專利名稱：深水s型海底管道鋪設過程中的收棄管工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及海底管道鋪設，尤其涉及一種適應深水S型海底管道鋪設過程中的收棄管工藝，屬于海洋石油工程領域。
背景技術：
海底管道鋪設作為深海油氣田開發建設的一個重要組成部分，對海上油氣田的開發、生產和產品外輸等方面起著十分重要的作用。在實際工程中，常用的海底管道鋪設方法主要有S型鋪管法、J型鋪管法、卷管式鋪管法和拖管法等四大類。S型鋪管方法是目前海底管道最為常用的鋪設方法。在S型鋪管方法中，管道在鋪管船甲板作業線上從焊接、檢驗都在一個水平面內，管道移動通過船尾經托管架并到達海床，管道的線形看上去像一個被拉長的“S”。整條管道一般分為兩個區域一為上彎段，從鋪管船甲板上的張緊器開始，沿著作業線經托管架向下延伸至反彎點為止的一段區域(反彎點一般就是管道受到彎矩為零的拐點)；另一段為下彎段，是從反彎點到海床著地點的一段區域。管道在下彎段的曲率通過沿生產線放置的張緊器產生的拉力來控制，管道在上彎段的曲率和彎曲應力則一般依靠合適的滑道支撐和托管架的曲率來控制。托管架主要作用就是減小管道離開船尾后的彎曲應力，通過選取不同的托管架長度以及其與水平方向的角度，可以有效改善管道受到的彎矩和軸向拉力。目前，S型鋪管法主要應用于淺水鋪設(< 300m)。在海底管道鋪設過程中，當因壞天氣或其他原因使得鋪管作業不得不中止時，只能將未鋪設的海底管道棄入海底。待天氣轉好并具備繼續開始鋪設管道的條件時，鋪管船重新就位，再對棄入海底的管道進行回收。 這期間，棄、收管的水上工作是通過布錨移船以及采用水面上的浮漂配合完成船舶定位，而水下操作則是由潛水員及配合收放絞車等棄、收管設備來進行。隨著海洋石油開發不斷向深水領域的邁進，海底管道的鋪設水深越來越深，對于深水海底管道鋪設技術要求也越來越高。目前，采油平臺的作業水深已達3000m，鉆井深度超過萬米，海底管道的鋪設水深也達到了 3000m左右。當海底管道鋪設水深增加時，將會遇到拱彎段要求更大的轉角以及垂彎段要求避免壓力帶來的失穩等技術問題。為了克服現有 S型鋪管法存在的問題，通過加長托管架的長度以滿足拱彎段的轉角要求，此時，托管架就會變得很長，對鋪管船性能的要求、收放絞車的能力以及棄、收管道所用設備的要求也越來越高。而且，對于管道的棄入海底與回收，由于水深的增加，船舶已無法進行拋錨及布錨移動，且定位工作也無法采用水面上的浮漂來進行，而水下操作，由于水的深度較深，潛水員也已無法進行潛水工作，因此，現有的收棄管作業方法已不適用于深水作業。
發明內容
本發明的主要目的在于克服現有技術存在的上述缺點，而提供一種深水S型海底管道鋪設過程中的收棄管工藝，其可以在深水S型海底管道鋪設過程中進行回收與棄管工作，提高了深水回收與棄管工作效率，增強深水收棄管作業的安全性和可靠性，為深水戰略的發展提供了技術支持。本發明的目的是由以下技術方案實現的一種深水S型海底管道鋪設過程中的棄管工藝，其特征在于包括以下步驟第一步，棄管準備及棄管設備的連接；第二步，棄管水上操作(1)將海底管道從張緊器上轉換張力到收放絞車上后，確定絞車選用張力大小；(2)動力定位向管道鋪設方向移船，同時保持收放絞車的張力恒定；(3)連接標記的浮力材料，并回收吊索；(4)動力定位向管道鋪設方向移船，海底管道脫離鋪管船到托管架上，同時保持張力在收放絞車上；(5)停止移船，逐漸減小張力使管道下放到海床；(6)船倒退，收放絞車回收絞纜，直到托管架的末端超過管端封頭居上；第三步，棄管水下操作(1)動力定位向管道鋪設方向退船，并達到管端上方，解開絞纜與管端封頭的連接；(2)管段封頭下半部分自動漂浮；(3)收放絞車回收絞纜，直到托管架的末端超過絞纜及管端封頭；
第四步，數據采集及作業位置確定。所述棄管準備包括以下步驟(1)移出管道內部所有設備；(2)在管端封頭及存儲機架上放置法蘭保護器；(3)提升并放置管端封頭到轉換器上；(4)轉移管端封頭到準備好的架子上；(5)把管端封頭焊接到管線上；(6)將中間吊索連到管端封頭上；(7)把中間吊索連接到收放絞車上；(8)從管端封頭起在收放絞纜上做首次標記。所述動力定位向前、倒退移船是利用船舶自身動力定位。所述數據采集及作業位置確定過程包括以下步驟(1)用GPS定位系統及調查數據，定位管端封頭的位置；(2)利用動力定位系統定位鋪管船的位置，保證鋪管船沿鋪管方向距管端封頭有一個設定的回收距離。所述第三步，棄管水下操作中，解開絞纜是在水下監控機器人的監控下，由水下作業機器人進行。一種深水S型海底管道鋪設過程中的收管工藝，其特征在于包括以下步驟第一步，數據采集及作業位置確定；第二步，收管水下操作，(1)下放水下機器人；(2)收放絞車下放收放絞纜及管段封頭、管道至海底；
(3)操作水下機器人將收放絞纜連接到管端封頭上；第三步，收管水上操作，(1)動力定位移船至設定距離，同時保持收放絞車松弛；(2)增加收放絞車張力，直至達到設定的回收張力；(3)動力定位退船，收放絞車回收收放絞纜；(4)動力定位退船，管端封頭連接在托管架滾輪上；(5)當管端封頭到達船尾時，從法蘭保護器中移出標記的浮力材料；(6)動力定位繼續退船，直至管端封頭抵達張緊器前端；第四步，將收放絞車上海底管道的張力轉換到張緊器上，并拆除棄管設備。所述第一步，數據采集及作業位置確定采用以下步驟(1)利用GPS定位系統及調查數據定位管端封頭的位置；(2)利用動力定位系統定位鋪管船的位置，以保證鋪管船沿鋪管方向距收放封頭所設定的最小回收距離。所述第四步，張力轉換具體采用以下步驟(1)管端封頭到達張緊器后，起動張緊器，利用吊機將張力慢慢從收放絞車轉換到張緊器上；(2)回收收放絞車絞纜；(3)切割封頭，重新開始正常鋪設作業。本發明的有益效果本發明可以在深水S型海底管道鋪設過程中進行回收與棄管工作，提高了深水回收與棄管工作效率，增強深水收棄管作業的安全性和可靠性，為深水戰略的發展提供了技術支持。
圖1為本發明海底管道收、棄過程示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明總體包括棄管工藝和收管工藝，棄管和收管是兩個類似且相反的工藝。棄管和收管工藝實施前，鋪管船上需要配置收放(A&R)絞車及大于2倍工作水深的工作纜，收棄管專用設備，并配備水下監控機器人和水下作業機器人(ROV)、完備的動力定位系統及監測系統。深水S型海底管道棄管工藝包括以下步驟第一步，棄管準備及專用設備連接；①移出所有的管道內部設備，包括X-射線履帶、停止電車、止屈器等；②在管端封頭及存儲機架上放置法蘭保護器；③提升并放置管端封頭到轉換器上；④轉移管端封頭到準備好的架子上；⑤把管端封頭焊接到管線上；⑥用吊機把中間吊索連到收放絞車封頭上；⑦把中間吊索連接到收放絞車上；
⑧從管端封頭起的收放絞纜上做首次標記。第二步，棄管水上操作；(1)張力轉換利用吊機，將海底管道緩慢從張緊器上轉換張力到收放絞車上，張力轉換完成后，根據棄管水平要求的確定絞車選用張力大小；(2)利用船舶動力定位向管道鋪設方向移船，同時保持收放絞車恒張力；(3)連接標記的浮力材料并且回收吊索到架子上；(4)利用船舶動力定位向管道鋪設方向移船，允許海底管道脫離鋪管船到托管架上，同時保持張力在收放絞車上；(5)當鋪管船到達最終位置時停止移船，此時，隨著海底管道下放，逐漸減小張力使管道下放到海床；(6)倒退鋪管船同時回收收放絞纜到收放絞車上，直到托管架的末端大約超過管端封頭。第三步，棄管水下操作，(1)動力定位向管道方向鋪設退船，利用定位系統達到管端上方，在水下監控機器人的監控下，由水下作業機器人解開絞纜與管端封頭的連接；(2)管段封頭下半部分含有浮力材料，自動漂浮；(3)回收絞纜到收放絞車上，直到托管架的末端超過絞纜及管端封頭。第四步，數據采集及作業位置確定①用GPS定位系統及調查數據，定位管端封頭的位置；②利用動力定位系統定位鋪管船的位置，保證鋪管船沿鋪管方向距管端封頭有一個最小的回收距離。如圖1所示，深水S型海底管道收管施工工藝，包括以下步驟第一步，數據采集及作業位置確定；動力定位保持船舶位置穩定；第二步，收管水下操作(1)利用鋪管船下放水下監控機器人和水下作業機器人；(2)利用收放絞車下放收放絞纜至海底；(3)操作水下作業機器人，利用法蘭保護器把收放絞纜連接到管端封頭上。第三步，收管水上操作，(1)利用GPS動力定位系統移船，同時保持收放絞車松弛，直到鋪管船到達距管端封頭要求的偏移距離；(2)增加收放絞車張力，直到達到合適的回收張力；(3)利用動力定位系統使鋪管船后退，收放絞車系統開始回收收放絞纜；(4)利用動力定位系統使鋪管船后退，保證管端封頭成功搭接托管架滾輪上；(5)當管端封頭到達船尾時，從法蘭保護器中移出標記的浮力材料；(6)利用動力定位系統，使鋪管船繼續后退，直到管端封頭抵達張緊器前端。第四步，將收放絞車上海底管道的張力轉換到張緊器上，并拆除專用設備；張力轉換具體采用以下步驟(1)管端封頭到達張緊器后，起動張緊器，利用吊機將海底管道的張力慢慢從收放 (A&R)絞車轉換到張緊器上；
(2)回收收放(A&R)絞車絞纜；(3)切割管端封頭，重新開始正常鋪設作業。上述工藝中所用張緊器、收放絞車、定位系統、水下監控機器人及水下作業機器人收棄管專用設備等，均為已知現有設備。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種深水S型海底管道鋪設過程中的棄管工藝，其特征在于包括以下步驟 第一步，棄管準備及棄管設備的連接；第二步，棄管水上操作(1)將海底管道從張緊器上轉換張力到收放絞車上后，確定絞車選用張力大小；(2)動力定位向管道鋪設方向移船，同時保持收放絞車的張力恒定；(3)連接標記的浮力材料，并回收吊索；(4)動力定位向管道鋪設方向移船，海底管道脫離鋪管船到托管架上，同時保持張力在收放絞車上；(5)停止移船，逐漸減小張力使管道下放到海床；(6)船倒退，收放絞車回收絞纜，直到托管架的末端超過管端封頭居上； 第三步，棄管水下操作(1)動力定位向管道鋪設方向退船，并達到管端上方，解開絞纜與管端封頭的連接；(2)管段封頭下半部分自動漂浮；(3)收放絞車回收絞纜，直到托管架的末端超過絞纜及管端封頭； 第四步，數據采集及作業位置確定。
2.根據權利要求1所述的深水S型海底管道鋪設過程中的棄管工藝，其特征在于所述棄管準備包括以下步驟(1)移出管道內部所有設備；(2)在管端封頭及存儲機架上放置法蘭保護器；(3)提升并放置管端封頭到轉換器上；(4)轉移管端封頭到準備好的架子上；(5)把管端封頭焊接到管線上；(6)將中間吊索連到管端封頭上；(7)把中間吊索連接到收放絞車上；(8)從管端封頭起在收放絞纜上做首次標記。
3.根據權利要求1所述的深水S型海底管道鋪設過程中的棄管工藝，其特征在于所述動力定位向前、倒退移船是利用船舶自身動力定位。
4.根據權利要求1所述的深水S型海底管道鋪設過程中的棄管工藝，其特征在于所述數據采集及作業位置確定過程包括以下步驟(1)用GPS定位系統及調查數據，定位管端封頭的位置；(2)利用動力定位系統定位鋪管船的位置，保證鋪管船沿鋪管方向距管端封頭有一個設定的回收距離。
5.根據權利要求1所述的深水S型海底管道鋪設過程中的棄管工藝，其特征在于所述第三步，棄管水下操作中，解開絞纜是在水下監控機器人的監控下由水下作業機器人進行。
6.一種深水S型海底管道鋪設過程中的收管工藝，其特征在于包括以下步驟 第一步，數據采集及作業位置確定；第二步，收管水下操作， (1)下放水下機器人；(2)收放絞車下放收放絞纜及管段封頭、管道至海底；(3)操作水下機器人將收放絞纜連接到管端封頭上； 第三步，收管水上操作，(1)動力定位移船至設定距離，同時保持收放絞車松弛；(2)增加收放絞車張力，直至達到設定的回收張力；(3)動力定位退船，收放絞車回收收放絞纜；(4)動力定位退船，管端封頭連接在托管架滾輪上；(5)當管端封頭到達船尾時，從法蘭保護器中移出標記的浮力材料；(6)動力定位繼續退船，直至管端封頭抵達張緊器前端；第四步，將收放絞車上海底管道的張力轉換到張緊器上，并拆除棄管設備。
7.根據權利要求6所述的深水S型海底管道鋪設過程中的收管工藝，其特征在于所述第一步，數據采集及作業位置確定采用以下步驟(1)利用GPS定位系統及調查數據定位管端封頭的位置；(2)利用動力定位系統定位鋪管船的位置，以保證鋪管船沿鋪管方向距收放封頭所設定的最小回收距離。
8.根據權利要求6所述的深水S型海底管道鋪設過程中的收管工藝，其特征在于所述第四步，張力轉換具體采用以下步驟(1)管端封頭到達張緊器后，起動張緊器，利用吊機將張力慢慢從收放絞車轉換到張緊器上；(2)回收收放絞車絞纜；(3)切割封頭，重新開始正常鋪設作業。
全文摘要
一種深水S型海底管道鋪設過程中的收棄管工藝，棄管工藝包括以下步驟一、棄管準備及棄管專用設備的連接；二、棄管水上操作；(1)將海底管道從張緊器上轉換張力到收放絞車上；(2)向前移船，海底管道脫離鋪管船到托管架上；(3)停止移船，下放管道到海床；(4)船倒退，回收絞纜到托管架的末端；三、棄管水下操作(1)退船，解開絞纜與管端封頭的連接；(2)管段封頭漂浮；(3)回收絞纜，直到托管架的末端超過絞纜及管端封頭；四、數據采集及作業位置確定。收管工藝與棄管工藝過程類似且相反。本發明可以在深水S型海底管道鋪設過程中進行回收與棄管工作，提高了深水回收與棄管工作效率，增強深水收棄管作業的安全性和可靠性。
文檔編號F16L1/18GK102454828SQ20101053014
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者任翠青, 王琮, 羅超, 趙冬巖, 金偉良, 龔順風 申請人:中國海洋石油總公司, 浙江大學, 海洋石油工程股份有限公司