本發(fā)明涉及一種海洋工程領(lǐng)域水下分離系統(tǒng)安裝時(shí)用的裝置及方法，特別是涉及一種水下三級(jí)分離系統(tǒng)專(zhuān)用的非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置及其安裝作業(yè)流程。

背景技術(shù)：

采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)加浮式平臺(tái)的開(kāi)采模式已成為深海油氣開(kāi)發(fā)的最主要模式之一，水下生產(chǎn)系統(tǒng)一般由水下井口、采油樹(shù)、生產(chǎn)/分離設(shè)備、跨接管、海底管線等水下生產(chǎn)設(shè)備組成，采用水下分離設(shè)備可以將原油和生產(chǎn)污水處理設(shè)備由海上平臺(tái)組塊移至水下系統(tǒng)，極大簡(jiǎn)化原油和生產(chǎn)污水處理流程，并有效解決常規(guī)技術(shù)設(shè)備占地面積和重量大等弊端，但同時(shí)也對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的安裝作業(yè)提出了挑戰(zhàn)。

目前，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出安裝深水設(shè)備的多功能船及其對(duì)應(yīng)的安裝裝置，且已在海上有關(guān)工程實(shí)際中進(jìn)行了初步應(yīng)用，而我國(guó)在深水設(shè)備安裝方面起步較晚，尚沒(méi)有技術(shù)成熟的深水設(shè)備安裝船只和專(zhuān)門(mén)的安裝裝置，水下設(shè)備的安裝仍然采用常規(guī)淺海的安裝作業(yè)方法，其安裝作業(yè)流程通常分為四個(gè)階段，階段一為水面上吊機(jī)吊運(yùn)與下放作業(yè)，此過(guò)程中水下設(shè)備只受風(fēng)力載荷的作用，階段二為水下設(shè)備未完全淹沒(méi)作業(yè)，而階段三則為完全淹沒(méi)作業(yè)階段，此過(guò)程中水下設(shè)備會(huì)受到波浪力和洋流力等載荷的作用，階段四為坐放與連接作業(yè)，此過(guò)程中主要受環(huán)境因素的影響。

由此可見(jiàn)，水下設(shè)備安裝過(guò)程的受力情況極為復(fù)雜，整個(gè)安裝期間設(shè)備會(huì)受到風(fēng)力、波浪力及洋流力等載荷的影響，同時(shí)受到安裝船舶運(yùn)動(dòng)的影響，為此常規(guī)淺海的安裝裝置及作業(yè)方式已不再適用于深水油氣田水下設(shè)備的安裝，而需要研制深水系統(tǒng)專(zhuān)用的安裝設(shè)備，以便保證深水開(kāi)發(fā)施工作業(yè)的安全和設(shè)備結(jié)構(gòu)的完整性，并且保證安裝精度，確保水下分離設(shè)備可以快速而平穩(wěn)地安裝到正確的位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了有效解決水下分離系統(tǒng)的安裝問(wèn)題并克服現(xiàn)有淺海安裝技術(shù)和作業(yè)方式存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種適合深水油氣田開(kāi)發(fā)水下三級(jí)分離系統(tǒng)安裝用的非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置及其安裝方法。依據(jù)平衡管兩側(cè)的非對(duì)稱(chēng)式氣胞體的隨動(dòng)漂移作用、平衡管和氣胞體的平衡作用、連接索具的三點(diǎn)式吊裝以及捕捉筒和牽引管間的三筒自動(dòng)對(duì)中和鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水下三級(jí)分離系統(tǒng)的穩(wěn)定吊裝、自動(dòng)對(duì)中和鎖緊及其與水下管匯和海底管道間的快速對(duì)接和在線安裝。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置及方法，該非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置主要由平衡管、氣胞體、吊裝索具、連接索具、吊裝底座、捕捉筒和牽引管組成，其整體設(shè)計(jì)采用非對(duì)稱(chēng)式的構(gòu)造，其中氣胞體、吊裝索具、連接索具、捕捉筒和牽引管采用立式布置的形式，而平衡管和吊裝底座則采用臥式布置的形式。

氣胞體采用非對(duì)稱(chēng)式雙氣胞構(gòu)造，氣胞體內(nèi)存儲(chǔ)有微正壓的氣體，依據(jù)球形調(diào)偏機(jī)構(gòu)完成隨動(dòng)漂移，以平衡掉吊裝和對(duì)中作業(yè)中波浪力和洋流內(nèi)波力等隨機(jī)載荷，自動(dòng)調(diào)整安裝裝置水平方向的偏移量，同時(shí)依據(jù)氣胞體的非對(duì)稱(chēng)式平衡作用，平衡掉波浪和洋流內(nèi)波經(jīng)吊裝索具所傳遞的垂向振蕩載荷，自動(dòng)調(diào)整安裝裝置的垂向位移量，以保證水下三級(jí)分離系統(tǒng)的穩(wěn)定吊裝。氣胞體包括小氣胞、大氣胞、排氣閥、調(diào)偏球體、調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體，其中小氣胞、大氣胞和調(diào)偏球體的材質(zhì)采用高強(qiáng)度、冷熱穩(wěn)定性強(qiáng)的聚酯簾子布斜交與耐海水橡膠復(fù)合后，經(jīng)過(guò)高壓和高溫模具硫化而成，調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體的材質(zhì)選用超級(jí)雙相不銹鋼，同時(shí)通體涂覆玻璃膠。氣胞體的各部件采用分體式結(jié)構(gòu)，排氣閥、調(diào)偏球體、調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體均含有左右兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的單體，并分別與小氣胞和大氣胞一一對(duì)應(yīng)，且左右兩個(gè)調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體之間的軸線保持平行。

氣胞體所用的非對(duì)稱(chēng)式雙氣胞包括小氣胞和大氣胞，小氣胞和大氣胞均采用倒錐形的氣胞，且均由上球體和下錐體組成，小氣胞和大氣胞的上球體采用半球體構(gòu)造，上球體的頂部設(shè)有柱形凸臺(tái)，該柱形凸臺(tái)的中央加工有密封性管螺紋孔，并配置排氣閥，排氣閥的開(kāi)啟和關(guān)閉可以為氣體進(jìn)出和海水填充小氣胞和大氣胞的胞腔提供通道。小氣胞和大氣胞的下錐體采用倒圓錐體構(gòu)造，下錐體上部的大端圓面與上球體的下端面結(jié)合處保持相切，而其下部的小端圓面直徑則等于調(diào)偏球體上部盤(pán)體部分的外徑。

氣胞體的球形調(diào)偏機(jī)構(gòu)由調(diào)偏球體、調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體組成，調(diào)偏球體與調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體間采用球面副，依靠波浪力和洋流內(nèi)波力等隨機(jī)載荷，調(diào)偏球體自行調(diào)整角度并完成小氣胞和大氣胞的隨動(dòng)漂移，從而達(dá)到調(diào)整安裝裝置水平方向偏移量的目的。

調(diào)偏本體采用圓柱體，其下部通過(guò)法蘭盤(pán)與平衡管進(jìn)行連接，而調(diào)偏本體上端面的中央部位則加工有半圓球面，調(diào)偏本體半圓球面的球心位于調(diào)偏本體的軸線上；調(diào)偏本體法蘭盤(pán)的下端面上銑有環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽的截面呈等腰梯形，其內(nèi)配有六邊形金屬環(huán)，六邊形金屬環(huán)采用粗金屬環(huán)體，其金屬環(huán)本體的材質(zhì)采用強(qiáng)度高和耐溫性能強(qiáng)的金屬，同時(shí)金屬環(huán)本體的外部包裹有金屬箔片。

調(diào)偏壓蓋的外環(huán)面由上而下依次為圓錐面和圓柱面，而其上端面的中央部位則鉆有倒圓錐面，該倒圓錐面的小端圓面直徑大于調(diào)偏球體中部柱體的外徑，同時(shí)其錐度大于氣胞體的調(diào)偏角度；而且該倒圓錐面下端的調(diào)偏壓蓋腔壁上加工有半圓球面，調(diào)偏壓蓋的半圓球面與調(diào)偏本體的半圓球面均進(jìn)行精密研磨處理，且兩半圓球面始終保持同心，同時(shí)調(diào)偏壓蓋的半圓球面下部腔壁內(nèi)襯有管狀壓套，該管狀壓套的材質(zhì)選用鎳基合金并通過(guò)密封性管螺紋將調(diào)偏壓蓋與調(diào)偏本體相連接。

調(diào)偏球體的上部通過(guò)盤(pán)體而分別與小氣胞和大氣胞連接在一起，調(diào)偏球體的中部由上而下依次采用倒錐體和柱體，調(diào)偏球體倒錐體的錐度等于調(diào)偏壓蓋倒圓錐面的錐度；調(diào)偏球體的下部則采用圓球面，該圓球面與調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體的半圓球面始終保持同心并采用間隙配合而構(gòu)成球面副，以保證調(diào)偏球體在調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體內(nèi)的自由度和靈活度；調(diào)偏球體的下端切割有與其上部盤(pán)體端面相平行的切面，該切面中央部位處的腔壁采用圓錐面和柱面相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，以便改善調(diào)偏球體內(nèi)部的應(yīng)力。調(diào)偏球體的圓球面由上而下設(shè)有等間距分層布置的環(huán)形溝槽，共四層，各層環(huán)形溝槽均沿調(diào)偏球體的圓球面傾斜放置，且各層環(huán)形溝槽中心線所在錐面的錐頂點(diǎn)均與調(diào)偏球體圓球面的球心保持同心，各層環(huán)形溝槽的橫截面均采用矩形，其內(nèi)填充潤(rùn)滑脂，同時(shí)上面兩層環(huán)形溝槽與調(diào)偏壓蓋的半圓球面進(jìn)行配合，而下面兩層環(huán)形溝槽則與調(diào)偏本體的半圓球面進(jìn)行配合。

平衡管采用臥式長(zhǎng)管體構(gòu)造，上連氣胞體和吊裝索具且下接連接索具，同時(shí)平衡管內(nèi)存儲(chǔ)微正壓的氣體并輔助氣胞體平衡吊裝、對(duì)中和對(duì)接作業(yè)中波浪和洋流內(nèi)波經(jīng)吊裝索具所傳遞的垂向振蕩載荷。平衡管包括基管體、上吊座和中支托，平衡管的材質(zhì)選用超級(jí)雙相不銹鋼，同時(shí)通體涂覆玻璃膠。

基管體的兩側(cè)端分別設(shè)置有法蘭盤(pán)，各法蘭盤(pán)的外側(cè)均配置有一個(gè)盲端法蘭，從而將基管體分隔成獨(dú)立的密閉腔室，各法蘭盤(pán)和盲端法蘭相結(jié)合的端面上均設(shè)有相同規(guī)格大小的環(huán)形凹槽，且法蘭盤(pán)和盲端法蘭上的兩環(huán)形凹槽對(duì)稱(chēng)布置而構(gòu)成環(huán)形空腔，該環(huán)形空腔內(nèi)配置有六邊形金屬環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)基管體兩側(cè)端的密封?；荏w的左右兩側(cè)分別設(shè)置三通管，左右側(cè)三通管采用非對(duì)稱(chēng)式的垂向布置，且其軸線分別與調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體的軸線重合，左右側(cè)三通管在基管體上的軸向位置依據(jù)水下三級(jí)分離器在左右兩側(cè)的重心位置而定；左右側(cè)三通管的上端均設(shè)置法蘭盤(pán)，并通過(guò)雙頭螺柱與調(diào)偏本體的法蘭盤(pán)進(jìn)行連接。左右側(cè)三通管法蘭盤(pán)的上端面加工有與調(diào)偏本體法蘭盤(pán)上相同規(guī)格大小的環(huán)形凹槽，且左右側(cè)三通管法蘭盤(pán)上的環(huán)形凹槽和調(diào)偏本體法蘭盤(pán)上環(huán)形凹槽的截面中心對(duì)稱(chēng)線所形成的中心圓柱面彼此間保持重合。

上吊座和中支托均垂向設(shè)置，其中上吊座對(duì)稱(chēng)布置于基管體上部管體的兩側(cè)且位于左右側(cè)三通管之間的位置，上吊座分為兩組，中支托則采用非對(duì)稱(chēng)的方式布置于基管體的下部管體上，中支托分為三組，左右兩組中支托位于左右側(cè)三通管的正下方，而中間一組中支托的位置則依據(jù)水下三級(jí)分離器中第一級(jí)分離器的軸線而定。每組上吊座和中支托均含有兩個(gè)單體且兩單體平行放置，每組上吊座和中支托的兩單體的結(jié)構(gòu)和規(guī)格相同且由半圓形鋼板和矩形鋼板組合而成，半圓形鋼板中心的開(kāi)孔直徑相等，上吊座分別與各上銷(xiāo)軸配合而實(shí)現(xiàn)吊裝索具與平衡管間的鉸接，同時(shí)中支托分別與各中銷(xiāo)軸配合而實(shí)現(xiàn)連接索具與平衡管間的鉸接。

吊裝索具用來(lái)完成整套安裝裝置和水下三級(jí)分離器的吊裝，它由一根主吊繩和兩根分吊繩組成，且主吊繩與分吊繩之間呈星形布置，主吊繩位于平衡管的中心對(duì)稱(chēng)面上且上接于海面施工船的吊機(jī)吊鉤，兩分吊繩的長(zhǎng)度相等且對(duì)稱(chēng)布置于主吊繩兩側(cè)后接于上吊座。

連接索具用來(lái)完成整套安裝裝置與水下三級(jí)分離器之間的連接，并實(shí)現(xiàn)水下三級(jí)分離器的三點(diǎn)式吊裝，它由三根連接繩和三組下支座組成，三根連接繩均垂向布置且其長(zhǎng)度依據(jù)水下三級(jí)分離器的各接口位置而定，同時(shí)每根連接繩的兩端分別連接中支托和下支座。

吊裝索具的主吊繩和分吊繩以及連接索具的連接繩的結(jié)構(gòu)形式相同，且主吊繩、分吊繩和連接繩均由繩接頭、連接管和繩體構(gòu)成，主吊繩配置一個(gè)連接管和繩體，而每根分吊繩則配有一個(gè)繩接頭、連接管和繩體，同時(shí)每根連接繩均配置兩個(gè)繩接頭和連接管以及一個(gè)繩體，且連接繩的兩繩接頭和連接管對(duì)稱(chēng)布置于連接繩的繩體兩側(cè)端并連為一體。繩接頭的一側(cè)端由半圓柱體和四方體組合而成，而其另一側(cè)端則采用變截面軸并通過(guò)密封性管螺紋與連接管連接在一起；連接管采用長(zhǎng)管體，其內(nèi)壁采用階梯回轉(zhuǎn)面來(lái)固定繩體的繩端部。

連接索具的下支座采用垂向布置且與中支托一一對(duì)應(yīng)，每組下支座均由兩個(gè)相互平行的側(cè)板和一個(gè)水平放置的法蘭盤(pán)拼接而成，下支座的兩側(cè)板與上吊座和中支托兩單體的結(jié)構(gòu)和規(guī)格相同，下支座的法蘭盤(pán)通過(guò)雙頭螺柱與水下三級(jí)分離器成撬體各接口處的法蘭盤(pán)相連接，下支座分別與各下銷(xiāo)軸配合而實(shí)現(xiàn)連接索具與水下三級(jí)分離器間的鉸接。

吊裝底座由槽鋼和工字鋼拼接而成，其上吊裝底座和下吊裝底座的結(jié)構(gòu)和規(guī)格相同，上吊裝底座用來(lái)完成水下三級(jí)分離器的成撬和吊裝，而下吊裝底座則與水下采油樹(shù)和水下管匯連為一體并用來(lái)完成水下三級(jí)分離器的對(duì)中和支撐。吊裝底座的整體輪廓呈現(xiàn)類(lèi)船形，吊裝底座中部的主“船”體呈矩形且其上布置水下三級(jí)分離器，吊裝底座左側(cè)的“船”艏呈等腰梯形且其中部配置一組捕捉筒和牽引管，而吊裝底座右側(cè)的“船”艉呈矩形且其兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置兩組捕捉筒和牽引管，由此三組捕捉筒和牽引管在吊裝底座上呈三點(diǎn)式布置而構(gòu)成三筒自動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)。

捕捉筒采用三個(gè)立式厚壁筒體，并分別布置于上吊裝底座，捕捉筒配合牽引管而實(shí)現(xiàn)吊裝和對(duì)中作業(yè)中的三筒自動(dòng)對(duì)中，捕捉筒配置有均勻排列的鎖緊機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)對(duì)中作業(yè)中的自動(dòng)鎖緊，它包括捕捉基筒、鎖銷(xiāo)和鎖簧，捕捉基筒的材質(zhì)選用超級(jí)雙相不銹鋼，同時(shí)通體涂覆玻璃膠，鎖銷(xiāo)的材質(zhì)選用35CrMo并調(diào)質(zhì)處理，而鎖簧的材質(zhì)則選用65Mn。

捕捉基筒采用圓柱體和錐體相結(jié)合的筒體，其下端面與上吊裝底座的底端相平齊，捕捉基筒的內(nèi)筒壁采用變截面回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)筒壁的中部鉆成圓柱面，該圓柱面的上端和下端分別鉆成圓錐面，捕捉基筒內(nèi)筒壁的上端圓錐面小端圓面的直徑、中部圓柱面和下端圓錐面小端圓面的直徑相等，同時(shí)其內(nèi)筒壁上端圓錐面的錐度和錐高均小于其內(nèi)筒壁下端圓錐面的錐度和錐高。捕捉基筒的中部筒壁上鉆有沿圓周方向均勻布置的柱形盲孔，每個(gè)柱形盲孔的底部加工有變截面的定位軸，該定位軸采用階梯軸結(jié)構(gòu)，且定位軸的截面變化處形成軸肩以定位貫穿其外的鎖簧一側(cè)端。

捕捉基筒中部筒壁上的柱形盲孔內(nèi)配置有由鎖銷(xiāo)和鎖簧構(gòu)成的鎖緊機(jī)構(gòu)，鎖銷(xiāo)采用階梯軸結(jié)構(gòu)，鎖銷(xiāo)的外環(huán)面與捕捉基筒柱形盲孔的孔壁精密配合而形成移動(dòng)副，鎖銷(xiāo)的內(nèi)側(cè)端面設(shè)有鍥形坡口，該鍥形坡口朝下布置；鎖銷(xiāo)外側(cè)端面的截面變化處形成軸肩以定位貫穿其外的鎖簧另一側(cè)端，通過(guò)鎖簧的伸縮運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)鎖銷(xiāo)進(jìn)行內(nèi)外滑移而實(shí)現(xiàn)捕捉筒與牽引管間的自動(dòng)鎖緊。

牽引管采用三個(gè)立式長(zhǎng)管體，并分別布置于下吊裝底座，通過(guò)牽引捕捉筒而實(shí)現(xiàn)吊裝和對(duì)中作業(yè)中的自動(dòng)對(duì)中，它包括牽引基管和支撐管，牽引基管和支撐管的材質(zhì)均選用超級(jí)雙相不銹鋼，同時(shí)通體涂覆玻璃膠。牽引管的整體輪廓呈現(xiàn)類(lèi)火箭形，牽引基管由錐管和柱管焊接而成，其下端焊有盤(pán)形鋼板且盤(pán)形鋼板的底端與下吊裝底座的底端相平齊，牽引基管中錐管的外壁錐面的錐度與鎖銷(xiāo)上鍥形坡口的傾斜度一致，且牽引基管中錐管的外壁錐面大端圓面的直徑和牽引基管中柱管的外徑均等于捕捉基筒內(nèi)筒壁中部圓柱面的直徑，牽引基管的柱管中部鉆有與捕捉筒鎖緊機(jī)構(gòu)相配合的圓形孔眼，各圓形孔眼的孔壁與鎖銷(xiāo)的外環(huán)面間采用間隙配合。支撐管采用錐管，支撐管中錐管的外壁錐面的錐度等于捕捉基筒內(nèi)筒壁的下端圓錐面的錐度，同時(shí)大于牽引基管中錐管的外壁錐面的錐度；此外，支撐管的上端和下端均通過(guò)圓周焊的方式而將牽引基管和支撐管一同固定于下吊裝底座上。

水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝方法為依托非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置依次實(shí)施以下整套作業(yè)流程：水下管匯測(cè)量與定位作業(yè)、分離系統(tǒng)吊裝作業(yè)、非對(duì)稱(chēng)式對(duì)中作業(yè)、氣胞平衡管回收作業(yè)和分離系統(tǒng)對(duì)接作業(yè)，由此完成水下三級(jí)分離系統(tǒng)的在線快速安裝。

水下管匯測(cè)量與定位作業(yè)的流程為，準(zhǔn)確測(cè)定水下采油樹(shù)、水下管匯和下吊裝底座之間的相對(duì)位置，包括三維坐標(biāo)和空間方位角等，同時(shí)測(cè)量水下采油樹(shù)和水下管匯的各接口以及下吊裝底座上所布置各牽引管的空間坐標(biāo)，依據(jù)水下測(cè)量參數(shù)制定相應(yīng)的吊裝作業(yè)方案。

分離系統(tǒng)吊裝作業(yè)的流程為，打開(kāi)排氣閥向氣胞體的小氣胞和大氣胞以及平衡管的基管體內(nèi)依次充入微正壓的氣體，通過(guò)平衡管將氣胞體、吊裝索具和連接索具連為一體，然后將各捕捉筒預(yù)制于上吊裝底座，并通過(guò)上吊裝底座完成水下三級(jí)分離器的成撬，接著通過(guò)連接索具的三個(gè)下支座將水下三級(jí)分離器接于氣胞體和平衡管的下部，實(shí)現(xiàn)連接索具的三點(diǎn)式吊裝；最后，依據(jù)所測(cè)定的水下管匯和下吊裝底座相對(duì)位置參數(shù)，通過(guò)施工船上的吊機(jī)和吊裝索具下放水下三級(jí)分離器，吊裝下放過(guò)程中依據(jù)非對(duì)稱(chēng)式氣胞體的隨動(dòng)漂移作用以及平衡管和氣胞體的平衡作用而將水下三級(jí)分離器順利穩(wěn)定吊裝至水下管匯的接口位置。

非對(duì)稱(chēng)式對(duì)中作業(yè)的流程為，對(duì)中作業(yè)中依據(jù)非對(duì)稱(chēng)式氣胞體的隨動(dòng)漂移作用平衡掉波浪力和洋流內(nèi)波力等隨機(jī)載荷，自動(dòng)調(diào)整水下三級(jí)分離器水平方向的偏移量，同時(shí)依據(jù)氣胞體和平衡管的非對(duì)稱(chēng)式平衡作用平衡掉垂向振蕩載荷，自動(dòng)調(diào)整水下三級(jí)分離器的垂向位移量；然后，利用水下機(jī)器人以及捕捉筒和牽引管間的三筒自動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水下三級(jí)分離器和上吊裝底座與下吊裝底座間的自動(dòng)對(duì)中；最后，繼續(xù)吊裝下放水下三級(jí)分離器，依據(jù)捕捉基筒內(nèi)所配置鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖銷(xiāo)與牽引基管上圓形孔眼間的配合，實(shí)現(xiàn)水下三級(jí)分離器和上吊裝底座與下吊裝底座間的自動(dòng)鎖緊。

氣胞平衡管回收作業(yè)的流程為，利用水下機(jī)器人打開(kāi)排氣閥向氣胞體的小氣胞和大氣胞內(nèi)依次填充海水，而后關(guān)閉排氣閥；然后，利用水下機(jī)器人旋松連接索具下支座上的雙頭螺柱，依據(jù)平衡管的平衡作用并通過(guò)吊機(jī)和吊裝索具將連接索具從水下三級(jí)分離器成撬體的各接口上拆卸下來(lái)并回收至施工船上。

分離系統(tǒng)對(duì)接作業(yè)的流程為，依據(jù)平衡管的平衡作用并通過(guò)吊機(jī)、吊裝索具和連接索具依次將連接油管穩(wěn)定吊裝至水下三級(jí)分離器油氣匯集管道下端的接口，并利用水下機(jī)器人和連接油管將水下輸油管接于水下三級(jí)分離器；然后，將連接水管穩(wěn)定吊裝至水下三級(jí)分離器排水管道下端的接口，并利用水下機(jī)器人和連接水管將水下輸水管與水下三級(jí)分離器連為一體；最后，依據(jù)平衡管的平衡作用將跨接油管穩(wěn)定吊裝至水下管匯接口和水下三級(jí)分離器入口之間的位置，利用水下機(jī)器人和跨接油管將水下三級(jí)分離器接于水下采油樹(shù)和水下管匯，從而實(shí)現(xiàn)海底油氣井產(chǎn)出液在水下直接進(jìn)行油氣水分離和含油污水處理。

本發(fā)明所能達(dá)到的技術(shù)效果是，該非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置依據(jù)非對(duì)稱(chēng)式氣胞體的隨動(dòng)漂移作用、平衡管和氣胞體的平衡作用、連接索具的三點(diǎn)式吊裝以及捕捉筒和牽引管間的三筒自動(dòng)對(duì)中和鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水下三級(jí)分離系統(tǒng)的穩(wěn)定吊裝、自動(dòng)對(duì)中和鎖緊及其與水下管匯和海底管道間的快速對(duì)接和在線安裝；氣胞體采用非對(duì)稱(chēng)式雙氣胞，依據(jù)球形調(diào)偏機(jī)構(gòu)完成隨動(dòng)漂移，自動(dòng)調(diào)整安裝裝置水平方向的偏移量，同時(shí)依據(jù)氣胞體和平衡管的平衡作用自動(dòng)調(diào)整垂向位移量，保證水下三級(jí)分離系統(tǒng)的穩(wěn)定吊裝；連接索具完成水下三級(jí)分離器的三點(diǎn)式吊裝，上吊裝底座完成水下三級(jí)分離器的成撬和吊裝，而下吊裝底座則完成水下三級(jí)分離器的對(duì)中和支撐；三組捕捉筒和牽引管在吊裝底座上呈三點(diǎn)式布置而構(gòu)成三筒自動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)，捕捉筒配合牽引管而實(shí)現(xiàn)吊裝和對(duì)中作業(yè)中的三筒自動(dòng)對(duì)中，捕捉筒內(nèi)配置有均勻排列的鎖緊機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)對(duì)中作業(yè)中的自動(dòng)鎖緊；非對(duì)稱(chēng)式在線安裝方法為依托安裝裝置依次實(shí)施水下管匯測(cè)量與定位作業(yè)、分離系統(tǒng)吊裝作業(yè)、非對(duì)稱(chēng)式對(duì)中作業(yè)、氣胞平衡管回收作業(yè)和分離系統(tǒng)對(duì)接作業(yè)的整套作業(yè)流程，完成水下分離系統(tǒng)的在線快速安裝。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

圖1是根據(jù)本發(fā)明所提出的水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置及方法的典型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置中氣胞體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖3是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置中平衡管、吊裝索具和連接索具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖4是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置中捕捉筒和上吊裝底座的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖5是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置中牽引管和下吊裝底座的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖6是圖5的俯視圖。

圖7是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝方法中分離系統(tǒng)吊裝作業(yè)的流程簡(jiǎn)圖。

圖8是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝方法中非對(duì)稱(chēng)式對(duì)中作業(yè)的流程簡(jiǎn)圖。

圖9是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝方法中氣胞平衡管回收作業(yè)的流程簡(jiǎn)圖。

圖10是水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝方法中分離系統(tǒng)對(duì)接作業(yè)的流程簡(jiǎn)圖。

圖中1－吊裝索具，2－氣胞體，3－平衡管，4－連接索具，5－水下三級(jí)分離器，6－吊裝底座，7－捕捉筒，8－牽引管，9－小氣胞，10－排氣閥，11－大氣胞，12－調(diào)偏球體，13－調(diào)偏壓蓋，14－調(diào)偏本體，15－主吊繩，16－分吊繩，17－上銷(xiāo)軸，18－上吊座，19－基管體，20－中支托，21－中銷(xiāo)軸，22－連接繩，23－下銷(xiāo)軸，24－下支座，25－捕捉基筒，26－鎖簧，27－鎖銷(xiāo)，28－上吊裝底座，29－支撐管，30－牽引基管，31－下吊裝底座，32－水下采油樹(shù)，33－水下管匯，34－跨接油管，35－管吊座，36－連接油管，37－水下輸油管，38－連接水管，39－水下輸水管。

具體實(shí)施方式

在圖1中，水下三級(jí)分離系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置主要由吊裝索具1、氣胞體2、平衡管3、連接索具4、吊裝底座6、捕捉筒7和牽引管8組成，其非對(duì)稱(chēng)式在線安裝方法為依次實(shí)施水下管匯測(cè)量與定位作業(yè)、分離系統(tǒng)吊裝作業(yè)、非對(duì)稱(chēng)式對(duì)中作業(yè)、氣胞平衡管回收作業(yè)和分離系統(tǒng)對(duì)接作業(yè)的整套作業(yè)流程，由此完成水下三級(jí)分離器5的在線快速安裝。

在圖1中，該非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置組裝前，吊裝索具1和連接索具4主體部件的外表面分別進(jìn)行涂覆油脂防海水腐蝕處理，吊裝底座6主體部件的外表面進(jìn)行噴漆防腐處理。該非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置組裝時(shí)，首先依次將吊裝索具1通過(guò)上銷(xiāo)軸以及連接索具4通過(guò)中銷(xiāo)軸與平衡管3接為一體，然后將氣胞體2的小氣胞和大氣胞通過(guò)調(diào)偏本體接于平衡管3兩側(cè)，接著水下三級(jí)分離器5通過(guò)吊裝底座6的上吊裝底座成撬并通過(guò)下銷(xiāo)軸接于連接索具4下端實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)式吊裝，最后三組捕捉筒7和牽引管8在吊裝底座6上呈三點(diǎn)式布置而構(gòu)成三筒自動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)，且吊裝底座6的下吊裝底座與牽引管8與水下采油樹(shù)和水下管匯連為一體。

在圖1中，該非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置調(diào)試時(shí)，氣胞體2的調(diào)偏球體圓球面與調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體的半圓球面間可以在空間中全方位靈活轉(zhuǎn)動(dòng)且無(wú)阻滯，捕捉筒7鎖緊機(jī)構(gòu)中的鎖銷(xiāo)與牽引管8中牽引基管的圓形孔眼間可以靈活滑移且無(wú)阻滯，并保持氣胞體2和平衡管3以及水下三級(jí)分離器5內(nèi)壁的清潔；同時(shí)，依次檢查氣胞體2排氣閥和水下三級(jí)分離器5水下安全閥、水下控制閥、水下關(guān)斷閥等閥門(mén)的開(kāi)關(guān)是否正確，檢查氣胞體2中調(diào)偏球體的各層環(huán)形溝槽內(nèi)是否充滿(mǎn)潤(rùn)滑脂，檢查捕捉筒7鎖緊機(jī)構(gòu)中的鎖銷(xiāo)有無(wú)損傷以及氣胞體2中調(diào)偏壓蓋和調(diào)偏本體的半圓球面上有無(wú)劃痕，檢查各銷(xiāo)軸和螺紋聯(lián)接處是否牢固且有無(wú)銹蝕。

在圖1中，該非對(duì)稱(chēng)式在線安裝裝置中的吊裝索具1、氣胞體2、連接索具4、捕捉筒7和牽引管8均采用立式布置，而平衡管3和吊裝底座6則采用臥式布置，安裝作業(yè)中依據(jù)非對(duì)稱(chēng)式氣胞體2的隨動(dòng)漂移作用、平衡管3和氣胞體2的平衡作用、連接索具4的三點(diǎn)式吊裝以及捕捉筒7和牽引管8間的三筒自動(dòng)對(duì)中和鎖緊機(jī)構(gòu)，完成水下三級(jí)分離器5的穩(wěn)定吊裝、自動(dòng)對(duì)中和鎖緊及其與水下管匯和海底管道間的快速對(duì)接和在線安裝。

在圖2中，小氣胞9和大氣胞11的氣胞容積依據(jù)吊裝和對(duì)中作業(yè)所在海域波浪力和洋流內(nèi)波力等隨機(jī)載荷情況、吊裝索具1所傳遞的垂向振蕩載荷以及水下三級(jí)分離器5在左右兩側(cè)所集中的總重量等因素綜合進(jìn)行選型，同時(shí)排氣閥10的規(guī)格依據(jù)小氣胞9和大氣胞11的氣胞容積分別進(jìn)行選取，調(diào)偏球體12與調(diào)偏壓蓋13和調(diào)偏本體14間在空間中全方位調(diào)偏的角度依據(jù)吊裝和對(duì)中作業(yè)所在海域波浪力和洋流內(nèi)波力等隨機(jī)載荷實(shí)際工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在圖2中，小氣胞9和大氣胞11在平衡管3兩側(cè)依據(jù)水下三級(jí)分離器5左右兩側(cè)所集中的總重量進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)式布置并形成相應(yīng)的浮載進(jìn)行平衡，由此自動(dòng)調(diào)整安裝裝置的垂向位移量；調(diào)偏球體12與調(diào)偏壓蓋13和調(diào)偏本體14之間通過(guò)球面副連接而構(gòu)成球形調(diào)偏機(jī)構(gòu)，由此實(shí)現(xiàn)氣胞體2的隨動(dòng)漂移作用并自動(dòng)調(diào)整安裝裝置水平方向的偏移量，從而完成水下三級(jí)分離器5的穩(wěn)定吊裝；另外，通過(guò)排氣閥10可以向小氣胞9和大氣胞11中充入微正壓的氣體和海水。

在圖3中，平衡管3中基管體19的容積依據(jù)吊裝和對(duì)中作業(yè)所在海域的海況、吊裝索具1所傳遞的垂向振蕩載荷以及所需要的最大浮載等因素綜合進(jìn)行選型，基管體19管長(zhǎng)的選取則需要考慮水下三級(jí)分離器5成撬體的總尺寸；吊裝索具1中主吊繩15和分吊繩16的規(guī)格尺寸依據(jù)吊裝和對(duì)中作業(yè)所在海域的海況以及吊裝水下三級(jí)分離器5所需要的最大鉤載進(jìn)行設(shè)計(jì)，而連接索具4中連接繩22的規(guī)格尺寸則需要考慮吊裝、對(duì)中和回收作業(yè)中所在海域的海況以及吊裝水下三級(jí)分離器5和跨接油管時(shí)所需要的最大拉應(yīng)力進(jìn)行選取。

在圖3中，基管體19內(nèi)存儲(chǔ)微正壓的氣體，從而實(shí)現(xiàn)平衡管3的平衡作用并輔助氣胞體2平衡吊裝、對(duì)中和對(duì)接作業(yè)中的垂向振蕩載荷；基管體19通過(guò)其外環(huán)面上的上吊座18與上銷(xiāo)軸17間的配合而上連分吊繩16，并通過(guò)中支托20和中銷(xiāo)軸21間的配合而下接連接繩22，同時(shí)主吊繩15與施工船上的吊機(jī)相連接，且連接繩22通過(guò)下銷(xiāo)軸23和下支座24間的配合而實(shí)現(xiàn)在線安裝裝置與水下三級(jí)分離器5的連接。

在圖4中，吊裝底座6的上吊裝底座28規(guī)格尺寸依據(jù)水下三級(jí)分離器5成撬體的總尺寸進(jìn)行調(diào)整，上吊裝底座28中槽鋼和工字鋼拼接的具體位置依據(jù)水下三級(jí)分離器5中各級(jí)分離器的布置方位而確定；捕捉筒7中捕捉基筒25筒壁上的柱形盲孔內(nèi)配置由鎖銷(xiāo)27和鎖簧26構(gòu)成的鎖緊機(jī)構(gòu)，鎖緊機(jī)構(gòu)沿圓周方向均勻排列并通過(guò)鎖簧26的伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鎖銷(xiāo)27進(jìn)行內(nèi)外滑移，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中作業(yè)中捕捉筒7和牽引管8之間的自動(dòng)鎖緊。

在圖5和圖6中，吊裝底座6的下吊裝底座31的結(jié)構(gòu)和規(guī)格尺寸與上吊裝底座28保持一致，三組牽引管8的支撐管29和牽引基管30與捕捉筒7分別在下吊裝底座31和上吊裝底座28上呈三點(diǎn)式布置而構(gòu)成三筒自動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)，三筒自動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)中捕捉基筒25和牽引基管30的位置一一對(duì)應(yīng)并通過(guò)配合而實(shí)現(xiàn)吊裝和對(duì)中作業(yè)中的三筒自動(dòng)對(duì)中。

在圖7中，分離系統(tǒng)吊裝作業(yè)流程中，小氣胞9、大氣胞11以及基管體19內(nèi)分別充入微正壓的氣體并通過(guò)法蘭盤(pán)和雙頭螺柱連接在一起，基管體19通過(guò)上吊座18上連主吊繩15和分吊繩16并通過(guò)中支托20而下接連接繩22，水下三級(jí)分離器5的各級(jí)分離器在上吊裝底座28上依次布置而成撬，且通過(guò)下支座24與在線安裝裝置相連接并實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)式吊裝。吊裝過(guò)程中通過(guò)不斷釋放主吊繩15而逐步下放水下三級(jí)分離器5，利用非對(duì)稱(chēng)式氣胞體2的隨動(dòng)漂移作用實(shí)時(shí)平衡波浪力和洋流內(nèi)波力等隨機(jī)載荷，同時(shí)利用平衡管3和氣胞體2的平衡作用實(shí)時(shí)平衡垂向振蕩載荷，從而將水下三級(jí)分離器5順利穩(wěn)定吊裝至水下管匯的接口位置處。

在圖8中，非對(duì)稱(chēng)式對(duì)中作業(yè)流程中，利用非對(duì)稱(chēng)式氣胞體2的隨動(dòng)漂移作用實(shí)時(shí)平衡波浪力和洋流內(nèi)波力等隨機(jī)載荷，自動(dòng)調(diào)整水下三級(jí)分離器5在小氣胞9一側(cè)的水平偏移量θ₁和大氣胞11一側(cè)的水平偏移量θ₂，同時(shí)利用平衡管3和氣胞體2的平衡作用實(shí)時(shí)平衡垂向振蕩載荷，自動(dòng)調(diào)整水下三級(jí)分離器5的垂向位移量，從而保持水下三級(jí)分離器5在作業(yè)中的穩(wěn)定；然后，利用水下機(jī)器人將各捕捉基筒25自動(dòng)對(duì)中相應(yīng)位置的牽引基管30，繼續(xù)平穩(wěn)地下放水下三級(jí)分離器5，待捕捉基筒25內(nèi)鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖銷(xiāo)27在鎖簧26推動(dòng)下滑進(jìn)牽引基管30管壁的圓形孔眼后，捕捉筒7和牽引管8之間自動(dòng)鎖緊，從而將水下三級(jí)分離器5固定于海床的吊裝底座6上。

在圖9中，氣胞平衡管回收作業(yè)流程中，首先利用水下機(jī)器人打開(kāi)排氣閥10并向小氣胞9和大氣胞11內(nèi)填滿(mǎn)海水，以去掉氣胞體2的浮載；然后，利用水下機(jī)器人依次旋松并拔出各下支座24上的雙頭螺柱，將水下三級(jí)分離器5從在線安裝裝置上拆卸下來(lái)；最后，通過(guò)吊機(jī)和吊裝索具1將氣胞體2、平衡管3和連接索具4一起回收至施工船上。

在圖10中，分離系統(tǒng)對(duì)接作業(yè)流程中，由吊裝索具1、平衡管3和連接索具4組成新的吊裝裝置并利用平衡管3的平衡作用實(shí)施吊裝作業(yè)，首先將連接油管36穩(wěn)定吊裝至水下三級(jí)分離器5油氣匯集管道下端的接口，利用水下機(jī)器人擰緊各雙頭螺柱而依次將連接油管36和水下輸油管37接到水下三級(jí)分離器5上；然后，利用新的吊裝裝置將連接水管38穩(wěn)定吊裝至水下三級(jí)分離器5排水管道下端的接口，利用水下機(jī)器人擰緊各雙頭螺柱而依次將連接水管38和水下輸水管39接到水下三級(jí)分離器5上；最后，通過(guò)管吊座35和下銷(xiāo)軸23配合將跨接油管34接于新的吊裝裝置，并穩(wěn)定吊裝至水下管匯33接口和水下三級(jí)分離器5入口之間的位置，利用水下機(jī)器人擰緊各雙頭螺柱而將跨接油管34的一端接到水下采油樹(shù)32和水下管匯33上同時(shí)跨接油管34的另一端與水下三級(jí)分離器5連接在一起，然后利用水下機(jī)器人拔出各下銷(xiāo)軸23從而將新的吊裝裝置從跨接油管34上拆卸下來(lái)，并通過(guò)吊機(jī)和吊裝索具1將新的吊裝裝置回收至施工船上。

上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。