深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及深水水下結(jié)構(gòu)物的安裝，尤其涉及一種用于深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的 安裝方法。屬于海洋石油工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下生產(chǎn)系統(tǒng)作為目前海洋深水油氣田開(kāi)發(fā)模式之一，廣泛應(yīng)用于全世界不同水 深的各大油田海域。
[0003] 深水水下結(jié)構(gòu)物（如：海底管匯，海底管道基礎(chǔ)防沉板，臍帶纜終端等）是水下生 產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，其一般采用深水支持船通過(guò)深水吊機(jī)或者深水絞車(chē)吊裝下放的方 式安裝到海底。由于深水水下結(jié)構(gòu)物應(yīng)用海域相對(duì)比較深（從大于200米到幾千米），因 此，無(wú)法通過(guò)潛水員進(jìn)行海底輔助安裝與就位；同時(shí)，深水水下結(jié)構(gòu)物的安裝控制與精度要 求非常高，比如：工業(yè)界對(duì)水下結(jié)構(gòu)物安裝的水平方位角偏差要求一般為+/-1°。這么高 的精度要求，并且是在沒(méi)有潛水員輔助的前提下進(jìn)行，對(duì)于深水水下結(jié)構(gòu)物的安裝來(lái)說(shuō)，無(wú) 疑是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。且由于缺乏對(duì)水平扭轉(zhuǎn)方向內(nèi)的約束，當(dāng)受到船舶運(yùn)動(dòng)，環(huán)境載荷影響 的時(shí)候非常容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，而且水深越深，扭轉(zhuǎn)就越容易發(fā)生，這對(duì)深水水下結(jié)構(gòu)物安裝的 水平方位角精度控制十分不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，而提供一種深水水下結(jié)構(gòu) 物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法，其可以有效地控制深水水下結(jié)構(gòu)物在整個(gè)安裝下放過(guò)程當(dāng)中的扭轉(zhuǎn) 角，使深水水下結(jié)構(gòu)物的安裝不受水深和環(huán)境條件的限制，便可以達(dá)到精確控制水下結(jié)構(gòu) 物安裝方位角度的目的；解決了深水水下結(jié)構(gòu)物安裝過(guò)程中的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法，其特征在于：采用以下安裝步驟：
[0007] 第一步：通過(guò)船用吊機(jī)，將結(jié)構(gòu)重塊起吊到絞車(chē)滑輪的正下方，然后，逐漸的將張 力由船用吊機(jī)切換到絞車(chē)上，當(dāng)張力完全切換完畢之后，將船用吊機(jī)勾頭從連接結(jié)構(gòu)中的 二角板上解脫；
[0008] 第二步：通過(guò)絞車(chē)及絞車(chē)導(dǎo)向纜將結(jié)構(gòu)重塊下放至設(shè)定的海底深度就位，此時(shí)，絞 車(chē)導(dǎo)向纜在結(jié)構(gòu)重塊的作用下保持鉛垂?fàn)顟B(tài)；
[0009] 第三步：通過(guò)船用吊機(jī)，將深水水下結(jié)構(gòu)物進(jìn)行安裝與下放，隨著深水水下結(jié)構(gòu)物 的下放，水平牽引纜與深水水下結(jié)構(gòu)物相連的一端，將隨著深水水下結(jié)構(gòu)物的下放而一起 下放到海底，套裝在絞車(chē)導(dǎo)向纜上的滑動(dòng)卸扣將在重力作用下，沿著絞車(chē)導(dǎo)向纜實(shí)現(xiàn)與深 水水下結(jié)構(gòu)物同步下放；當(dāng)深水水下結(jié)構(gòu)物在外力擾動(dòng)下發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在深水水下結(jié) 構(gòu)物上兩根短纜將與水平牽引纜的一端一起扭轉(zhuǎn)，而水平牽引纜的另一端則被滑動(dòng)卸扣限 制在絞車(chē)導(dǎo)向纜上，這樣一來(lái)，水平牽引纜將對(duì)深水水下結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生一個(gè)與扭轉(zhuǎn)方向相反 的力矩，阻止深水水下結(jié)構(gòu)物發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并迫使深水水下結(jié)構(gòu)物回到平衡位置；
[0010] 第四步：當(dāng)深水水下結(jié)構(gòu)物安裝到海底就位以后，由水下機(jī)器人攜切割工具將短 纜切斷，此時(shí)，安裝船便能夠啟動(dòng)絞車(chē)將結(jié)構(gòu)重塊連同水平牽引纜一起回收到安裝船上。
[0011] 所述結(jié)構(gòu)重塊就位后所設(shè)定的海底間距為：10-20米。
[0012] 所述第三步中，深水水下結(jié)構(gòu)物以及套裝在絞車(chē)導(dǎo)向纜的相對(duì)位置是通過(guò)調(diào)節(jié)水 平牽引纜的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)，水平牽引纜在結(jié)構(gòu)物下放過(guò)程中，呈略微繃緊狀態(tài)。
[0013] 所述第四步中，當(dāng)深水水下結(jié)構(gòu)物的重復(fù)安裝時(shí)，只需在下一個(gè)深水水下結(jié)構(gòu)物 重新配備短纜即可繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)深水水下結(jié)構(gòu)物的安裝。
[0014] -種為實(shí)現(xiàn)上述方法的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝裝置，其特征在于包括：一 個(gè)用于產(chǎn)生鉛垂力的結(jié)構(gòu)重塊，垂直懸掛在結(jié)構(gòu)重塊上的絞車(chē)導(dǎo)向纜，其中，絞車(chē)導(dǎo)向纜 上通過(guò)一個(gè)滑動(dòng)卡環(huán)與一水平牽引纜的一端套裝，水平牽引纜的另一端通過(guò)兩根短纜分別 與安裝在深水水下結(jié)構(gòu)物連為一體，并呈三角狀態(tài)。
[0015] 所述絞車(chē)導(dǎo)向纜和結(jié)構(gòu)重塊之間是通過(guò)一連接結(jié)構(gòu)連接為一體，該連接結(jié)構(gòu)包 括：依次安裝在第一個(gè)卸扣上的一旋轉(zhuǎn)接頭、三角板、第二個(gè)卸扣。
[0016] 所述結(jié)構(gòu)重塊的材料為：鋼或者水泥混凝土；形狀為：規(guī)則的立方體或圓柱體結(jié) 構(gòu)；結(jié)構(gòu)重塊上安裝有一供卸扣安裝的吊點(diǎn)。
[0017] 所述水平牽引纜為：無(wú)彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。
[0018] 所述短纜通過(guò)卸扣及水下結(jié)構(gòu)物吊裝索具連接在深水水下結(jié)構(gòu)物或安裝在水下 結(jié)構(gòu)物上，吊裝索具與船上絞車(chē)的纜繩相連，該纜繩用于引導(dǎo)和約束水平牽引纜，隨著深水 水下結(jié)構(gòu)物的下放實(shí)現(xiàn)同步下放。
[0019] 所述深水水下結(jié)構(gòu)物受到的豎直平面內(nèi)的外力矩采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法，其特征在于：采用以下安裝步驟： 第一步：通過(guò)船用吊機(jī)，將結(jié)構(gòu)重塊起吊到絞車(chē)滑輪的正下方，然后，逐漸的將張力由 船用吊機(jī)切換到絞車(chē)上，當(dāng)張力完全切換完畢之后，將船用吊機(jī)勾頭從連接結(jié)構(gòu)中的三角 板上解脫； 第二步：通過(guò)絞車(chē)及絞車(chē)導(dǎo)向纜將結(jié)構(gòu)重塊下放至設(shè)定的海底深度就位，此時(shí)，絞車(chē)導(dǎo) 向纜在結(jié)構(gòu)重塊的作用下保持鉛垂?fàn)顟B(tài)； 第三步：通過(guò)船用吊機(jī)，將深水水下結(jié)構(gòu)物進(jìn)行安裝與下放，隨著深水水下結(jié)構(gòu)物的下 放，水平牽引纜與深水水下結(jié)構(gòu)物相連的一端，將隨著深水水下結(jié)構(gòu)物的下放而一起下放 到海底，套裝在絞車(chē)導(dǎo)向纜上的滑動(dòng)卸扣將在重力作用下，沿著絞車(chē)導(dǎo)向纜實(shí)現(xiàn)與深水水 下結(jié)構(gòu)物同步下放；當(dāng)深水水下結(jié)構(gòu)物在外力擾動(dòng)下發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在深水水下結(jié)構(gòu)物 上兩根短纜將與水平牽引纜的一端一起扭轉(zhuǎn)，而水平牽引纜的另一端則被滑動(dòng)卸扣限制在 絞車(chē)導(dǎo)向纜上，這樣一來(lái)，水平牽引纜將對(duì)深水水下結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生一個(gè)與扭轉(zhuǎn)方向相反的力 矩，阻止深水水下結(jié)構(gòu)物發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并迫使深水水下結(jié)構(gòu)物回到平衡位置； 第四步：當(dāng)深水水下結(jié)構(gòu)物安裝到海底就位以后，由水下機(jī)器人攜切割工具將短纜切 斷，此時(shí)，安裝船便能夠啟動(dòng)絞車(chē)將結(jié)構(gòu)重塊連同水平牽引纜一起回收到安裝船上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法，其特征在于：所述結(jié)構(gòu) 重塊就位后所設(shè)定的海底間距為：10-20米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法，其特征在于：所述第三 步中，深水水下結(jié)構(gòu)物以及套裝在絞車(chē)導(dǎo)向纜的相對(duì)位置是通過(guò)調(diào)節(jié)水平牽引纜的長(zhǎng)度實(shí) 現(xiàn)，水平牽引纜在結(jié)構(gòu)物下放過(guò)程中，呈略微繃緊狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法，其特征在于：所述第四 步中，當(dāng)深水水下結(jié)構(gòu)物的重復(fù)安裝時(shí)，只需在下一個(gè)深水水下結(jié)構(gòu)物重新配備短纜即可 繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)深水水下結(jié)構(gòu)物的安裝。
5. -種為實(shí)現(xiàn)上述方法的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝裝置，其特征在于包括：一個(gè) 用于產(chǎn)生鉛垂力的結(jié)構(gòu)重塊，垂直懸掛在結(jié)構(gòu)重塊上的絞車(chē)導(dǎo)向纜，其中，絞車(chē)導(dǎo)向纜上通 過(guò)一個(gè)滑動(dòng)卡環(huán)與一水平牽引纜的一端套裝，水平牽引纜的另一端通過(guò)兩根短纜分別與安 裝在深水水下結(jié)構(gòu)物連為一體，并呈三角狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝裝置，其特征在于：所述絞車(chē) 導(dǎo)向纜和結(jié)構(gòu)重塊之間是通過(guò)一連接結(jié)構(gòu)連接為一體，該連接結(jié)構(gòu)包括：依次安裝在第一 個(gè)卸扣上的一旋轉(zhuǎn)接頭、三角板、第二個(gè)卸扣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝裝置，其特征在于：所述結(jié)構(gòu) 重塊的材料為：鋼或者水泥混凝土；形狀為：規(guī)則的立方體或圓柱體結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)重塊上安裝 有一供卸扣安裝的吊點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝裝置，其特征在于：所述水平 牽引纜為：無(wú)彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝裝置，其特征在于：所述短纜 通過(guò)卸扣及水下結(jié)構(gòu)物吊裝索具連接在深水水下結(jié)構(gòu)物或安裝在水下結(jié)構(gòu)物上，吊裝索具 與船上絞車(chē)的纜繩相連，該纜繩用于引導(dǎo)和約束水平牽引纜，隨著深水水下結(jié)構(gòu)物的下放 實(shí)現(xiàn)同步下放。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或所述的深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝裝置，其特征在于：所述深 水水下結(jié)構(gòu)物受到的豎直平面內(nèi)的外力矩采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：
式中： M為深水水下結(jié)構(gòu)物109受到的豎直平面內(nèi)的外力矩； 為結(jié)構(gòu)重塊的自重；msS水下結(jié)構(gòu)物的自重； g為重力加速度； 0為絞車(chē)導(dǎo)向纜與豎直鉛垂線的夾角；r為水平牽引纜連接點(diǎn)距離水下結(jié)構(gòu)物旋轉(zhuǎn)中心的距離； d為水平牽引纜的長(zhǎng)度； 1為絞車(chē)導(dǎo)向纜的有效長(zhǎng)度（絞車(chē)滑輪到滑動(dòng)卸扣之間的距離）； 0為水平牽引纜的旋轉(zhuǎn)角； 并根據(jù)深水水下結(jié)構(gòu)物主尺度信息以及安裝施工海域的環(huán)境條件，估算出深水水下結(jié) 構(gòu)物在安裝下放過(guò)程中，受到的受到的豎直平面內(nèi)的外力矩M，且根據(jù)以上公式構(gòu)建如下函 數(shù)：
通過(guò)給定函數(shù)參數(shù)的初值，對(duì)以上函數(shù)采用數(shù)值迭代的方法進(jìn)行求解，函數(shù)值y= 0表 示恢復(fù)力矩與深水水下結(jié)構(gòu)物受到的外力矩M平衡。
【專(zhuān)利摘要】一種深水水下結(jié)構(gòu)物防扭轉(zhuǎn)的安裝方法，采用以下步驟：一：將結(jié)構(gòu)重塊起吊到絞車(chē)滑輪的正下方；二：將結(jié)構(gòu)重塊下放至設(shè)定的海底深度就位；三：將深水水下結(jié)構(gòu)物安裝、下放，當(dāng)深水水下結(jié)構(gòu)物發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在深水水下結(jié)構(gòu)物上兩根短纜將與水平牽引纜的一端一起扭轉(zhuǎn)，而水平牽引纜的另一端則被滑動(dòng)卸扣限制在絞車(chē)導(dǎo)向纜上，此時(shí)，水平牽引纜將對(duì)深水水下結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生一個(gè)與扭轉(zhuǎn)方向相反的力矩，阻止深水水下結(jié)構(gòu)物發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并保持平衡；四：深水水下結(jié)構(gòu)物就位后，將短纜切斷，將結(jié)構(gòu)重塊連同水平牽引纜一起回收到安裝船上。本發(fā)明有效地控制了深水水下結(jié)構(gòu)物在整個(gè)安裝下放過(guò)程當(dāng)中的扭轉(zhuǎn)角，使深水水下結(jié)構(gòu)物的不受水深和環(huán)境條件的限制。
【IPC分類(lèi)】B66C13-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104692247
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410746065
【發(fā)明人】李志剛, 王晉, 謝毅, 宋亞新, 李斌, 王法承
【申請(qǐng)人】中國(guó)海洋石油總公司, 海洋石油工程股份有限公司, 北京高泰深海技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日