[0001] 本发明涉及海底管道铺设领域，特别涉及一种深海轻型J型海底管道铺设系统。

[0002] 海底管道铺设系统是用于在海底铺设输送石油和天然气管道的工程。海洋管道包括海底油、气集输管道，干线管道和附属的增压平台，以及管道与平台连接的主管等部分。其作用是将海上油、气田所开采出来的石油或天然气汇集起来，输往系泊油船的单点系泊或输往陆上油、气库站。

[0003] 海洋油、气管道的输送工艺与陆上管道相同。海洋管道工程在海域中进行，工程施工的方法则与陆上管道线路工程不同。

[0004] 特别是针对J型海底管道铺设系统，其结构复杂，重量重且不便于安装，因此本领域技术人员亟待研究一种新型的J型海底管道铺设系统。

[0040] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

[0041] 现在将详细参考附图描述本发明的实施例。详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

[0042] 图1为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统的主视图。图2为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统的左视图。图3为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统的俯视图。

[0043] 如图1至图3所示，本发明公开了一种深海轻型J型海底管道铺设系统，其包括底座、塔架机构10、A/R系统20、管节水平运输机构和末端水下生产系统安装吊30。其中，塔架机构10安装在所述底座上。A/R系统20通过多个滑轮支架将A/R绞车21伸出的钢丝绳牵引塔架机构10。所述管节水平运输机构安装在所述底座上，末端水下生产系统安装吊30设置在塔架机构10的侧部，且末端水下生产系统安装吊30的远端与A/R绞车21连接。

[0044] 优选地，将塔架机构10与所述底座铰接，由爬升撑杆系统11支撑。进一步地，塔架机构10还包括内对中系统12和张力升降平台13，内对中系统12和张力升降平台13的缠绕钢丝绳滑轮支架设置在塔架机构10的顶部。

[0045] 在塔架基座上方设置工作站17，可以水平滑移，内部空间用于布置焊接、包覆、探伤、监控操控设备，施工人员活动秘籍区，站内管节与管束对接。

[0046] 进一步地，塔架机构10还包括塔架夹持14和装载臂俯仰绞车15，塔架夹持14安装在塔架机构10的中横梁上，装载臂俯仰绞车15安装在塔架机构10上，通过钢丝绳缠绕牵引装载臂16俯仰。

[0047] 所述管节水平运输机构包括多根步进梁40、固定纵向传输托辊41、升降式纵向传输托辊42，分别布置在装载臂16的一侧。

[0048] 图4为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统的船艉安装布置图。图5为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统的月池安装布置图。

[0049] 如图4所示，本发明深海轻型J型海底管道铺设系统安装在海工船舶尾部时采用模块化设计，海工船舶50装备有动力定位系统，可以适用于深海铺管应用，仅需要局部改造加强船舶与铺管系统的主体塔架系统的接口。

[0050] 如图5所示，同时本发明深海轻型J型海底管道铺设系统还可以安装在带有月池结构的海工船舶上。本系统要求船舶50安装具有起吊管节的甲板起重机51，甲板起重机51的主要任务是将管节从堆管区52转运至甲板水平运输机构。整机控制系统集成在专门设计的控制箱53，控制箱53预留船艏通讯接口。整机操控室54安装在边侧。根据铺管系统的布置位置调整甲板布局。

[0051] 图6为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中塔架俯仰机构布置图。

[0052] 如图6所示，塔架机构10还包括角度调节机构，所述角度调节机构采用油缸爬升驱动。本发明深海轻型J型海底管道铺设系统在铺管施工应用中，管束的入水角度同塔架的俯仰角度一致，角度的调节变化范围为1～110°，可以满足不同管径与水深的要求。

[0053] 特别地，所述角度调节机构包括上顶升机构60、顶升油缸63、下顶升机构62和爬升撑杆64，上顶升机构60与塔架机构10的塔架通过一铰点61连接，顶升油缸63的两端连接上顶升机构60和下顶升机构62，爬升撑杆64穿过上顶升机构60和下顶升机构62，爬升撑杆64通过另一铰点65与所述底座连接，连接各顶升机构的油缸插销锁住爬升撑杆64上的插销孔位。一端顶升机构60的插销锁住销孔，另一端插销拔出销孔，顶升油缸63收缩或伸出，爬升撑杆64动作带动塔架的角度变化。采用油缸爬升具有调节角度的优点，驱动力大，角度定位后锁销能耗小。

[0054] 图7为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中装载臂的布置图。

[0055] 如图7所示，所述管节水平运输机构包括多个夹持机构161和管节，夹持机构161设置在装载臂16上，并夹持所述管节，使得所述管节随装载臂16俯仰绞车俯仰。装载臂俯仰绞车15牵引钢丝绳缠绕151，管节随绞车俯仰，装载臂锚定162连锁装载臂16与塔架结构。所述管节水平运输机构还包括安全靴70，安全靴70安装在装载臂16的底部，用于防止管节滑移，防倾背拉绞车80衡张力的控制，防止装载臂16由于船舶运动惯性影响。

[0056] 图8为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中塔架系统的内部布置图。

[0057] 如图8所示，当所述管节转至塔架机构10内部时，外对中器90夹持管节100，装载臂16挟管张力转移外对中器90，装载臂16回水平位置。塔架夹持14约束管节100上部。内对中脐带缆绞车91收放脐带缆92，牵引内对中小车93。内对中小车93锚定，脐带缆92继续下放内对口器94下放到管节100与管束101焊接面，通过脐带缆92控制内对口器94起到对中管道对口面，满足焊接要求。外对中器90承载管节100重量，同时可在X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个自由度方向上调节管节，预对中调节作用。

[0058] 图9为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中管节与管束对接区域的布置图。图10为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中管线下放示意图。

[0059] 如图9和图10所示，在管道对接完毕后，焊接、包覆、NDT预处理工序在工作站17内实施，管节100与管束101的对接面在工作站内17，施工操作人员可方便施工，并清晰观察对接面请况。管束101受固定夹持102承载，管领固定夹持102铰接在托管架上。

[0060] 在管道焊接、包覆、NDT完毕后，管道下放，张力平台升降绞车110通过钢丝绳111绕过滑轮112牵引张力升降平台113(如图8所示)，升降夹持114夹持管道顶部，塔架系统对中辅助机构待机位置，管领固定夹持102打开，绞车110下放，铺管船移动，管道铺设。

[0061] 图11a为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统可换装的夹持模式的示意图一。图11b为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统可换装的夹持模式的示意图二。图11c为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统可换装的夹持模式的示意图三。

[0062] 本发明深海轻型J型海底管道铺设系统可以适用于多种夹持模式。如图11a所示，为单管领夹持模式，单管领120具有一个管领台阶，升降夹持114与固定夹持102在同一台阶面张力转换。如图11b所示，为双管领夹持模式，双管领130具有两个管领台阶，升降夹持114与固定夹持102在上下两台阶面张力转换。如图11c所示，为摩擦夹持模式，光管道依靠升降夹持114与固定夹持102与管道140间的摩擦力抵消张力。本发明系统可适合以上三种模式，系统预留空间和安装接口，可以根据施工方的要求更换夹持机构。

[0063] 图12为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中A/R操作区域的示意图。图13a为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中PLET(末端水下生产系统)安装吊系统的示意图一。图13b为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中PLET(末端水下生产系统)安装吊系统的示意图二。图14a为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中PLET(末端水下生产系统)安装操作的示意图一。图14b为本发明深海轻型J型海底管道铺设系统中PLET(末端水下生产系统)安装操作的示意图二。

[0064] 如图12至图14b所示，在铺管的末端阶段或突发海况条件下，需要弃管、收官操作。A/R绞车21固定在船体上，A/R钢丝绳211绕过A/R滑轮翻转支架22，翻转支架22油缸驱动俯仰，A/R操作过程中翻转支架搁置塔架横梁上，A/R锁具头23对中管道主线，管线封头24与管线25对焊，浮标锁具26绑扎，固定夹持102打开，管线下放海底，弃管流程如上所述，收官流程相反操作。

[0065] 本发明系统具备末端水下生产系统(PLET)安装的能力，即可在铺管过程的末端安装也可完成独立的安装作业，如图1所示，PLET安装吊30布置在塔架系统旁侧，其安装位置变更，公用A/R绞车21。如图13a和图13b所示，变幅油缸150驱动臂架151，管领夹持152夹持管线153。水下终端PLET160与管线153对接焊接，A/R钢丝绳211绕过顶部滑轮154起吊PLET160，管线153与PLET160的连接工序实现。

[0066] 如图14a和图14b所示，在铺管系统与水下生产系统配合流程中，此流程应用辅助结构三眼吊耳170，其一号吊眼孔连接管线153，其二号吊眼孔连接放管绳索171，三号吊眼孔谅解A/R钢丝绳211，张力升降平台牵引放管绳索171与A/R钢丝绳211之间转换管线153的张力，将管线153转移到管领夹持152，拆除锁具，割掉管线封头，执行管线与PLET的连接工序。

[0067] 根据上述结构描述可知，本发明应用了J型海底管道铺设概念，可实现管节的垂直或倾斜铺设，铺设管束只存在下弯段，减小管束在铺设过程的应力应变，同时降低铺管水平张力，降低船舶定位系统要求。

[0068] 当本发明安装在铺管船尾部或月池上方时，各主要执行机构安装在铺管塔上，管节在塔内完成与管束的焊接，通过铺管塔移动夹持机构控制管线张力，下放管线，铺管塔下固定夹持，保持管线静态位置，两套夹持机构的交替作用实现管线下放铺设。

[0069] 本发明深海轻型J型海底管道铺设系统可以铺设300m-1500m水深，管径范围6in～12in井口间短距离海底油气管道，同时可安装水下管汇、管道终端、水下隔离阀等水下设备。

[0070] 本发明深海轻型J型海底管道铺设系统利用海底管线J型铺设方法的概念引导下开发设计涵盖了整机系统设计、水下系统的安装系统和相关操作方法，可以实现模块化安装，安装母船局部加强改造即可安装投入使用。其可以直接应用单管领、双管领管节的铺设，同时也可更换升级摩擦张力夹持机构，实现无管领管节的铺设，预留安装空间。

[0071] 另外，本发明深海轻型J型海底管道铺设系统只布置一个综合工作站，站内完成焊接、NDT、包覆预处理环节。工作站利用齿轮齿条捏合驱动，可实现水平前后运动。目的配合塔架倾转角度改变焊接点位置，利于预处理施工。工作站顶棚和地板可通过油缸驱动开闭，目的使管领升降机构进入工作站内部，上下管领夹持机构的交替区域在工作站内部。

[0072] 本发明实现管束大角度的入水角或趋近于垂直状态，管束入水角和塔尖俯仰角度一致，通过塔架两侧的液压俯仰爬升机构控制，省去了常见的庞大常见托管架结构，仅在塔架根部安装较短的托管架控制管束偏移。

[0073] 本发明含有两台管领张力夹持机构，一台安装在塔架结构上部的可升降管领夹持机构，通过升降绞车实现上下往复运动，升降管领夹持机构夹持管节头部，管束下放或回收，一台安装在托管架顶端的固定管领夹持机构，每台管领夹持机构均可实现打开合拢，用于抱紧、松开管领。通过上管领夹持机构的上下往复运动，固定夹持机构的打开合拢，实现管束的铺设。

[0074] 本系统可实现管节与管束的内外对中，外对中设备安装装在工作站顶部的轨道梁上，外对中器可实现6自由度的调节，大大提高管线的焊接质量，除了外对中器以外，还有内对口器，通过安装在塔架顶部的脐带缆绞车，收放对口器，通过电控、气动驱动对口器。

[0075] 本发明中包括的一台A/R绞车，可以安装在甲板上或船舱内部，通过布置在塔架和甲板上的导向滑轮组牵引钢丝绳至管束中心，末端滑轮支架通过变幅油缸控制，可实现90°翻转，给正常铺管预留足够空间。为满足水下系统安装，系统设计包括一台PLET安装吊，安装吊可以塔架系统配合完成同一工程的管线和终端安装工作，也可独立完成独立的终端安装项目，为满足安装吊施工，对PLET的外形、重量有一定要求。

[0076] 综上所述，本发明深海轻型J型海底管道铺设系统设置为轻型化，可以控制整机重量、尺寸，适合安装现有的多种海洋工程船舶。其实现了模块化，便于安装，减少对安装母船的改造，可实现铰接安装或法兰安装。此外，所述深海轻型J型海底管道铺设系统更加地多功能化，可完成海底管道铺设、具备A/R功能，可安装PLET(末端水下生产系统)等水下设施。

[0077] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。