外侧管道铺设在预定的铺设区域内。
此外，安装滑道的铺设可以利用下述程序来进行，这是本发明的另一目的
-当所述外侧管道的最后杆接近第一铺管船张紧装置时，停止外侧管道的铺管程序，将所述安装滑道的下段焊接在所述外侧管道的所述最后杆上，并当所述铺管船的张紧装置保持张紧时，将连接在铺管绞盘上的专用铺管缆索固定在所述下段的另一端部上；松开所述铺管船张紧装置并将其打开到最大允许宽度，让所述下段通过张紧装置并随后开始铺管程序，直到所述下段通过所述铺管船的最后张紧装置；停止铺管程序以便能够安装所述安装滑道的上段，该上段通过船上起重机的缆索带入位置并被焊接到所述下段上，随后将必需的浮箱、拖链和声应答器根据其重量安装在所述安装滑道上，继而开始铺管程序，直至所述安装滑道伸出所述铺管船的船尾托管架；-停止铺管程序并安装所述安装滑道的底板，安装滑道通过所述船上起重机索引入到位，同时需要潜水员用螺栓将所述底板定位和安装在所述安装滑道的专用位置上；-继续铺设，直到将所述安装滑道安装在预定的铺设区域上。
-外侧管道的升高可以通过将拖链从浮箱引到海底来实现，所述拖链通过钢索始终连接在所述浮箱上。
海底绞盘的安装是利用下述程序来进行的，这是本发明的另一目的-使用船上起重机索并通过遥控操作式潜水器的协助来设置和安装两个导向杆(一短一长)，将其引入在海底固定构架上安置的底板上的专用导向杆插孔中；-通过一个同时用作液压动力供应装置的第二遥控操作式潜水器将一个小型海底绞盘安装在所述海底固定构架上的预定位置上；-部署设有无导向索安装用的滑动定中心环的所述海底绞盘，并在所述海底固定构架上方至少5m处停止部署操作；-通过所述第一遥控操作式潜水器将所述小型海底绞盘的缆索连接在所述海底绞盘的所述定中心环之一上；-驱动所述小型海底绞盘，同时所述海底绞盘通过所述船上绞盘起重机缓慢下降，直到所述定中心环啮合两个所述导向杆；-通过所述第一遥控操作式潜水器放松所述小型海底绞盘的缆索，并将所述海底绞盘安装在最终位置上。
上述海底绞盘的安装也可以使用导向索来进行，即利用该领域中的已知程序来进行。
可以利用下列已知程序来进行将浮箱和拖链组合件回收到船上的过程部署一个水泥墩重块并将所述水泥墩重块连接在所述单一组合件上，通过打开那些带放松所述组合件，通过遥控操作式潜水器将其锁定在管道上，使连接了所述水泥墩重块的所述组合件向上浮到海面，对所有安装在外侧管道上的所述浮箱和拖链组合件重复上述步骤。
该计量系统可以是一个机械系统和一个声学系统。
本发明的另一目的是机械计量系统，该系统最好包括通过一个铰链连接的两个臂，每个臂在其末端上装有一个球形接头，臂通过可以拆开的液压闩锁转而连接到一个设有帮助和利于安装阶段的使用导向杆的定中心漏斗的安装板上，所述铰链和所述球形接头设有液压系统，以便通过遥控操作式潜水器对它们进行锁定/开锁。
在使用机械计量系统的情况下，可以利用下述程序限定待连接的管道端部之间的距离和角度误差，这是本发明的再一目的-部署和安装机械计量系统，所有可动部分即两个球形接头和中心铰链在该部署和安装阶段期间均处于开锁位置；-通过一个遥控操作式潜水器驱动液压回路，该回路通过锁定所述球形接头和中心铰链两者而将所述机械计量系统的构形固定在测量位置；-通过所述遥控操作式潜水器打开将臂的末端锁定在安装板上的液压闩锁，以便回收没有所述安装板的所述机械计量系统，然后最大限度地限制作用在所述球形接头和中心铰链上的力，随后将所述机械计量系统和安装板分别回收到船上。
可以利用下述程序安装机械计量系统，这是本发明的再一目的-通过一个遥控操作式潜水器将两个预先安装在海底固定构架内限定位置上的小型海底绞盘的缆索连接在所述机械计量系统的安装板上，同时通过一个第二遥控操作式潜水器驱动所述小型海底绞盘并通过船上起重机索使所述机械计量系统缓慢下降；-当所述机械计量系统的导向漏斗啮合安装在所述海底固定构架上的两个导向杆时停止该程序，随后松开所述小型海底绞盘的所述缆索并将所述机械计量系统安装在最终位置中。
上述机械计量系统的安装也可以使用导向索来完成，即利用该领域中的已知程序来完成。
本发明的另一目的是声学计量系统，该系统最好由一个用作声信号源的应答器单元和处理单元组成并安装在设有两个对接锥体(dockingcone)的参考板上，测量从所述对接锥体相对于安装在海底固定构架已知位置上或内侧管道端部上的参考靶单元的距离。
在使用上述声学计量系统的情况下，可以利用下述程序来进行待连接的管道端部之间的距离和角度误差的限定，这是本发明的又一目的-通过船上起重机索来部署所述声学计量系统的参考板并通过遥控操作式潜水器的协助而安装在同时承载应答器单元的安装滑道上；-将所述应答器单元安装在外对接锥体上而将一靶单元安装在内对接锥体上，用于测量所述安装滑道的垂直误差，随后相对于水平面调平所述应答器单元并指向所述靶单元，以测量相对于所述安装滑道的垂直平面的安装误差；-通过第二遥控操作式潜水器拆去测量安装误差用的所述靶单元，并使所述应答器单元指向安装在海底固定构架上的靶单元上的三个屏中的每一个，并获得每个所述屏相对于所述应答器单元的距离；-将所述应答器单元从所述外对接锥体移向所述内对接锥体，并使所述应答器单元指向安装在海底固定构架上的靶单元上的三个屏中的每一个，并获得每个所述屏相对于所述应答器单元的距离。
可以利用下述程序进行连接系统在支撑船上的组装，这是本发明的再一目的将机械计量系统安装在一个安装于所述船上的组合件构架上，该组合件构架由一个带有两个可动区段的支承结构组成，每一可动区段包括两个滑动参考板，类似于安置在海底的板，即安装滑道底板和内侧管道底板，由两个球形接头支承，继而在每个所述参考板上安装一个安装于待连接的管道端部上的原始毂盘的模型；-调整所述组合件构架的两个参考板，以适合所述机械计量系统的安装板位置；-通过焊接所述板的所有可动区段来锁定所述参考板的构形，并随后拆去所有机械计量系统；-安装所述连接系统的安装板，它们被安装在所述组合件构架的参考板上，这样一个连接系统除了所述安装板外，主要由两个部分组成，一个部分包括一个焊接在一管道区段上的机械连接器，具有海底管道的同样特征并带有两个支承件/定中心套环以允许系统延伸，另一部分包括一个焊接在一管道区段上的机械连接器和一伸缩接头，该机械连接器具有海底管道的同样特征并带有两个支承件/定中心套环以允许系统延伸，该伸缩接头转而包括其相关的锁定系统；-以这样一种方式将所述连接系统的两个所述部分安装在所述组合件构架上，以便在所述机械连接器和所述毂盘模型之间具有设计游隙；-在两个所述部分之间准备和安装一个管件并将所述管件连接在所述部分上，以获得通过安装专用支承托架、吸震器和定中心环而装配完成的连接系统。
组合件构架的调整最好以上述声学测量系统获得的测量为基础并根据用上述程序完成的距离和角度安装误差的限定来进行。
可以用下述程序来完成连接系统的安装，这是本发明的另一目的-通过一个遥控操作式潜水器将预先安装在海底固定构架内的限定位置上的两个小型海底绞盘的缆索连接在安装于所述连接系统的安装板上的定中心环上，同时，通过一个第二遥控操作式潜水器驱动所述小型海底绞盘并通过船上起重机索缓慢下降所述连接系统；-当所述定中心环啮合两个安装在所述海底固定构架上的导向杆时停止该程序，随后松开所述小型海底绞盘的缆索并将所述连接系统安装在最终位置上。
上述连接系统的安装也可以使用导向索来完成，即利用该领域中的已知程序来完成。
连接系统与管道端部的连接利用下述已知程序来进行-通过提供液压动力的遥控操作式潜水器使伸缩接头伸出，并封闭机械连接器，保持所述接头内的压力；-对两个所述连接器进行密封试验；-通过所述遥控操作式潜水器驱动所述伸缩接头的锁定系统并激励一个内部垫圈以密封整个系统，随后进行所述垫圈的密封试验。
作为本发明目的的本方法的每一步骤可以受安装在该系统每个部件上的目视指示器的控制，转过来又受安装在遥控操作式潜水器上的水下电视摄像机的监控，它们是-用于监控海底固定构架上所有部件安装的表面之间接触的指示器，每个所述指示器通过一个由复位弹簧保持在位置中的涂漆销来形成，一旦这些表面受到接触，所述销被向外推，使所述销本身的所述涂漆部分成为可见；-液压缸状态指示器，用以监控受驱动的功能，在于使每个所述液压缸有两个杆并油漆外区段，所述涂漆杆的看到与否将给出所述液压缸的状态；-通过安装在每个组件上的压力表表示的压力指示器，用以监控液压部件状态；-机构转动计数器，用以监控海底绞盘缆索的卷绕/退绕长度；-杆指示器，用以监控机械连接器和伸缩接头的状态。
作为本发明目的的本方法的每一步骤可以通过电子传感器以另一种方式监控，这种传感器安装在该系统的每个部件上，并通过遥控操作式潜水器的专用缆索直接连接在一个安置于支撑船上的控制单元。
该连接系统可以是任何类型并包括两个任何类型的连接器和一个伸缩区段，或者是一个在所述连接器内具有伸缩能力的连接系统。
连接系统的可动部件即机械连接器和伸缩接头的驱动可以通过所述连接系统内外的机械和/或液压工具来进行。
外侧管道的偏转操作可以通过一个海底绞盘来进行，该海底绞盘直接安装在海底上或安装在不同于设置在海底固定构架上的位置的另一位置上。
连接系统可以与海底固定构架一起安装，而装调程序只需要安装外侧管道。
内侧和外侧管道两者的安装在所述海底固定构架上的支承架可以相对于所述海底固定构架的前面或侧面或任何其它位置安置，并可以在安装所述海底固定构架期间或之后通过无论何种系统连接到所述海底固定构架上。
所述方法的一种替代方案包括将外侧管道直接铺设在设置于海底固定构架上的连接区域中而不需要任何偏转操作，包括在所有可能的安装方法中，也即在铺管程序结束时直接安装(“第二端部”)；
在铺管程序开始时直接安装(“第一端部”)。
当然，使用这样一种替代方案，步骤c)和d)不再存在。
所述方法的每一步，包括上述替代方案，在优选实施例中可以不需潜水人员地完成；但它也可通过潜水人员进行某些或全部预定操作而完成，这保持了本发明的实质。
参照下列详细描述和附图可以更好地理解本发明的实际操作和优点，附图中
图1和图2是海底固定构架的平面图和侧视图，根据本发明的方法，在该处进行两个管道区段之间的连接；图3至图7表示根据本发明的优选实施例安装预定的管道装配设备即浮箱、拖链和安装滑道的不同步骤。具体地说图3是铺管期间一种可能的铺管船布置的平面图，显示主要的有用物件；图4是箱和拖链安装的侧视图；图5、图6和图7是与安装滑道的安装过程有关的三个主要步骤的侧视图；图8和图9是根据本发明优选实施例的海底绞盘安装的侧视图。具体地说图8是表示使用小型海底绞盘的海底绞盘设置阶段；图9表示已装好的海底绞盘；图10是根据本发明优选实施例通过遥控操作式潜水器进行的管道升高操作的侧视图；图11是根据本发明优选实施例的用遥控操作式潜水器来连接和驱动海底绞盘的侧视图；图12至图14是根据本发明优选实施例的管道偏转操作的平面图。具体地说图12表示偏转缆绳通过遥控操作式潜水器进行的展开和安装；图13表示偏转期间的管道；图14表示偏转结束准备下降操作的管道；图15和图16是根据本发明优选实施例通过遥控操作式潜水器进行的管道下降操作的前视图。具体地说图15表示偏转程序结束时的管道结构形状；图16表示在拖链回收后的已下降管道的结构形状；图17和图18是根据本发明优选实施例通过遥控操作式潜水器进行的在海面上脱开和回收浮箱/拖链的前视图。具体地说图17表示遥控操作式潜水器将脱开浮箱/拖链组合件；图18表示悬浮到海面上的所述浮箱/拖链组合件；
图19是根据本发明优选实施例的回收海底偏转绞盘的侧视图；图20是根据本发明优选实施例的用于所有设备的无导向索安装的小型海底绞盘的安装和连接侧视图；图21和图22是根据本发明优选实施例的机械计量组件的安装和操作侧视图；具体地说图21表示使用小型海底绞盘的机械计量组件设置阶段；图22表示通过遥控操作式潜水器来安装和操作的所述机械计量组件；图23是根据本发明的优选实施例回收机械计量组件的侧视图；图24是根据本发明优选实施例在补给修理船上进行的重新连接带安装板的机械计量组件的侧视图；图25是根据本发明优选实施例在补给修理船上进行的利用在海底测得构形中锁定的机械计量组件调整和锁定用于连接系统组件的模型结构的侧视图；图26到图28是根据本发明优选实施例在补给修理船上利用模型结构的连接系统组件操作的侧视图。具体地说图26表示两个区段的安装，其中连接系统在组装前是分开的；图26表示连接该两个区段的管件的安装，其形状能在由模型结构给定的正确构形上调整连接系统；图28表示在从模型结构拆去之前装配好的连接系统构形；图29是根据本发明优选实施例在从模型结构拆去连接系统后安装的在支撑船上的准备部署用的连接系统的侧视图，该连接系统包括减震器和无导向索安装用的定中心环；图30是根据本发明优选实施例由遥控操作式潜水器完成的保护盖拆卸与毂盘检查和清洗操作的侧视图；图31至图33是根据本发明优选实施例的连接系统的安装和操作侧视图。具体地说图31表示利用小型海底绞盘的连接系统设置阶段；图32表示安装好的连接系统和通过遥控操作式潜水器回收小型海底绞盘；图33表示通过遥控操作式潜水器完成连接程序后的连接系统；图34是根据本发明优选实施例的在整个程序结束时安装好的系统的最终构形的侧视图；图35和图36是根据本发明的另一测量系统的声学计量系统的安装平面图和侧视图。
图37是根据本发明另一测量系统的与将安装滑道安装误差限定在垂直平面内的声学测量侧视图；图38是根据本发明另一测量系统的与相对于海底固定构架限定安装滑道位置用的第一步骤有关的声学测量的平面图；图39是根据本发明另一测量系统的与相对于海底固定构加限定安装滑道位置用的第二和最后步骤有关的声学测量平面图。
现在参照图1和2，海的底部9上设有一个海底结构物1，它或者表示一个输出冒口窝、一个基盘或一个要求本发明操作目的的一般结构物。作为本发明一部分的其它构架通过焊接或其它已知方法(未示出)固定在所述海底结构物1上内侧毂盘支承架2，支承预安装的管道区段7(其端部用帽盖8保护以防止水侵入)和底板3两者，底板3用作安装本发明其它组件的参考；安装滑道支承架4，表示安装待连接的管道10(见图3)的铺设区段的参考区域；底板5，表示用于使管道10的所述铺设区段偏转的海底绞盘28(见图8)的安装参考区域；底板6，表示用于在紧急情况下拉动管道10的所述铺设区段(见图3)的类似于所述绞盘28(见图8)的第二海底绞盘的安装参考区域。
参照图4至图7，待连接的第二管道区段10用合适的铺管船11用标准铺管程序(已知)铺设；与此相反，此后只给出用于铺设所述第二管道区段10最后部分的包括本发明设备的特定程序。管道区段10利用已安装的浮箱12、拖链13和声应答器14铺设。组合件(12+13+14)是在最后铺管船张紧装置15C之后通过专用的可松脱带16以给定间距安装在管道区段10上的。当管道区段10的最后杆17接近第一铺管船张紧装置15A时，铺设程序停止。然后安装滑道18的下段18A被焊接到管道区段10的最后杆17上，而一根铺管缆索19被连接到所述下区段18A上。缆索19连接到一个铺管绞盘上(未示出)，后者能保证所需的铺管拉力。在整个操作期间，铺管船张紧装置(15A+15B+15C)的力被保持住。铺管缆索19受到张紧而铺管船张紧装置(15A+15B+15C)被放松并向最大允许宽度开放，让安装滑道18的下段18A通过其间。然后开始铺管程序，直到安装滑道18的下段18A通过最后的铺管船张紧装置15C。铺管程序再次停止，以便能够安装该安装滑道18的上段18B，该上段18B将焊在下段18A提供的位置上。上段18B由船上起重机索20移至预定位置上并焊在下段18A上。然后安装滑道18装设必要的浮箱12、拖链13和声应答器14，这取决于它的重量。继续铺管程序，直到安装滑道18走出铺管船船尾托管架21。然后停止铺管，通过船上起重机索20将安装滑道底板18C带入位置。需要潜水员用螺栓将底板18C定位和安装在安装滑道18本身的专用位置(未示出)上。这之后，利用没有叙述的标准程序继续铺管，直到将安装滑道18安装在参照海底结构物1(见图1)预先设置的位于规定位置的目标区域34(见图12)上。
参照图8，一艘带起重机23的补偿修理船22在现场准备开始装调。所有系统组件和装备都安置在船上。利用船上的起重机索部署两根导向杆，一根长杆24A和一根短杆24B。导向杆的设置和安装利用遥控操作式潜水器26A帮助，将它们引入海底结构物1上安置的底板5上的导向杆专用插孔内。一个小型海底绞盘27A通过第二遥控操作式潜水器26B安装在海底结构物1上的预知位置(未示出)上。该遥控操作式潜水器26B将永久地连接在绞盘27A上，以提供液压动力。海底绞盘28是利用无导向索安装用的滑动定中心环29部署的。部署操作将停在海底结构物1上方至少5m处。设有专用界面滑道30A的第一遥控操作式潜水器26A将小型绞盘缆索31A连接在定中心环29上。参照图9，小型海底绞盘27A受到驱动而海底绞盘28由船上起重机索25缓慢地下降。这一操作进行到定中心环29啮合导向杆24A、24B为止。然后小型绞盘缆索31A由遥控操作式潜水器26A释放而海底绞盘28下降到最终位置。小型绞盘27A被回收到船上并从遥控操作式潜水器26B脱开，后者然后重新下水以进行铺设管道区段10的升高操作。这是通过松开安置在每个浮箱12上的拖链13(从安置在安装滑道18上的第一浮筒开始)并将其安置在海洋底部9上而完成的。参照图11，第一遥控操作式潜水器26A通过设置的界面滑道30A扣在安装于海底绞盘28上的专用面板32中，并驱动液压闩锁(未示出)将海底绞盘28锁紧在位置中。参照图12、13和14，第二遥控操作式潜水器26B而后将偏转缆索33的端部引向安装滑道18。第一遥控操作式潜水器26A进行操作，将液压动力提供给海底绞盘28，以使偏转缆索33能够展开。在安装偏转缆33之后，第一遥控操作式潜水器26A驱动海底绞盘28使管道区段10从铺设目标区34偏转，直到安装滑道18到达海底结构物1上安装滑道支承构架4上的最终位置。然后开始管道下降操作。这是利用遥控操作式潜水器26B(图15和16)通过回收拖链13并将其放回浮箱12上的初始位置中而完成的。进行操作的同时张紧偏转缆索33，以便将安装滑道18保持在安装滑道支承构架4上面的位置中。然后通过专用程序将浮箱12和拖链13组合件回收到船上，该程序包括(见图17和18)部署水泥墩重块35并将其连接到浮箱12上，打开带16释放所述浮箱12，使浮箱12与附着的水泥墩重块35上浮至海面。第一遥控操作式潜水器26A在从安装滑道18脱开偏转缆索33(未示出，见图6)后，打开液压闩锁(未示出)，放开海底绞盘28，使其能够回收(见图19)。
参照图20，将导向杆24A和24B移至在安装滑道18和内侧毂盘支承架的底板3上的专用导向杆插孔(未示出)内。短导向杆24B安置在安装滑道18上。长导向杆24A看不见。两个小型海底绞盘27A和27B安装在海底结构物1的预定位置(未示出)上。第一遥控操作式潜水器26B将永久地连接在安装于更靠近内侧毂盘支承架2的位置上的第二小型海底绞盘27A上，以便对两个小型海底绞盘提供液压动力。第二遥控操作式潜水器26A利用专用的软管36液压式地连接两个所述小型海底绞盘27A和27B。所述软管36一侧固定在安装好的第二小型海底绞盘27A上，而另一侧上携带一个可以啮合的液压水下接头37，该接头连接在海底绞盘27B上。部署机械计量组件38(见图21)。所述组件38包括两个通过绞链43连接的臂38A，每个臂38A在其末端装有回转接头42，后者通过可以拆卸的液压闩锁(未示出)又连接到组件的安装板39上。每个安装板39设有一个定中心漏斗40，以帮助并便于利用导向杆24A、24B的安装阶段；所述漏斗40用于代替定中心环29(见图9)，以便尽可能减小所述组件38的安装容隙。所述铰链43和所述回转接头42设有液压系统(未示出)，以便通过遥控操作式潜水器对其锁住/开锁。在部署和安装期间，所有可动部分(即两个回转接头42和中心绞链43)处于开锁位置。部署操作将停止在海底结构构1上方至少5m处。与界面滑道30A一起下水的第二遥控操作式潜水器26A将小型海底绞盘缆索31A和31B连接到机械计量组件38的安装板上。然后通过遥控操作式潜水器26B同时驱动小型海底绞盘27A和27B两者，同时组件38通过船上起重机索25缓慢下降。这一操作进行到导向漏斗40啮合导向杆24A和24B。然后小型海底绞盘缆索31A和31B被松开，而机械计量组件38降至最终位置(见图22)。第二遥控操作式潜水器26A检验机械闩锁(未示出)啮合安装滑道18和内侧毂盘支承架底板3以使组件安装板39锁定在位置中。不需要由于紧急目的而使遥控操作式潜水器扣入专用面板41，因为所有驱动动作预定由安装在机械计量组件38本身上的专用液压储能器(未示出)来提供动力。然后第二遥控操作式潜水器26A驱动液压流路，后者通过锁定回转接头42和中心铰链43两者而使机械计量组件38的构形固定在测量位置中。第一遥控操作式潜水器26B从第二小型海底绞盘27A脱开，以帮助回收操作。两个小型海底绞盘27A和27B离开海底，用于连接系统的安装。现在参照图23，第二遥控操作式潜水器26A而后打开与安装板39一起锁住臂的端部44的闩锁(未示出)，以便回收没有所述安装板39的机械计量组件38，并在所述回收程序期间尽可能限制作用在回转接头42和铰链43上的力，从而增加系统的可靠性。然后机械计量组件38在两个遥控操作式潜水器26A和26B的严格控制下缓慢地回收到海底上方10m高度处。这保证在升高期间不出现冲击，这种冲击可能造成所述机械计量组件38固定构形的误差/变形。然后用标准程序将所述组件38回收到船上，同时独立回收安装板39(未示出)。记住当安装板39向上拉时，将所述安装板39锁定在安装滑道18和内侧毂盘支承架底板3上的机械闩锁(未示出)自动脱开。
参照图24和图25，在船上重进行海底测量布置，作为连接系统组装的参考。通过驱动臂端44上的闩锁(未示出)，将机械计量组件38重新连接在船甲板45上的回收安装板39上。利用船上起重机索25，将机械计量组件38移到位于船甲板45上的卷筒操纵架46上，该架将用作连接系统50(见图28)装置用的参考构架。卷筒操纵架46由支承结构46A组成，后者载带两个可以移动的区段，每个区段包括两个滑动的参考板47，类似于海底安置的参考板，即安装滑道底板18C(见图7)如内侧毂盘支承架底板3(见图1)，由两个球形回转接头48支承。该布置对每个参考板47允许完整的5度自由度(除去高度调节)，当然，如果需要，高度调节可以通过插入一个支承所述球形回转接头48的升高圆筒来实现。然后在每个参考板47上装入一个已装到海底的初始毂盘68A、68B(见图30)的模型55A、55B。在将所述系统50(见图28)固定到其安装板51(见图26)之前，也插入两个滑动支承件61A、61B以承载连接系统50(见图28)。调整卷筒操纵架46的两个参考板47(距离和角度的安装误差)，以与机械计量组件安装板39的位置配合。然后通过焊接板47的所有可动部分本身(即球形回转接头48和滑动承件49)来固定所述板47的参考位置。然后在焊接过程结束时拆去机械计量组件38。作为使用机械计量组件38的另一方案，图35至39介绍使用声学系统情况下的程序此后描述的测量程序(见图35和36)是通过由应答器单元70形成的声学系统来进行的，应答器单元70用作声信号源和处理单元，安装在参考板69上，装有两个对接锥体71A、71B，并相对于安装在海底固定构架1上已知位置的参考靶单元72测量所述参考板69的所述对接锥体71A和71B的距离；该应答器单元70利用一专用程序指向安装在已知位置处所述靶单元72上的三个屏73A、73B、73C。参照图35和36，声测量系统参考板69由船上起重机索25部署并安装在安装滑道18上。所述参考板69的设置和安装借助于同时承载应答器单元70的遥控操作式潜水器26A；由于参考板69重量轻，它的安装不需要导向杆24A、24B(未示出)。现在参照图37，应答器单元70安装在外对接锥体71A(见图36)上，而内对接锥体71B(见图36)上已经安装了一个靶单元74，用于测量垂直平面中的安装滑道的安装误差75。应答器单元70首先利用内传感器(未示出)调到水平，然后指向靶单元74，以测量垂直平面中所述安装滑道的安装误差75。然后通过第二遥控操作式潜水器26B(未示出)移动靶单元74。参照图38。应答器单元70指向三个靶屏73A、73B、73C中的每一个，测出与每个屏位置距应答器70位置有关的距离76A、76B、76C。参照图38，应答器单元70从外对接锥体71A向内对接锥体71B(见图38)移动，然后应答器单元70指向三个靶屏73A、73B、73C中的每一个，测出与每个屏位置距应答器70位置有关的距离77A、77B、77C。在测量结束时，参考板69被回收到船上，参见图25，卷筒处理构架46的两个参考板47被调整到与声学系统进行的测量相配合(距离和角度安装误差)。然后通过焊接板47的所有可动部分本身即球形回转接头48和滑动支承件49而固定所述板47的参考位置。注意在这种情况下看图25时必须除去安装在组装构架46上的机械计量组件38。
参照图26，连接系统30(见图28)上的安装板51安装在早先固定的卷筒处理构架46的参考板47上。除了上述安装板51外，在优选实施例(见Kongsberg Offshore A/S的挪威专利NO.943283和942747)中，连接系统50(见图28)主要由两部分52和53组成，它们通过合适的管道配接器63(见图27)连接，以便具有相对测得的海底布置的正确构形。所述部分52包括一个焊接在管子58区段上的机械连接器54A，具有海底管道的同样特征，带两个支承/定中心套环65A，以允许系统延伸；所述部分53包括一个焊接在管子59区段上的机械连接器54B，具有海底管道的同样特征，带两个支承/定中心套环65B，以允许系统延伸，并结合伸缩接头56的一部分，继而也包括锁定系统57。在伸缩接头57上安装了专用面板60，作为与遥控操作式潜水器的界面。连接系统50的两个部分52和53(见图28)以这样一种方式安装在卷筒操纵架46上，使其在机械连接器54A、54B和毂盘模型55A、55B之间具有设计游隙。在该阶段中，机械连接器54A、54B和伸缩接头56均处于关闭位置，而伸缩接头锁定机构57是打开的。两个部分52和53也设有两个滑动的液压缸62A、62B，以允许精确地调整这两个部分本身。在这之后(见图27)，管子适配器63被准备并安装在设计位置中。
现在参照图28，然后试验连接系统50，并通过插入和焊接专用支承托架64将支承/定中心套环65A、65B连接在相关的安装板51上。船上起重机索25被连接到连接系统升高点66上(见图29)，然后连接系统50被升高而保持悬空在船的甲板45上方，同时安装吸震器67和定中心环29。参照图30，在组装所述连接系统50(见图29)的同时，拆卸和回收两个保护盖8A(未示出)和8B，而两个毂盘68A、68B通过设有喷水清洗工具78的遥控操作式潜水器26B进行清洗，与此同时，部署第二遥控操作式潜水器26A将其连接到小型海底绞盘27A上，还通过液压软管36连接到另一绞盘27B上。部署连接系统50(见图31)，该部署操作将停止在海底结构物1上方的至少5m处。遥控操作式潜水器26B将小型绞盘缆索31A和31B两者连接在连接系统50的定中心环29上。然后通过遥控操作式潜水器26A同时驱动两个小型海底绞盘27A和27B，而连接系统50通过船上起重机索25缓慢下降。这一操作进行到定中心环29啮合导向杆24A和24B为止。然后小型海底绞盘缆索31A和31B被脱开，而连接系统50被下降到海底结构物1上的最终位置(见图22)中。两个小型海底绞盘27A、27B由遥控操作式潜水器26A、26B回收到船上。现在参照图33，设有专用界面滑道30A的第一遥控操作式潜水器26A下水扣入安装在连接系统50上的面板60中。设有另一界面滑道30B的第二遥控操作式潜水器26B下水，以便替代第一潜水器26A，如果在下述操作的任何步骤期间需要的话。第一遥控操作式潜水器26A提供液压动力以延伸伸缩接头56。在所述伸缩接头内部维持压力的同时，所述遥控操作式潜水器26A闭合连接器57A、57B；然后利用标准程序(未叙述)进行两个连接器上的密封试验。然后所述遥控操作式潜水器26A驱动伸缩接头锁定机构57并激励内垫圈(未示出)密封整个系统。最后利用标准程序(未叙述)进行垫圈本身的密封试验。图34表示安装程序结束时该系统的最终布置；连接系统50通过在外侧和内侧管道毂盘68B、68A(未示出，见图30)上闭合的两个机械连接器57A、57B使管道10的外侧部分与内侧部分7连接。锁定连接系统50的伸缩接头57，以便通过伸缩接头锁定机构58防止由于操作条件中管道膨胀/收缩力而引起的任何移动。
权利要求
1.连接水下管道用的方法，特别适用于深水区和大直径管道，使用一艘装有起重机的支撑船和海底工作与援助用的遥控操作式潜水器，其特征在于包括下述步骤a)在海底固定构架上预先安装一个称为内侧管道的管道；b)通过铺管船铺设一个装有浮箱、拖链和安装滑道的称为外侧管道的管道，并将所述外侧管道弃置在限定的铺设区域内；c)升高所述外侧管道；d)通过所述船上起重机在所述海底固定构架中的设有导向销的预定位置上安装海底绞盘，随后通过液压闩锁将所述海底绞盘锁定在所述导向销上；e)将遥控操作式潜水器连接在所述海底绞盘上并通过所述潜水器驱动所述绞盘以展开所述海底绞盘的缆索，在一个第二遥控操作式潜水器的协助下将所述缆索的端部带到和连接在外侧管道上，卷绕所述缆索，随后将所述外侧管道向上偏转到设在所述海底固定构架内的连接区域，通过回收所述拖链并将其换装到所述浮箱上而降低所述外侧管道，从所述外侧管道上脱开每个浮箱和拖链组合件并将所述组合件回收到船上；f)安装一个计量系统，以限定两个待连接的所述管道端部之间的距离和角度安装误差；g)利用所述计量系统的测量和利用一个安装在所述支撑船上的专用构架来组装一个具有伸缩能力的连接系统；h)将所述连接系统安装在所述海底固定构架上并使所述连接系统与所述管道端部连接。
2.如权利要求1中所述的方法，其中，安装滑道的铺设是利用下列程序来进行的铺设一个外侧管道，通过专用绞盘将所述管道的端部回收到铺管船上，安装所述安装滑道，在所述滑道安装好后，利用所述专用绞盘将所述外侧管道铺设在预定的铺设区域内。
3.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，安装滑道的铺设是利用下述程序进行的当所述外侧管道的最后杆接近第一铺管船张紧装置时，停止外侧管道的铺管程序，将所述安装滑道的下段焊接在所述外侧管道的所述最后杆上，并当所述铺管船的张紧装置保持张紧时将连接在铺管绞盘上的专用铺管缆索固定在所述下段的另一端部上；松开所述铺管船张紧装置并将其打开到最大允许宽度，让所述下段通过张紧装置并随后开始铺管程序，直到所述下段通过所述铺管船的最后张紧装置；停止铺管程序以便能够安装所述安装滑道的上段，该上段通过船上起重机的缆索带入位置并被焊接到所述下段上，随后将必需的浮箱、拖链和声应答器根据其重量安装在所述安装滑道上，继而开始铺管程序，直到所述安装滑道伸出所述铺管船的船尾托管架；停止铺管程序并安装所述安装滑道的底板，安装滑道通过所述船上起重机索引入位置，同时需要潜水员用螺栓将所述底板定位和安装在所述安装滑道的专用位置上；继续铺设，直到将所述安装滑道安装在预定的铺设区域上。
4.如权利要求1中所述的方法，其中，外侧管道的升高是通过将拖链从浮箱引到海底来实现的，所述拖链通过钢索始终连接在所述浮箱上。
5.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，海底绞盘的安装是利用下述程序来进行的使用船上起重机索并通过遥控操作式潜水器的协助来设置和安装两个导向杆(一短一长)，将其引入海底固定构架上安置的底板上的专用导向杆插孔中；通过一个同时用作液压动力供应装置的第二遥控操作器潜水器将一个小型海底绞盘安装在所述海底固定构架上的预定位置上；部署设有无导向索安装用的滑动定中心环的所述海底绞盘，并在所述海底固定构架上方至少5m处停止部署操作；通过所述第一遥控操作式潜水器将所述小型海底绞盘的缆索连接在所述海底绞盘的所述定中心环之一上；驱动所述小型海底绞盘，同时所述海底绞盘通过所述船上绞盘起重机缓慢下降，直到所述定中心环啮合两个所述导向杆；通过所述第一遥控操作式潜水器放松所述小型海底绞盘的缆索，并将所述海底绞盘安装在最终位置上。
6.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，海底绞盘的安装是利用导向索来进行的。
7.如权利要求1中所述的方法，其中，将浮箱和手链组合件回收到船上的过程是利用下列程序来进行的部署一个水泥墩重块并将所述水泥墩重块连接在所述单一组合件上，通过打开那些带放松所述组合件，通过遥控操作式潜水器将其锁定在管道上，使连接了所述水泥墩重块的所述组合件向上浮到海面，对所有安装在外侧管道上的所述浮箱和拖链组合件重复上述步骤。
8.如权利要求1中所述的方法，其中该计量系统是一个机械计量系统。
9.如权利要求8中所述的方法，其特征在于，该机械计量系统包括通过一个铰链连接的两个臂，每个臂在其末端上装有一个球形接头，臂通过可以拆卸的液压闩锁转而连接到一个设有帮助和利用安装阶段使用导向杆的定中心漏斗的安装板上，所述铰链和所述球形接头设有液压系统，以便通过遥控操作式潜水器对它们进行锁定/开锁。
10.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，待连接的管道端部之间的距离和角度安装误差的限定是利用下述程序进行的如权利要求9中所述的部署和安装机械计量系统，所有可动部分即两个球形接头和中心铰链在该部署和安装阶段期间均处于开锁位置；通过一个遥控操作式潜水器驱动液压回路，该回路通过锁定所述球形接头和中心铰链两者而将所述机械计量系统的构形固定在测量位置；通过所述遥控操作式潜水器打开将臂的末端锁定在安装板上的液压闩锁，以便回收没有所述安装板的所述机械计量系统，然后最大限度地限制作用在所述球形接头和中心铰链上的力，随后将所述机械计量系统和安装板分别回收到船上。
11.如权利要求1和9中所述的方法，其特征在于，该机械计量系统是利用下述程序来进行的通过一个遥控操作式潜水器将两个预先安装在海底固定构架内限定位置上的小型海底绞盘的缆索连接在所述机械计量系统的安装板上，同时通过一个第二遥控操作式潜水器驱动所述小型海底绞盘并通过船上起重机索使所述机械计量系统缓慢下降；当所述机械计量系统的导向漏斗啮合安装在所述海底固定构架上的两个导向杆时停止该程序，随后松开所述小型海底绞盘的所述缆索并将所述机械计量系统安装在最终位置中。
12.如权利要求1和9中所述的方法，其特征在于，该机械计量系统的安装是使用导向索来完成的。
13.如权利要求1中所述的方法，其中该计量系统是一个声学计量系统。
14.如权利要求13中所述的方法，其中，该声学计量系统由一个用作声信号源的应答器单元和处理单元组成并安装在设有两个对接锥体的参考板上，测量从所述对接锥体相对于安装在海底固定构架已知位置上或内侧管道端部上的参考靶单元的距离。
15.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，待连接的管道端部之间的距离和角度安装误差的限定是利用下述程序来进行的通过如权利要求14中所述的声学计量系统来进行测量；通过船上起重机索来部署所述声学计量系统的参考板并通过遥控操作式潜水器的协助而安装在同时承载应答器单元的安装滑道上；将所述应答器单元安装在外对接锥体上而将一靶单元安装在内对接锥体上，用于测量所述安装滑道的垂直安装误差，随后相对于水平面调平所述应答器单元并指向所述靶单元，以测量相对于所述安装滑道的垂直平面的安装误差；通过第二遥控操作式潜水器拆去测量安装误差用的所述靶单元，并使所述应答器单元指向安装在海底固定构架上的靶单元上的三个屏中的每一个，并获得每个所述屏相对于所述应答器单元的距离；将所述应答器单元从所述外对接锥体移向所述内对接锥体，并使所述应答器单元指向安装在海底固定构架上的靶单元上的三个屏中的每一个，并获得每个所述屏相对于所述应答器单元的距离。
16.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，连接系统在支撑船上的组装是利用下述程序来进行的将机械计量系统安装在一个安装于所述船上的组合件构架上，该组合件构架由一个带有两个可动区段的支承结构组成，每一可动区段包括两个滑动参考板，类似于安置在海底的板，即安装滑道底板和内侧管道底板，由两个球形接头支承，继而在每个所述参考板上安装一个安装于待连接的管道端部上的原始毂盘的模型；调整所述组合件构架的两个参考板，以适合所述机械计量系统的安装板位置；通过焊接所述板的所有可动区段来锁定所述参考板的构形，并随后拆去所有机械计量系统；安装所述连接系统的安装板，它们被安装在所述组合件构架的参考板上，这样一个连接系统除了所述安装板外，主要由两个部分组成，一个部分包括一个焊接在一管道区段上的机械连接器，具有海底管道的同样特征并带有两个支承件/定中心套环以允许系统延伸，另一部分包括一个焊接在一管道区段上的机械连接器和一伸缩接头，该机械连接器具有海底管道的同样特征并带有两个支承件/定中心套环以允许系统延伸，该伸缩接头转而包括其相关的锁定系统；以这样一种方式将所述连接系统的两个所述部分安装在所述组合件构架上，使得在所述机械连接器和所述毂盘模型之间具有设计游隙；在两个所述部分之间准备和安装一个管件并将所述管件连接在所述部分上，以获得通过安装专用支承托架、吸震器和定中心环而装配完成的连接系统。
17.如权利要求1和16中所述的方法，其中组合件构架的调整是以根据权利要求14和15通过声学测量系统获得的测量为基础的。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该连接系统的安装利用下列程序来进行通过一个遥控操作式潜水器将预先安装在海底固定构架内的限定位置上的两个小型海底绞盘的缆索连接在安装于所述连接系统的安装板上的定中心环上，同时，通过一个第二遥控操作式潜水器驱动所述小型海底绞盘并通过船上起重机索缓慢下降所述连接系统；当所述定中心环啮合两个安装在所述海底固定构架上的导向杆时停止该程序，随后松开所述小型海底绞盘的缆索并将所述连接系统安装在最终位置上。
19.如权利要求1中所述的方法，其中该连接系统的安装是利用导向索来进行的。
20.如权利要求1中所述的方法，其中，该连接系统与管道端部的连接利用下述程序来进行通过提供液压动力的遥控操作式潜水器使伸缩接头伸出，并封闭机械连接器，保持所述接头内的压力；对两个所述连接器进行密封试验；通过所述遥控操作式潜水器驱动所述伸缩接头的锁定系统并激励一个内部垫圈以密封整个系统，随后进行所述垫圈的密封试验。
21.如权利要求1至20中至少一项所述的方法，其中，该方法的每一步骤受安装在该系统每个部件上的目视指示器的控制，转过来又受安装在遥控操作式潜水器上的水下电视摄像机的监控，它们是用于监控海底固定构架上所有部件安装的表面之间接触的指示器，每个所述指示器通过一个由复位弹簧保持在位置中的涂漆销来形成，一旦这些表面受到接触，所述销被向外推，使所述销本身的所述涂漆部分成为可见；液压缸状态指示器，用以监控受驱动的功能，在于使每个所述液压缸有两个杆并油漆外区段，所述涂漆杆的看到与否将给出所述液压缸的状态；通过安装在每个组件上的压力表表示的压力指示器，用以监控液压部分状态；机械转动计数器，用以监控海底绞盘缆索的卷绕/退绕长度；杆指示器，用以监控机械连接器和伸缩接头的状态。
22.如权利要求1至20中至少一项所述的方法，其特征在于，该方法的每一步骤是通过电子传感器监控的，这种传感器安装在该系统的每个部件上，并通过遥控操作式潜水器的专用缆索直接连接在一个安置于支撑船上的控制单元。
23.如权利要求1至22中至少一项所述的方法，其中，无论何种连接系统都包括两个任何类型的连接器和一个伸缩区段，或者是一个在所述连接器内具有伸缩能力的连接系统。
24.如权利要求1至23中至少一项所述的方法，其中，连接系统的可动部件即机械连接器和伸缩接头的驱动是通过所述连接系统内外的机械和/或液压工具来进行的。
25.如权利要求1至24中至少一项所述的方法，其特征在于，外侧管道的偏转操作通过一个海底绞盘来进行，该海底绞盘直接安装在海底上或安装在不同于设置在海底固定构架上的位置的另一位置上。
26.如权利要求1至25中至少一项所述的方法，其中，连接系统可以与海底固定构架一起安装，而装调程序只需要安装外侧管道。
27.如权利要求1～26中至少一项所述的方法，其中，步骤c)和d)并不存在，外侧管道利用所有可能的安装方法直接铺设在设置于海底固定构架上的连接区域中，而不需要任何偏转操作。
28.如上述权利要求中至少一项所述的方法，利用潜水人员来完成预定操作中的一些或全部操作。
全文摘要
连接水下管道用的方法,其特征在于具有下列步骤:将一管道(7)安装在海底固定构架(2)上;利用铺管船铺设一外侧管道(10);在构架内安装一海底绞盘(28);通过遥控潜水器(26A)驱动绞盘展开绞盘缆索(33),通过第二遥控潜水器(26B)协且将缆索端部引导和连接到外侧管道上;卷绕缆索并随后将外侧管道向上偏转到构架;安装一计量系统(38)以限定两个待连接的管道端部之间的距离和角度安装误差;利用计量系统的测量并利用安装在支撑船上的专用构架组装具有伸缩能力的连接系统(50);将连接系统安装在海底固定构架上并使连接系统与管道端部连接。
文档编号F16L1/16GK1184526SQ96193882
公开日1998年6月10日 申请日期1996年3月14日 优先权日1995年3月23日
发明者H·O·耶辛, F·G·豪根, A·拉迪奇约恩埃, G·科尔贝塔, G·达洛伊西奥 申请人:康斯贝格离岸公司, 斯纳姆普罗吉提公司