管狀構(gòu)件的移動系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分特征的用于移動船上管狀構(gòu)件的移動系統(tǒng)。
[0002]本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求40-42的特征的船。
[0003]本發(fā)明同時還涉及根據(jù)權(quán)利要求43前序部分特征的移動管狀構(gòu)件的方法。
[0004]定義:
[0005]在本說明書和所附權(quán)利要求中，如下術(shù)語必須按照下面給出的定義理解。
[0006]在本說明書和所附權(quán)利要求中，通用術(shù)語“船舶(vessel) ”應(yīng)指船、艇、鉆井裝置、一般指浮動結(jié)構(gòu)和具體指浮式鉆井船、半潛式鉆井裝置。
[0007]在本說明書和所附權(quán)利要求中，通用術(shù)語“管狀構(gòu)件”系指適合通過管道敷設(shè)船(pipe-laying vessels)鋪設(shè)在海底上的實際管路，或者是所謂“立管”，這些立管是指適合依次相互固定的管狀構(gòu)件，以形成在船和海底之間以及在水下鉆井的鉆井管道。
現(xiàn)有技術(shù)
[0008]在適合用于石油鉆探的船舶生產(chǎn)領(lǐng)域，根據(jù)鉆井要求，將船舶與海底相連的垂直管道發(fā)揮著主要作用。所述垂直管道由稱之為“立管”(riser)的構(gòu)件組成，這些立管都是管狀構(gòu)件，形成了海底控制閥和船舶之間連接的垂直或懸鏈線(catenary)管道，所述控制閥通常稱之為Β0Ρ(防噴器(blow out preventer))。立管通常為法蘭連接的管狀構(gòu)件，其由主孔和多個輔助管線構(gòu)成，除了推動插裝在立管本身結(jié)構(gòu)周圍的浮動構(gòu)件外，還可用來供控制流體流動。例如，輔助管線可包括泥漿輸入管線(壓井管線(kill line))、恢復(fù)管線(阻流管線(choke line))、兩個與控制閥的控制相關(guān)的管線、栗送管線(增壓管線(boosterline))。
[0009]本發(fā)明一般涉及船上存放區(qū)管狀構(gòu)件移動和管狀構(gòu)件的操縱裝置。特別是，本發(fā)明涉及立管從船上存放區(qū)向井架的移動。然而，很顯然，本發(fā)明并不限于立管的單個特定用途，而且，一般適合于在諸如管道敷設(shè)船(pipe-laying ships)上的通用管狀構(gòu)件的移動。
[0010]立管或管狀構(gòu)件的長度范圍可在22-27m之間，主孔的直徑范圍在530-540mm之間，但是很顯然，根據(jù)本說明書，本發(fā)明適應(yīng)于一般的管狀構(gòu)件，并不限定于所述尺寸。除了立管，還有另一些構(gòu)件，稱之為“推進模塊(pushing modules) ”，其功能是降低單個立管在水中的重量。立管的重量在20-40噸之間。立管按各種聯(lián)接方式彼此連接，這些聯(lián)接方式在本發(fā)明中為人們所熟知。
[0011 ] 每個“立管”都是精細元件，必須進行恰當?shù)囊苿?。在從存放區(qū)，特別是船上甲板存放區(qū)或貨倉內(nèi)取出時，必須特別小心。此外，為了將立管送到井架處，以便將其連接到已經(jīng)定位好的立管的垂直管道上，在船上甲板上對立管的移動階段也要非常小心。立管一旦彼此連接而形成垂直管道后，則會構(gòu)成船舶探測平面和置于海底控制閥之間的連接，后者通常稱之為“防噴器”。在鉆探作業(yè)期間，鉆桿會落下進入立管內(nèi)。為了進行鉆探，會使用一些鉆探液，鉆探液是被加壓栗入空心的鉆桿內(nèi)。通常，鉆液是由鉆井泥漿(drilling sludge)構(gòu)成，特別是經(jīng)過添加各種添加劑以改變其物理特性制備后的鉆井泥漿。鉆井泥漿經(jīng)由鉆桿，自鉆頭處向水面栗出，向上回到水面，在此處進行處理以便循環(huán)并再次栗入井中。在上升期間，一旦到達置于海底的控制閥處，泥漿就會流過立管主孔和落入立柱內(nèi)的鉆桿之間的空腔返回到鉆井裝置。實際上，這是立管的主要功能，即，形成一個供鉆井泥漿從海底升到鉆井裝置的“氣密”通道。
[0012]管狀構(gòu)件或立管通常存放在船上的封閉貨倉或甲板上。
[0013]在現(xiàn)有技術(shù)的方案中，管狀構(gòu)件或立管是存放在封閉貨倉內(nèi)，管狀構(gòu)件的移動依靠的是橋式起重機，橋式起重機從存放管垛處取出管狀構(gòu)件并送到移動設(shè)備處，后者接著將它們送往船上甲板。
[0014]在現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中，管狀構(gòu)件或立管存放在船上甲板上時，第一移動階段是通過橋式起重機或移動式起重機來進行。
[0015]一旦立管取出階段完成，必須移動立管，以便將其鋪設(shè)到通常稱之為“貓道(catwalk) ”的轉(zhuǎn)運設(shè)備上，這是一種轉(zhuǎn)運車(trolley)，可以將立管送入到井架內(nèi)，在這里將每個管狀構(gòu)件或立管從基本水平狀態(tài)變成基本豎直狀態(tài)，從而將其連接到此前已安裝的系列立管上，形成垂直管道，一直伸向海底，在海底對被各個控制閥封閉的鉆井進行挖掘。
[0016]例如，石油鉆井用船舶都必須能夠在很深的海底作業(yè)，“很深”是指海洋深度在3000-4000米，但本發(fā)明并不限于此深度。例如，對于大約3700米的深度，所用立管長度為27.5米時，在對立管本身的鋪設(shè)階段和將立管從鉆井向存放區(qū)移動的復(fù)原階段必須移動大約135根立管。
[0017]例如，一些現(xiàn)有技術(shù)的方案，例如W0 2010/000745中所介紹的方案，提供了根據(jù)存放布局來存放管狀構(gòu)件的方法，其中，管狀構(gòu)件垂直存放在貨艙內(nèi)，即管狀構(gòu)件的縱向延伸軸線垂直位于貨艙內(nèi)部。這種方案，除了必須要求使用升降起重機(其存在上述有關(guān)操縱懸吊貨物(suspended loads)的風險和危險問題)外，還要求貨艙底部改裝以安裝立管底部支架，而這些底部支架在還例如要操作不同立管時，還必須更換。此外，在這些方案中，因為立管垂直存放，從貨艙取出立管時，需要將其提起以使其整個縱向延伸越過船甲板，以便立管的下端從貨艙中完全出來。如果考慮立管的長度(甚至幾乎達到30米)和其重量(在20-40噸范圍內(nèi))，此外，立管還必須通過甲板起重機提升放到處于深海中的船上，這種作業(yè)是相當危險的。
[0018]其它的現(xiàn)有技術(shù)方案還提供了根據(jù)一種布局將立管存放在船上貨艙內(nèi)部的存放方法，在該種布局中，立管或管狀構(gòu)件的縱向延伸軸線基本為水平放置。然而，在這些方案中，從貨艙內(nèi)部向甲板移動是通過貨艙內(nèi)的橋式起重機來進行的，這會占用貨艙內(nèi)部相當大的可用空間，而這些空間是可以用來存放其它立管的。實際上，安裝在內(nèi)部的橋式起重機在高度上以及在長度和寬度上會占用很大空間，因為它們必須能夠沿貨艙整個容積來移動。此外，也存在前面所述的有關(guān)操縱懸吊貨物的風險和危險的問題。在該類型的其它方案中，貨艙基本上不使用橋式起重機，而把橋式起重機安裝在貨倉上部和外部，也就是說，安裝在船的甲板上。然而，在這些方案中，貨艙必須帶有相當寬的孔口，以確保外部橋式起重機能進入貨艙各個區(qū)域以取出和移動立管。這種方案除了需要巨大的貨艙孔口外還會遇到前面所述有關(guān)操縱懸吊貨物的風險和危險問題。此外，因為需要貨艙巨大孔口供貨艙外部橋式起重機的進出，貨艙內(nèi)的貨物以及操作手都會被置于露天下。
[0019]現(xiàn)有技術(shù)存在的問題
[0020]現(xiàn)有技術(shù)方案存在各種各樣的問題，這些方案涉及到將管狀構(gòu)件從存放區(qū)移動和運送到轉(zhuǎn)運設(shè)備處，由轉(zhuǎn)運設(shè)備再將其送到井架。
[0021]首先，在現(xiàn)有技術(shù)方案中，管狀構(gòu)件或立管存放在封閉的貨艙內(nèi)，管狀構(gòu)件的移動靠橋式起重機，這存在懸掛在船上方的貨物移動的安全問題和船舶貨艙內(nèi)可用空間的有效利用問題。實際上，布置在貨艙內(nèi)的橋式起重機占用了貨艙整個長度上的很大空間，而這個空間本來是計劃用來供橋式起重機在管狀構(gòu)件垛的上方移動的，是實際上用于存放的未使用空間。
[0022]此外，管狀構(gòu)件因為非常沉重，移動時采用帶有懸掛鋼纜或剛性構(gòu)件的橋式起重機，這使得管狀構(gòu)件會受到撞擊，這會損壞構(gòu)件密封性或連接性能。
[0023]此外，移動過程由控制橋式起重機或轉(zhuǎn)運起重機的操作手手動操縱，而沒有采用自動化程序。另外，處在控制區(qū)內(nèi)的操作手也將其自身暴露于可能的危險之中。
[0024]此外，這種方法的自動化程度低也常常是在操作手換班時出現(xiàn)的一個嚴重問題。實際上，在大約6個月后，操作手會由新人替代，新人操作能力的下降也會使得鋪設(shè)管狀構(gòu)件的操作隨之放慢。
[0025]此外，現(xiàn)有技術(shù)方案也使得管狀構(gòu)件在取出前的檢查階段很難實施。
[0026]此外，現(xiàn)有技術(shù)方案由于是在船的貨艙內(nèi)裝配橋式起重機，因而必須要求在船舶建造過程中安裝橋式起重機。這是因為必須在貨艙本身在用各自的封閉穹頂封閉其上部之前，將橋式起重機安裝在貨艙內(nèi)部，該封閉穹頂用于構(gòu)成船甲板。在貨艙被最后封閉前，在船下水前，橋式起重機始終處于露天之下會受到損壞，這會影響其性能。
[0027]總之，就立管而言，還必須考慮在存放區(qū)內(nèi)根據(jù)每個立管使用深度而存放不同類型的立管。因此，在將立管裝到船上和將其卸下的操作過程中，操作手遵循正確的裝載和卸下順序是非常重要的，這樣就可以防止適合在淺水深度作業(yè)的立管被取出安裝在較深深度。目前，選擇需要取出的立管及其裝載作業(yè)都是由操作手手動進行的，從外部環(huán)境來看，這些過程都有可能出現(xiàn)誤操作從而帶來嚴重后果?；蛘?，無論如何也會放慢立管取出或裝載作業(yè)速度。
[0028]現(xiàn)有技術(shù)方案的進一步缺陷是，從船舶設(shè)計階段，而且在船舶舾裝階段，且甚至在各個設(shè)備本身的使用階段，管狀構(gòu)件的移動中所涉及的所有設(shè)備通常都被認為是獨立進行的。實際上是缺少一種將各種系統(tǒng)整合成一個的單一移動系統(tǒng)，也即，無論就鉆井用立管形式的管狀構(gòu)件而言，還是針對由管道敷設(shè)船在海底鋪設(shè)的管道形式的管狀構(gòu)件而言，這種系統(tǒng)都可使管狀構(gòu)件沿其移動路徑從存放區(qū)一直到進行鋪設(shè)的機器處實現(xiàn)導(dǎo)向、安全和可靠移動。
[0029]管狀構(gòu)件，特別是立管的移動，常常會因為多種必需作業(yè)和涉及的多種機器而很復(fù)雜，這些機器不能彼此協(xié)調(diào)或集成，而且必須由一個操作手手動控制，存在與移動錯誤、懸吊貨物掉落、撞擊、損壞等有關(guān)的所有風險。
[0030]如前所述，立管根據(jù)其適于操作的深度并不是都是相似的，而且彼此不同。結(jié)果，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的缺陷是，立管的裝載和取出常常是由操作手手動進行，由操作手確定裝載順序。負責裝載的操作手的失誤可能導(dǎo)致在隨后的鋪設(shè)階段的延遲。例如，適合在較深深度使用的立管(必須早于其它立管被取出)已經(jīng)被裝載到了底部支架上，而位于一系列適合在較淺深度使用的立管(必須最后取出)之下。此外，如果負責鋪設(shè)的操作手并未注意到該錯誤，他們可能會在較深的深度上鋪設(shè)不適合在這個深度使用的立管，所出現(xiàn)的斷裂風險會引起無法彌補的環(huán)境破壞并會危及操作手的安全。
[0031]發(fā)明目的
[0032]本發(fā)明的目的是提供一種改進的用于將管狀構(gòu)件從船的貨艙移動到船甲板上的移動設(shè)備和方法。
[0033]本發(fā)明的再一個目的是提供一種改進的用于在船甲板上移動管狀構(gòu)件的升降設(shè)備和方法，以便將管狀構(gòu)件移動到轉(zhuǎn)運設(shè)備上，后者再將管狀構(gòu)件送到井架上。
[0034]發(fā)明概念
[0035]該發(fā)明目的由獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求代表了有利的解決方案。
[0036]本發(fā)明的有利效果
[0037]根據(jù)本發(fā)明的方案，通過顯著的創(chuàng)造性貢獻，該創(chuàng)造性貢獻的效果形成直接重要的技術(shù)進步，因此具有各種優(yōu)點。
[0038]有利的是，根據(jù)本發(fā)明的方案可以最有效地使用貨艙內(nèi)部存放管狀構(gòu)件的可用空間，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，無疑可獲得更有利的貨艙存放系數(shù)。這樣，既可以在同一艘船上裝載大量管狀構(gòu)件，也可以設(shè)計成較小船舶，但可裝載同等數(shù)量的管狀構(gòu)件，在船舶建造階段和船舶使用期間都能最終獲得經(jīng)濟效益。
[0039]—般來講，根據(jù)本發(fā)明的解決方案可以省去傳統(tǒng)的提升構(gòu)件，這些提升構(gòu)件一般由橋式起重機、貨艙升降機和甲板起重機組成，取而代之的是更有效和更安全的裝置，能夠確保管狀構(gòu)件或立管在最大安全情況下移動。此外，可實現(xiàn)管狀構(gòu)件移動過程的高度自動化。此外，最大限度地減少了各種不同機器之間管狀構(gòu)件或立管的轉(zhuǎn)運數(shù)量。
[0040]關(guān)于本發(fā)明的移動設(shè)備，該設(shè)備可移動船舶貨艙內(nèi)部的管狀構(gòu)件或立管，根據(jù)本發(fā)明的方案可以解決有關(guān)懸吊貨物的安全問題，因為根據(jù)本發(fā)明的方案可以使管狀構(gòu)件在傳動裝置上在鎖緊狀態(tài)下移動，消除了懸吊貨物出現(xiàn)的所有情況。這是再一個有利之處，因為防止了碰撞，后者會損壞管狀構(gòu)件。再一個有利之處是，根據(jù)本發(fā)明的方案還可以使轉(zhuǎn)運階段以及貨艙裝載階段完全自動化，這樣，操作手不再必須手動操縱傳動裝置，降低了失誤的可能性并減少了操作手暴露于危險環(huán)境下。此外，在操作手換班時，根據(jù)本發(fā)明的方案還可保持高標準的操作效能。此外，根據(jù)本發(fā)明的方案方便了管狀構(gòu)件在從存放管垛上取出前的檢查，同時，也可非常精確而自動地了解存放管垛內(nèi)各種類型管狀構(gòu)件或立管的位置。此外，根據(jù)本發(fā)明的方案可以對在現(xiàn)有船上管狀構(gòu)件移動設(shè)備的裝配，另外，在船下水后，防止移動設(shè)備長時間處于露天環(huán)境下。
[0041]關(guān)于本發(fā)明的升降設(shè)備，該升降設(shè)備可在船甲板上移動管狀構(gòu)件或立管，根據(jù)本發(fā)明的方案可在甲板上進行管狀構(gòu)件或立管的移動，無需使用船上起重機，因此，完全消除了懸吊貨物，有利于人員安全并可防止立管遭受任何可能的損壞。再一個有利之處是防止了碰撞，而這種碰撞會損壞管狀構(gòu)件。此外，有利的是，在管狀構(gòu)件或立管持續(xù)鎖定情況下，在貨艙內(nèi)部或甲板上的取出位置和向轉(zhuǎn)運設(shè)備的卸載位置之間，一次操作就可實現(xiàn)有效轉(zhuǎn)運管狀構(gòu)件或立管。
[0042]有利的是，根據(jù)本發(fā)明的方案可以獲得一種適用于管狀構(gòu)件的移動系統(tǒng)，在存放區(qū)內(nèi)部管狀構(gòu)件裝載階段和在管狀構(gòu)件鋪設(shè)期間，該系統(tǒng)能夠自動操縱管狀構(gòu)件本身的整個移動。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)也可只有一個用途，提供管狀構(gòu)件的整體操縱和移動鏈，有利于系統(tǒng)各個部分的相互整合和有利于管狀構(gòu)件本身有效而安全的移動。
[0043]有利的是，一旦船舶建造接近完工時，根據(jù)本發(fā)明的方案可以安裝在船上，這樣，避免移動系統(tǒng)的各個設(shè)備和裝置在船舶建造階段的安裝，避免設(shè)備和裝置暴露于露天和惡劣環(huán)境下，因為這些會影響設(shè)備效能和功能。此外，可實現(xiàn)船舶設(shè)計階段的高度集成，船舶在設(shè)計階段已經(jīng)預(yù)先布置成可安裝本發(fā)明的系統(tǒng)，在管狀構(gòu)件攜帶能力相等的情況下，優(yōu)化并因此而縮小存放區(qū)域的尺寸，并進而縮小船舶本身的尺寸，或者在船舶尺寸相等情況下，增加存放面積。
[0044]再一個有利之處是，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)在管狀構(gòu)件存放于存放區(qū)內(nèi)時也可對其進行方便快速檢查，這便于在航行期間進行管狀構(gòu)件的檢查。因此，在管狀構(gòu)件本身安裝作業(yè)期間，或者在初期和事先，可節(jié)省時間，查出任何可能的問題，這樣，就可預(yù)先采取相應(yīng)措施，修正從存放區(qū)取出管狀構(gòu)件的程序，以反映出初步檢查階段顯現(xiàn)的任何可能的異常情況。
【附圖說明】
[0045]下面，結(jié)合附圖介紹技術(shù)方案，這些附圖僅作為本發(fā)明的說明性示例，附圖如下:
[0046]圖1為根據(jù)本發(fā)明而制成的鉆井船的側(cè)面示意圖。
[0047]圖2為立管形式的管狀構(gòu)件的平面示意圖。
[0048]圖3為從圖2所示的“D”方向的立管示意圖。
[0049]圖4為根據(jù)本發(fā)明制成的船舶的剖面示意圖。
[0050]圖5為根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的側(cè)視圖。
[0051]圖6為根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的正視圖。
[0052]圖7相對于根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件的移動設(shè)備，示出了圖6中所示的“A”部的細節(jié)放大圖。
[0053]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的正視圖，所示為第一移動狀
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[0054]圖9為圖8所示移動設(shè)備的正視圖，所示為第二移動狀態(tài)。
[0055]圖10為根據(jù)本發(fā)明制成的移動設(shè)備的俯視圖，所示為第三移動狀態(tài)。
[0056]圖11為根據(jù)本發(fā)明制成的移動設(shè)備的俯視圖，所示為第四移動狀態(tài)。
[0057]圖12為根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的側(cè)視圖，所示為移動滑塊的兩種不同定位配置。
[0058]圖13為根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的支撐基座的俯視圖。
[0059]圖14為根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備支撐基座的側(cè)視圖。
[0060]圖15為僅示出根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的滑塊的側(cè)視圖，所示為升降設(shè)備的第一移動狀態(tài)。
[0061]圖16為僅示出根據(jù)圖15所示的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的滑塊的側(cè)視圖，所示為升降設(shè)備的第二移動狀態(tài)。
[0062]圖17為根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)備的支撐基座傳動裝置的示意圖。
[0063]圖18為圖17所示“Β”部的細節(jié)放大圖。
[0064]圖19為根據(jù)本發(fā)明制成的管狀構(gòu)件移動設(shè)