专利名称:用于牵引水下管线的方法、系统和设备的利记博彩app
技术领域:
本发明涉及用于牵引水下管线的方法、系统和设备。
背景技术:
在石油工业中,已知通过将预制“串(strings)”从生产现场牵引至最终目的地来形成水下管线段的方法和相关设备的使用。在各种各样的可行方法之中,所谓的“离底牵引”被认为是最广泛使用的。管线通过稍微高于海底运送来进行牵引。沿管线布置有特定的浮子,以保证稍微为正的浮力,而对应于浮子布置有链条节,例如,如US-4,011,729所述。链条允许关于悬浮段的长度补偿浮力,所以管道具有中性布局(neutral layout)。由于链条的长度,可以补偿管道在水中重量的不确定性,从而可以补偿浮子的浮力。因为管道没有沿着海底拖曳,所以对其前进没有阻力。这只是由于搁在海底上的链条段的缘故(其长度事先不能精确限定)。虽然使用了这种方法,但是其具有很多缺陷,其中当存在横向水流时,由于链条带来的限制横向阻力,管道可能会偏离路线。面临该问题,例如US-4,107,933和US-4,138,853,提出使用链条的各种布局和/或机械漂移,以增加横向刚性。然而,在其它情况下,可能不能接受存在这样的链条(管线有效重量的过多不确定性、链条在海底上的过大摩擦、极其长的串,都导致拖曳链条段在海底产生实际的沟槽)。替换方法是,将管道保持在半浸没位置,即直接搁在海底上,但带有减轻的重量。在这种情况下,可以使用受控制浮力浮子例如,US421529描述了一种充气浮子,其能够根据深度保持恒定浮力,即可以根据需要并参考深度改变浮力。可以使用固定式和移动式浮力充气浮子的组合。
管线重量以及海底性质和构造的不确定性使得难以事先建立要使用的设备(浮子和链条)的特征和牵引期间的性能(对纵拉的阻力过大,侧向阻力不足)。由于周围状况的变化性,难以控制用于极其长的串(几千米)的设备(可变浮子的浮力、漂移的阻力)。
发明内容
针对已知技术中的问题,我们提出的解决方案是基于管线相对于海底而非深度的构造的几何控制。
本发明的目的,即借助于用于拉动的前拖船和用于反向拉动的后拖船来牵引水下管线的方法,其特征在于,基本上利用连接于管线本身的一套设备起作用,所述一套设备大体上包含浮子,其中至少一部分浮子具有可变浮力或部分可变浮力,当浮子以预定间隔放置在预定位置时,浮子对管线提供与离开海底的距离有关的分级浮力,以便获得管线的“花彩”构造,即对应于浮子的管线悬浮段与搁置段交替布置。
管线的重量减少(由于浮子的浮力)和几何尺寸(花彩,其导致摩擦力的相继变动)的不变加倍有利于拉动操作。纵向和横向摩擦力的大小具有相同的数量级,因而,管线在横向上是稳固的。
更具体地说,依照本发明的方法可以包括以下步骤·借助于与管线本身连接的所述一套设备,沿竖直方向在管线的预定点上生成带有升降效果的至少部分可变的浮力,每个所述设备基本上由可变或部分可变浮力浮子构成,浮子的下基底至少部分地敞开,以充当空气“喇叭口”,所述浮子具有用于供给空气的喷嘴;适用于排气的致动器,所述致动器由在所述浮子内部与外部之间提供连通的管道或管段构成,所述致动器带有固定出口嘴和入口嘴,位于所述浮子内部,所述浮力受单个入口嘴的摆动的影响,所述摆动由根据所述管线离开海底的距离而移动入口嘴的机构来触发,这样,所述距离增加时,所述嘴上升,而所述距离减小时,所述嘴下降,从而获得所希望的管线“花彩”构造。
·借助于与管线连接的至少一个前拖船,沿纵向方向拉动要牵引的管线,以及借助于与管线连接的另一个后拖船反向拉动管线。
在该方法中没有使用链条,但是管线本身直接与地面接触。
控制纯粹是几何的预先设定离地高度,低于该离地高度,浮子的浮力自动增大,高于该离地高度,浮力自动减小。用结构计算,预先建立离地高度,以允许参照纵向拉动极限,来设立浮力变化系统。该阈值无须精确计算,但是其足够能识别其数量级和基准数据。
所希望的花彩效果具有下列优点它使管道保持部分地接触海底,改善了侧向稳定性,由于渐进的摩擦力移动效果,减少了纵向运动所必需的拉力,在纵向拉力的作用下移动之前,管道的各个跨距将受到竖直方向的波动,允许搁置在海底上的管段渐进地分离,管段与海底的摩擦将从第一分离的静摩擦状态变化至动摩擦的更加有利状态(较少),不需要像非花彩构造一样移动管道的整个长度。虽然浮力变化的控制在拉动期间仍然能起作用,但是,一旦已经静态地获得所希望的构造,所述浮力变化性就将自动撤销。本发明另一个目的涉及用于牵引水下管线的系统,该系统基本上包括·至少一个前拖船,其借助于拉头连接于所述管线,用于拉动所述管线;·至少一个后拖船,其借助于拉头连接于所述管线,用于反向拉动所述管线;·一套设备,其连接于管线本身,所述设备基本上由可变或部分可变浮力浮子构成,浮子的下基底至少部分地敞开,以充当空气”喇叭口”,其具有用于供给空气的喷嘴;适用于排气的致动器,所述致动器由在所述浮子内部与外部之间提供连通的管道或管段构成,所述致动器带有固定出口嘴和入口嘴,位于所述浮子内部,所述入口嘴由根据所述管线离开底部的距离而移动浮子的机构来触发;·前或后拖船或舟上的空气压缩机;·可以进一步包括固定浮力浮子。
本发明另一个目的涉及设备(A),其可以用于如上所述用于牵引水下管线的方法或系统,所述设备(A)包括·带有水平轴线或竖直轴线的棱柱形式的浮子(G),所述浮子(G)具有可变或部分可变的浮力,浮子(G)的下基底至少部分地敞开,以充当空气”喇叭口”,具有·至少一个喷嘴(U),通过所述喷嘴(U)供给空气;·适用于排气的致动器(B),所述致动器(B)由在所述浮子(G)内部与外部之间提供连通的管道或管段构成,所述致动器(B)带有固定出口嘴(Bu)和入口嘴(Bi),位于所述浮子内部,在预定最小位置至预定最大位置之间进行可变高度摆动;·用于将所述设备连接于所述管线的装置;·用于将空气传递至所述浮子的装置;·用于根据管道本身离开底部的距离来触发和/或定位所述入口嘴的装置。
所述浮子可由金属、塑料材料和/或复合材料制成,其在环境压力下优选充填压缩空气。
当浮子在下基底至少部分地敞开以充当空气”喇叭口”的时候,浮子的外壳和结构仅仅适合于抵抗对应于海底的很小的过压。
这意味着,通过排除水的内部空气体积保证浮力。在结构上,浮子自然构思为用于将浮力传递给借助于索缆或带状物或其它连接件连接的管线。浮子本身的结构和连接浮子(以及快速分离浮子)的装置是那些通常用于固定浮力浮子的结构和装置。
虽然嘴的触发和离开海底的距离测量一样以很多方式实现,而且采用电子仪器的话,准确度较高,但是,最好使用机械式触发,特别是借助于连接底部与嘴的简单杠杆机构。
在替换实施例中,当杠杆机构达到阈值时,杠杆机构被阻碍,这样,在明确的状态下进行拉动操作。
另一个替换实施例设计了另一空气喷嘴,其具有比前述喷嘴更大的开口,所述空气喷嘴在浮子下降运动的单独状态下由同样的机构触发,以便具有更大的气流。
在另一个实施例中,两个喷嘴整合在具有可变通道(用于维修以及带有用于快速介入的大开口)的单个喷嘴中。
对于入口嘴的高度变化,可以用伸缩管道或软管通过开拓其整个长度以允许摆动来获得。
在浮子顶部可以任选地设置用于致动以快速排空的排气阀,这也是已知的。
通过与连接于地面压缩机的一个或多个压缩空气软管连接的连接件保证空气进给。
如上所述,浮子可以调节与离开海底的距离有关的内部夹带空气的排放水位为了安全目的,持续(或高频间断)供给空气,该供给借助于优选小的通道喷嘴进行;借助于其嘴位于由一定水位上的浮子形成的壳体内部的管道起作用的排气抽出过量空气,由此建立剩余空气的有效体积以及浮子的有效浮力。
该嘴的范围可以覆盖浮子(其为可变浮力式浮子)的高度,或者只覆盖该高度的一部分(下部分),因此,浮子具有部分可变浮力。嘴由根据离开海底的距离而移动所述嘴的机构来触发(当浮子远离海底时,嘴上升,当浮子靠近海底时,该嘴下降)。调节优选在某一距离阈值起作用,高于该距离阈值,嘴上升,以减少浮力,或者,相反运动,高于该距离阈值时,嘴下降,以增大浮力。这样起到的效果是,当浮子下的跨距高度(花彩)增大时,倾向于减少浮力,反之亦然。这保证形成花彩,在安全方面,确保管线决不会到达吃水线。
参照图1、2和3,下面将描述本发明的实施例。
图1表示依照本发明连接于管线(C)的设备(A),其中f(高度)是管线(C)离开海底(F)的距离。
该设备(A)包括在下部至少部分地敞开的棱柱形浮子(G);连接于压缩机的管道(T),以便通过喷嘴(U)向浮子充填空气;用于排气的管道(B),管道(B)设置有入口嘴(Bi)和出口嘴(Bu);入口嘴的致动杠杆机构(L)。
还描绘了固定浮力水平线(ls)和可变浮力摆幅(e)。
图2表示图1的设备(A),所述设备(A)还具有另一个空气喷嘴(W),所述空气喷嘴(W)在浮子处于下降运动的单独状态下由同样的机构(L)触发。
图3示意性显示了依照本发明的系统。
具体实施例方式
前拖船R借助于牵引索缆(N)拉动管线(C)。依照本发明,设备(A)的各个件在某些点连接于管线,各个件由安装在前拖船(R)上的压缩机(P)充填空气。(f)还表示花彩高度,即设备适用的管道的某个点离开海底(F)的距离。
现在提供一个例子,以便更好地解释本发明。
例子考虑特别长的钢管,其具有几千米、例如10km长的长度,并带有一定的直径、例如14″和一定的厚度、例如14mm。在上述预制和铺设操作之后,将管线搁置在海底上,该管道必需转移到另一个明确地点。所述管线具有混凝土涂层,以使其加重,以便在最终地点稳固管线。管线在水中具有一定的净重,例如250kg/m。考虑与海底的一定摩擦系数,例如具有数值1。考虑由于各种不确定性(钢厚度、水泥厚度、混凝土组成、吸水性)引起的一定重量公差,例如±4%,由此产生±10kg/m的变化。为使拖船的拉动在可接受程度下,最好低于某一阈值进行操作,例如200吨。结果是,就在此所提出的情况来说,相对于10km长、摩擦系数为1,等效线性重量必需为20kg/m,减轻管道的等效浮力为230kg/m。该问题由于水中的重量公差而产生,事先不可确定,这导致有效线性重量从10kg/m到30kg/m波动。在第一种情况下,存在太靠近中性管道、甚至浮起状态的危险,然而,由于横向水流的缘故,使管线的侧向稳定性受牵连。在第二种情况下,由于需要过大的拉力,存在不能将管道串拉动至最终位置的危险。
浮子依照本发明图1所示类型布置在管线中,距离为48m,浮力大约为11吨,可获得高度为几十厘米数量级的花彩,阈值可以相应地定为20cm。在这种情况下,浮力的变化可以是±2000kg。
该浮力变化可通过向浮子充填空气、通过引入或排出空气来获得,空气通过一个或多个与拖船或舟上的压缩机相连的合适管道供给。
设计前拖船,其利用牵引索缆以及用于将空气送至浮子(为了安全,通常设置2个)的管道,拉动管线并且与管线相连,管线本身(配备有拉头)上安装有可变浮力浮子,或者固定浮力浮子(有或者没有空气),用于反向拉动的后拖船,其连接于管线(用另一个拉头),以及可能连接于空气管道,选择性地配备有压缩机。
权利要求
1.一种借助于用于拖拉的前拖船和用于反向拖拉的后拖船来牵引水下管线的方法,其特征在于,所述方法利用连接于管线本身的一套设备加以实施,所述一套设备大体上包含浮子,其中至少一部分浮子具有可变浮力或部分可变浮力,当浮子以预定间隔放置在预定位置时,浮子对管线提供与离开海底的距离有关的分级浮力,以便获得管线的“花彩”构造,即对应于浮子的管线悬浮段与搁置段交替布置。
2.如权利要求1所述的用于牵引水下管线的方法,其包括下列步骤·借助于与管线本身连接的所述一套设备,沿竖直方向在管线的预定点上产生带有升降效果的至少部分可变的浮力,每个所述设备基本上由可变或部分可变浮力浮子构成,浮子的下基底至少部分地敞开,以充当空气”喇叭口”,所述浮子具有用于供给空气的喷嘴;用于排气的适合的致动器,所述致动器由在所述浮子内部与外部之间提供连通的管道或管段构成,所述致动器带有固定的出口嘴和入口嘴,位于所述浮子内部,所述浮力受单个入口嘴的摆动的影响,所述摆动由根据所述管线离开海底的距离而移动入口嘴的机构来触发,这样,当所述距离增加时,所述嘴上升,而当所述距离减小时,所述嘴下降,从而获得所希望的管线“花彩”构造,·借助于与管线连接的至少一个前拖船,沿纵向方向拉动要牵引的管线,以及借助于与管线连接的另一个后拖船反向拉动管线。
3.一种用于牵引水下管线的系统,包括·至少一个前拖船,其借助于拉头连接于所述管线,用于拉动所述管线;·至少一个后拖船,其借助于拉头连接于所述管线,用于反向拉动所述管线;·一套设备,其连接于管线本身,所述设备基本上由可变或部分可变浮力浮子构成,浮子的下基底至少部分地敞开,以充当空气”喇叭口”,所述浮子具有用于供给空气的喷嘴;用于排气的适合的致动器,所述致动器由在所述浮子内部与外部之间提供连通的管道或管段构成,所述致动器带有固定的出口嘴和入口嘴,位于所述浮子内部,所述入口嘴由根据所述管线离开海底的距离而移动入口嘴的机构来触发;·前或后拖船或舟上的空气压缩机;·可以进一步包括固定浮力浮子。
4.一种用于牵引水下管线的设备(A),包括·带有水平轴线或竖直轴线的棱柱形式的浮子(G),所述浮子(G)具有可变或部分可变的浮力,浮子(G)的下基底至少部分地敞开,以充当空气”喇叭口”,该浮子具有·至少一个喷嘴(U),通过所述喷嘴(U)供给空气;·用于排气的适合的致动器(B),所述致动器(B)由在所述浮子(G)内部与外部之间提供连通的管道或管段构成,所述致动器(B)带有固定的出口嘴(Bu)和入口嘴(Bi),位于所述浮子内部,在预定最小位置和预定最大位置之间进行可变高度摆动;·用于将所述设备连接于所述管线的装置;·用于将空气传递至所述浮子的装置;·用于关于管道本身离开海底的距离来触发和/或定位所述入口嘴的装置。
5.如权利要求4所述的设备,其中,用于触发入口嘴的装置为机械式装置。
6.如权利要求5所述的设备,其中,用于触发入口嘴的机械式装置实质上为连接海底与入口嘴的杠杆机构。
7.如权利要求4所述的设备,其中,浮子由金属、塑料材料和/或复合材料制成。
8.如权利要求4所述的设备,其中,具有用于供给空气的附加喷嘴,所述附加喷嘴仅在浮子处于下降运动的状态下被触发。
全文摘要
借助于用于拖拉的前拖船(R)和用于反向拖拉的后拖船来牵引水下管线的方法,其特征在于,利用连接于管线(C)本身的一套设备(A)加以实施,所述一套设备(A)大体上包含浮子(G),其中至少一部分浮子(G)具有可变浮力或部分可变浮力,当浮子(G)以预定间隔放置在预定位置时,浮子(G)对管线提供与离开海底(F)的距离(f)有关的分级浮力,以便获得管线的“花彩”构造,即对应于浮子的管线悬浮段与搁置段交替布置。
文档编号F16L1/24GK101036015SQ200580033686
公开日2007年9月12日 申请日期2005年7月14日 优先权日2004年10月25日
发明者U·焦万尼尼, A·帕塞里尼, V·布雷贡齐奥 申请人:塞彭公司