本發(fā)明涉及一種海洋工程領(lǐng)域水下生產(chǎn)系統(tǒng)海底管道接入時用的裝置及方法，特別是涉及一種導(dǎo)引式氣筒平衡的海底管道接入裝置及其作業(yè)方法。

背景技術(shù)：

隨著海上油氣田開發(fā)的進行，依托原有油田的周邊新開發(fā)油田接入或者油田開發(fā)進入中后期的滾動擴邊項目，往往需要進行新舊管道間的接入作業(yè)。

目前，海底管道的接入作業(yè)還主要是由外方負(fù)責(zé)全程設(shè)計和施工，可以借鑒的陸上工藝管道的連頭作業(yè)包括常規(guī)的連頭作業(yè)和帶壓開孔連頭技術(shù)，其中常規(guī)的連頭作業(yè)要求原工藝管道必須停輸，然后進行管道置換、吹掃并實施防火措施后才可以施工，這種作業(yè)方法由于需要停產(chǎn)停輸而影響到整個油田的正常生產(chǎn)，同時又存在安全隱患，且工序繁多、工期較長。帶壓開孔連頭技術(shù)是在原有工藝管道上直接焊接三通法蘭短節(jié)并安裝閥門和法蘭，對三通、法蘭和閥門進行密閉性試驗以保證焊縫無泄漏，然后將開孔機安裝在閥門上并進行手動進刀和無負(fù)荷啟動液壓站及開孔機，通過標(biāo)尺桿表明鉆桿行程且開孔結(jié)束后再次手動退回全部鉆桿，關(guān)閉閥門，最后從閥門上拆卸開孔機，可以看出這種帶壓開孔連頭技術(shù)需要采用氮氣來完全置換出開孔機、閥門及三通所構(gòu)成密閉空間中的空氣并保證刀具處于無氧環(huán)境中實施切割，操作難度系數(shù)較大且不適用于海底管道水下特殊工況，同時三通短節(jié)需要焊接到原有工藝管道上且需要進行密閉性試驗，這些都不適合在水下工況下操作，此外，開孔機的進刀和鉆桿的退回均需要手動操作，也不適用于水下海底管道的開孔作業(yè)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了有效解決海底管道的接入問題并克服現(xiàn)有陸上連頭技術(shù)和作業(yè)方案存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種采用導(dǎo)引式和氣筒平衡方式相結(jié)合的海底管道接入裝置及其接入方法。依據(jù)氣筒兩側(cè)對稱布置的導(dǎo)引器和導(dǎo)引索具的導(dǎo)引作用、臥式氣筒的平衡作用以及液壓推送器提供的推進動力并結(jié)合海管接入器的剖分式厚壁筒體構(gòu)造，實施海底管道預(yù)制和鉆孔以及導(dǎo)引式氣筒平衡對中、對接和接入的作業(yè)流程，最終實現(xiàn)在現(xiàn)有海底管道任意管段上的接入。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法，該海底管道接入裝置主要由氣筒、導(dǎo)引器、導(dǎo)引索具、吊裝繩、液壓推送器、海管接入器和開孔器組成，其海底管道接入方法依次實施管段預(yù)制與測量作業(yè)、導(dǎo)引索具定位作業(yè)、導(dǎo)引式氣筒平衡吊裝與對中作業(yè)、氣筒平衡對接與鉆孔作業(yè)、氣筒平衡回收作業(yè)和接入管段連接作業(yè)的整套作業(yè)流程，由此開發(fā)出水下生產(chǎn)系統(tǒng)海底管道的快速接入技術(shù)。

該海底管道接入裝置整體設(shè)計為左右全對稱構(gòu)造，其中導(dǎo)引器、導(dǎo)引索具、吊裝繩和液壓推送器均采用分體式結(jié)構(gòu)且垂向布置，導(dǎo)引器、導(dǎo)引索具、吊裝繩的上吊裝繩和液壓推送器均含有左右兩個結(jié)構(gòu)和規(guī)格尺寸完全相同的單體，且其單體對稱布置于氣筒的兩側(cè)，而氣筒和海管接入器則采用左右對稱的筒體結(jié)構(gòu)，氣筒和海管接入器均臥式布置且二者間的軸線保持平行。

氣筒采用臥式多筒體串聯(lián)構(gòu)造，將導(dǎo)引器、吊裝繩和液壓推送器集于一體，同時各級筒體內(nèi)存儲微正壓的氣體用來平衡對中、對接、回收和接入作業(yè)中海浪和內(nèi)波經(jīng)吊裝繩所傳遞的振蕩載荷，它包括氣筒體、吊座、支座和排氣閥。

氣筒體由內(nèi)而外依次同軸心布置有一級筒體、二級筒體和三級筒體且其內(nèi)外各級筒體的長度依次減小，而各級筒體的筒徑和壁厚均相等，其中二級筒體和三級筒體分別由兩個結(jié)構(gòu)和規(guī)格相同的筒體組成。同時，各級筒體間分別布置規(guī)格尺寸相同的法蘭盤，相鄰兩法蘭盤間配置一個盲端法蘭，從而將各級筒體分隔成獨立的密閉腔室；氣筒體兩側(cè)端的盲端法蘭上均鉆有四組圓孔，各組圓孔沿氣筒體的中心對稱布置，每組圓孔含有兩列圓孔，該兩列圓孔平行排列，每列圓孔等間距排列有三個圓孔。各級筒體的外環(huán)面上均設(shè)置有兩個圓形的凸臺，每個凸臺的中部車制有密封性管螺紋孔并分別配置排氣閥，各級筒體凸臺上密封性管螺紋孔的軸線相互間保持平行且均與氣筒體的軸線相交。排氣閥的開啟和關(guān)閉完成氣筒體各級筒體的充氣，并作為海水填充各級筒體時的通道。

吊座由上吊座和下吊座組成，上吊座分為兩組且均位于二級筒體上兩排氣閥之間的位置，而下吊座僅有一組且位于一級筒體的中部。每組吊座含有兩個單體的分吊座且兩分吊座平行放置，每個分吊座均采用半圓形和矩形相結(jié)合的鋼板，半圓形鋼板中心的開孔直徑相等，吊座分別與各上銷軸配合而實現(xiàn)氣筒與吊裝繩間的聯(lián)接。

支座和吊座對稱布置于氣筒的兩側(cè)，支座由內(nèi)支座和外支座組成且均分為兩組，每組支座含有兩個單體的分支座且兩分支座平行放置，每個分支座采用矩形鋼板且其鋼板的厚度相等。內(nèi)支座位于二級筒體的外環(huán)面上且其長度等于二級筒體的筒高，同時內(nèi)支座上鉆有等間距成行排列的圓孔；而外支座位于三級筒體的外環(huán)面上且其長度等于三級筒體的筒高，同時外支座上鉆有類鋸齒狀的孔眼，孔眼中每個鋸齒的外形呈圓形且孔眼的齒根處保持聯(lián)通，以方便中銷軸的調(diào)整，內(nèi)支座的圓孔或者外支座的孔眼分別與各中銷軸配合而實現(xiàn)氣筒與液壓推送器間的聯(lián)接。

吊裝繩由兩根上吊裝繩和一根下吊裝繩組成，上吊裝繩與上吊座進行鉸接，用來完成整套接入裝置的吊裝，而下吊裝繩則分別與下吊座和開孔器的內(nèi)吊耳進行鉸接，用來完成氣筒與開孔器之間的聯(lián)接，且兩上吊裝繩對稱布置于下吊裝繩的兩側(cè)。吊裝繩和導(dǎo)引索具中導(dǎo)引繩的結(jié)構(gòu)形式相同且均由繩頭、繩筒和繩體構(gòu)成，繩頭一端采用半圓柱體和四方體相結(jié)合的柱體，而另一端則采用階梯回轉(zhuǎn)軸并通過螺紋與繩筒聯(lián)接在一起；繩筒采用柱形筒體，其內(nèi)壁采用階梯回轉(zhuǎn)面來定位繩體的繩端。每根上吊裝繩和導(dǎo)引繩分別配置一個繩頭、繩筒和繩體，作業(yè)過程中，上吊裝繩的繩體與吊機的主鉤相聯(lián)接而導(dǎo)引繩的繩體則與吊機的副鉤進行聯(lián)接；下吊裝繩配置有兩個繩頭和繩筒以及一個繩體，且該兩繩頭和繩筒對稱布置于繩體的兩側(cè)并連為一體。

導(dǎo)引器采用平行輪卡槽式構(gòu)造，用來卡住氣筒兩側(cè)的導(dǎo)引索具并保證海底管道接入裝置可以沿導(dǎo)引索具順利滑移。氣筒每側(cè)的導(dǎo)引器含有上下排列的兩個單體，以限制接入裝置前后和左右兩個方向上的位移，每個導(dǎo)引器的結(jié)構(gòu)和規(guī)格尺寸相同且采用全對稱結(jié)構(gòu)，作業(yè)中氣筒兩側(cè)的導(dǎo)引器隨導(dǎo)引索具中導(dǎo)引繩軌跡上的不同彎曲度而不斷進行自動調(diào)心，且導(dǎo)引器的調(diào)偏角度始終保持相同，同時所有導(dǎo)引輪的對稱面始終位于同一個平面內(nèi)。每個導(dǎo)引器包括支架、軸承端蓋、調(diào)心滾子軸承、擋圈、導(dǎo)引軸、導(dǎo)引輪、圓螺母和注油螺塞，其主體材質(zhì)選用超級雙向不銹鋼。

支架含有兩個單體的分支架且兩分支架平行放置，兩分支架均采用兩圓形、一矩形和一等腰梯形互相結(jié)合的厚鋼板，其圓形厚鋼板的中央加工有規(guī)格尺寸相同的軸承孔，該軸承孔外粗內(nèi)細(xì)且其孔壁進行精細(xì)研磨，軸承孔的粗孔內(nèi)嵌與之過盈配合的雙排列調(diào)心滾子軸承，兩個調(diào)心滾子軸承之間配置有套筒；支架軸承孔的四周加工有螺釘孔，并通過緊定螺釘與軸承端蓋進行聯(lián)接，軸承端蓋中央設(shè)有環(huán)形凸臺，該環(huán)形凸臺的外徑小于調(diào)心滾子軸承外圈的直徑，以實現(xiàn)調(diào)心滾子軸承外圈的定位；同時支架軸承孔的細(xì)孔內(nèi)置有擋圈，擋圈采用階梯回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，其外側(cè)圈體的外徑小于調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈的直徑，并結(jié)合套筒而實現(xiàn)調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈的定位，而且擋圈內(nèi)側(cè)圈體的外環(huán)面上設(shè)置分層齒狀環(huán)體，用于保持支架軸承孔腔內(nèi)的潤滑脂；此外，支架等腰梯形厚鋼板的端部車制有兩列平行布置的螺紋孔并通過固定螺栓而將導(dǎo)引器接于氣筒體端部的盲端法蘭上。支架的軸承孔壁上車制有螺紋孔并接入注油槽，用于及時補充軸承孔腔內(nèi)的潤滑脂，且支架端部圓形厚鋼板上設(shè)置一個注油槽而其中部圓形厚鋼板上則設(shè)置有對稱布置的兩注油槽，每個注油槽采用環(huán)形管體結(jié)構(gòu)，管體的內(nèi)外環(huán)壁上均加工有密封性管螺紋并與注油螺塞進行聯(lián)接，實現(xiàn)潤滑脂的封存。

導(dǎo)引軸配合雙排列調(diào)心滾子軸承可以實現(xiàn)導(dǎo)引器的自動調(diào)心，其材質(zhì)采用35CrMo，每個導(dǎo)引器含有兩個導(dǎo)引軸，且自動調(diào)心時兩導(dǎo)引軸的軸線始終保持平行，導(dǎo)引軸兩端的軸頭與支架軸承孔內(nèi)的調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈及套筒間采用過盈配合，而其兩端的軸頸則分別與擋圈的內(nèi)壁間采用間隙配合，擋圈的軸向長度大于導(dǎo)引軸軸頸的長度，同時導(dǎo)引軸的軸身處通過平鍵與導(dǎo)引輪進行配合，且導(dǎo)引輪的端部通過圓螺母和止推墊片進行固定。

導(dǎo)引輪依據(jù)其對稱雙卡槽所構(gòu)成的類橢圓形孔道來卡住導(dǎo)引索具，而使導(dǎo)引器能夠沿著導(dǎo)引索具滑移且滑移過程中兩導(dǎo)引輪的對稱面及其兩側(cè)的端面相互間始終保持平齊。導(dǎo)引輪采用沿軸向?qū)ΨQ布置的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)壁與導(dǎo)引軸的軸身間采用間隙配合，且導(dǎo)引輪的軸向長度大于導(dǎo)引軸軸身的長度；導(dǎo)引輪的外環(huán)面由內(nèi)而外依次為下凹的環(huán)形卡槽和上凸的圓環(huán)，同時導(dǎo)引輪外環(huán)面上的環(huán)形卡槽及其兩側(cè)圓環(huán)的外輪廓均呈半圓弧，且環(huán)形卡槽半圓弧所在圓的直徑大于圓環(huán)半圓弧所在圓的直徑并大于導(dǎo)引索具中導(dǎo)引繩的直徑，而且環(huán)形卡槽和圓環(huán)外輪廓的結(jié)合處保持相切，以減小導(dǎo)引輪的局部應(yīng)力。

導(dǎo)引索具垂向等間距平行布置于氣筒兩側(cè)并為海底管道接入裝置提供滑移軌道，同時導(dǎo)引索具結(jié)合導(dǎo)引器實現(xiàn)導(dǎo)引作用而將接入裝置準(zhǔn)確導(dǎo)引至海底管道開孔部位，它包括導(dǎo)引繩、外吊耳、上下卡瓦、鎖緊螺旋軸和球形墊片，其主體材質(zhì)選用超級雙向不銹鋼。

導(dǎo)引索具的導(dǎo)引繩與導(dǎo)引器的導(dǎo)引輪之間形成滾動摩擦副，上下卡瓦采用剖分式半圓形筒體結(jié)構(gòu)并結(jié)合鎖緊螺旋軸共同實現(xiàn)導(dǎo)引索具與海底管道預(yù)制環(huán)形溝槽間的快速鎖緊；上下卡瓦的一端設(shè)有等間距交錯排列的長銷軸套，各長銷軸套的中間鉆有同軸心布置的等徑孔眼并分別與長銷軸配合而實現(xiàn)上下卡瓦間的鉸接；上下卡瓦的另一端設(shè)有水平布置且同樣規(guī)格大小的上下卡板，上卡板的中部輔以柱形凸臺且其中央部位車制與鎖緊螺旋軸相配合的梯形螺紋孔，而下卡板的中部則切有拱形槽，該拱形槽的槽寬大于鎖緊螺旋軸的外徑，且拱形槽的四周車制有沿圓周方向均勻布置的螺釘孔，并通過鎖緊螺釘將球形墊片定位于下卡板的下端面上。

鎖緊螺旋軸通過傳遞軸向運動而實現(xiàn)上下卡瓦的鎖緊，它由軸頭、軸體和軸蓋組成，其中軸頭采用半球體和圓柱體相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，其上部半球體的球心位于鎖緊螺旋軸軸體的軸線上，軸頭半球體下端圓面的直徑等于軸頭圓柱體的外徑而其半球體上端圓面的直徑則小于軸體的外徑，軸蓋采用截面為正六邊形的柱體并將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S體的軸向運動。球形墊片采用柱形銅板，其中部切有與下卡瓦中下卡板同樣規(guī)格尺寸的拱形槽，且其下端面設(shè)有精密研磨的球面，該球面與鎖緊螺旋軸軸頭的半球體進行配合，用于調(diào)整上下卡板結(jié)合面不平行時引發(fā)的偏心，此外球形墊片拱形槽的四周設(shè)置有與下卡板螺釘孔相匹配的變截面圓形孔眼。外吊耳僅有一組且位于上卡瓦的正上方，該組外吊耳含有兩個單體的分外吊耳，每個分外吊耳采用圓形和矩形相結(jié)合的鋼板，其矩形鋼板的寬度等于上下卡瓦的軸向長度，而其圓形鋼板中心的圓孔同軸心布置且分別與各外銷軸配合而實現(xiàn)導(dǎo)引繩與上卡瓦間的聯(lián)接。

液壓推送器在吊裝作業(yè)中提供驅(qū)動力并向下軸向推進以實現(xiàn)海管接入器和接入管段吊裝位置的精細(xì)調(diào)整與對中。液壓推送器采用獨立的雙液壓缸并通過支座和中吊耳實現(xiàn)氣筒和海管接入器間的聯(lián)接，兩液壓缸中的液壓油通過多路換向閥統(tǒng)一分配以實現(xiàn)自動同步軸向推進功能，同時兩液壓缸采用活塞式油缸，通過兩端進出液壓油口的通油或回油實現(xiàn)雙向運動。液壓缸的缸筒通過中銷軸與氣筒進行固定，而其活塞桿則通過下銷軸與海管接入器錨定在一起，而且下銷軸、外銷軸和長銷軸的軸端均配置有開口銷進行定位。

海管接入器采用剖分式厚壁筒體構(gòu)造而夾緊于海底管道的開孔部位，從而為開孔器提供支點且起到三通作用并作為新海底管道的接入點，它包括接入本體、密封器、水下安全閥和中吊耳，其主體材質(zhì)選用超級雙向不銹鋼。接入本體采用沿軸向?qū)ΨQ布置的筒體，分為前接入本體和后接入本體，前后接入本體的左右兩端車制有沿圓周方向均勻布置的密封螺孔，前接入本體中部的筒壁上設(shè)置三通管并與水下安全閥聯(lián)接在一起；前后接入本體的上端設(shè)有等間距分組布置的銷軸套，各組銷軸套的中間鉆有同軸心布置的等徑孔眼并分別與銷軸配合而實現(xiàn)前后接入本體間的鉸接。前后接入本體兩端的前側(cè)和后側(cè)均設(shè)置等間距排列的圓錐形凸臺，且圓錐形凸臺與各組銷軸套依次交錯排列，各圓錐形凸臺的軸線均與接入本體的剖分面保持垂直，且前后接入本體對應(yīng)位置處圓錐形凸臺的中間鉆有同軸心布置的圓形通孔并分別通過夾緊螺柱實現(xiàn)前后接入本體間的聯(lián)接。密封器采用剖分式法蘭盤和環(huán)體相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，用來實現(xiàn)海管接入器與海底管道間的密封，其法蘭盤上鉆有與前后接入本體各密封螺孔相同位置和布置形式的孔眼并通過推進螺柱將密封器定位于接入本體的兩側(cè)端，而其環(huán)體的外環(huán)面與接入本體的內(nèi)壁間隙配合而構(gòu)成移動副；旋緊各推進螺柱并依靠密封器環(huán)體所傳遞的推力，接入本體內(nèi)的各金屬圈軸向移動并逐步與海底管道的預(yù)制環(huán)面貼合后產(chǎn)生變形而形成金屬密封。水下安全閥用于海管超壓工況時的自動關(guān)閉并切斷油氣介質(zhì)的輸送以及開孔作業(yè)后鉆孔處的封堵。中吊耳分別布置于密封器法蘭盤的正上方，每側(cè)的中吊耳均采用圓柱體和方體相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，中吊耳方體的寬度等于密封器法蘭盤的厚度，且其方體的下端與密封器法蘭盤的前半部分連為一體；此外，中吊耳的中部切有矩形凹槽，該矩形凹槽內(nèi)插入液壓缸活塞桿的接頭并分別與各下銷軸配合而實現(xiàn)液壓推送器與海管接入器間的聯(lián)接。

開孔器用來完成海底管道的開孔作業(yè)，它包括水下電機、開孔機、內(nèi)吊耳、機筒和機座。水下電機將電能轉(zhuǎn)換成機械能后，經(jīng)開孔機的減速箱和進給箱兩次減速，然后通過高精度花鍵聯(lián)接輸出為鉆桿的旋轉(zhuǎn)運動，接著由進給箱對鉆桿實施自動進給，最后經(jīng)鉆桿前端與其采用錐體定心和螺紋聯(lián)接的開孔刀具對海底管道實施鉆孔。

機座和機筒與開孔機的進給箱共同構(gòu)成開孔作業(yè)中封閉海水的腔室，且機座和機筒分別通過其端面法蘭盤與水下安全閥和水下電機聯(lián)接在一起，機座采用圓錐形筒體而機筒則采用柱形筒體，機座圓錐形筒體的大端圓面直徑與水下安全閥進出口的管徑和前接入本體上三通管的管徑保持一致，而其圓錐形筒體小端圓面的直徑則與機筒柱形筒體的管徑相等。機筒靠近水下電機一側(cè)的外環(huán)面上設(shè)有一組內(nèi)吊耳，該組內(nèi)吊耳含有兩個單體的分內(nèi)吊耳，每個分內(nèi)吊耳采用半圓形和等腰梯形相結(jié)合的鋼板，其半圓形鋼板中心的圓孔同軸心布置且分別與內(nèi)銷軸配合，同時結(jié)合液壓推送器的雙液壓缸和下銷軸實現(xiàn)海管接入器和開孔器的三點吊裝；此外，上銷軸、中銷軸和內(nèi)銷軸的軸端均加工有螺紋盲孔并配置有六角頭螺釘進行固定。

管段預(yù)制與測量作業(yè)用來完成海底管道開孔部位的預(yù)制和相對位置的測定，其流程為，首先實施海底管道開孔部位的吹泥作業(yè)，然后清理其開孔部位的水泥配重層及防腐層，再采用打磨機將開孔部位打磨成內(nèi)側(cè)為柱形環(huán)面和兩側(cè)為錐形環(huán)面的預(yù)制環(huán)面，同時在該預(yù)制環(huán)面的兩側(cè)管段上分別打磨出環(huán)形溝槽；海底管道預(yù)制環(huán)面中柱形環(huán)面的外徑和軸向長度及其錐形環(huán)面的錐度和錐高分別與海管接入器中接入本體和密封器的內(nèi)壁規(guī)格尺寸保持一致，而其兩側(cè)環(huán)形溝槽的外徑和軸向長度則與導(dǎo)引索具上下卡瓦的內(nèi)徑和軸向長度相一致。接著，準(zhǔn)確測定海底管道預(yù)制環(huán)面及其兩側(cè)環(huán)形溝槽的相對位置，包括空間方位角等，并依據(jù)水下測量參數(shù)制定相應(yīng)的吊裝作業(yè)方案。

導(dǎo)引索具定位作業(yè)用來完成導(dǎo)引索具與海底管道間的快速鎖緊，其流程為，依據(jù)所測定海底管道預(yù)制的環(huán)形溝槽相對位置參數(shù)，通過吊機的副鉤和導(dǎo)引繩將導(dǎo)引索具下放至所預(yù)制的環(huán)形溝槽處，利用水下機器人將下卡瓦繞過海底管道后將鎖緊螺旋軸卡進其下卡板和球形墊片的拱形槽內(nèi)，旋緊鎖緊螺旋軸并將導(dǎo)引索具快速鎖緊于海底管道預(yù)制的環(huán)形溝槽內(nèi)，同時通過球形墊片與鎖緊螺旋軸軸頭間的球面配合及時調(diào)整上下卡瓦結(jié)合面之間產(chǎn)生的偏心，導(dǎo)引索具鎖緊后的外吊耳位于海底管道的正上方。

導(dǎo)引式氣筒平衡吊裝與對中作業(yè)通過導(dǎo)引和氣筒平衡作用將海底管道接入裝置吊裝至開孔部位并完成海管接入器與預(yù)制管段的對中，其流程為，通過排氣閥向氣筒體各級筒體內(nèi)充入相同微正壓的氣體，依據(jù)所測定的海底管道預(yù)制環(huán)面相對位置參數(shù)，通過吊機的主鉤和上吊裝繩下放海底管道接入裝置，導(dǎo)引輪卡住氣筒兩側(cè)的導(dǎo)引繩，并使整套接入裝置依據(jù)導(dǎo)引器和導(dǎo)引索具的導(dǎo)引作用而始終沿著導(dǎo)引繩不斷向下滑移；滑移過程中依據(jù)臥式氣筒的平衡作用不斷抵消海浪和內(nèi)波所產(chǎn)生的振蕩載荷而將海管接入器和開孔器順利吊裝至海底管道開孔部位的上方。接著，利用水下機器人打開后接入本體，然后開啟液壓推送器，并依靠液壓缸提供的推進動力將海管接入器和開孔器向下軸向推進，直至前接入本體與海底管道預(yù)制環(huán)面重合，接著停止供液壓油并合上后接入本體，完成吊裝和對中操作。

氣筒平衡對接與鉆孔作業(yè)用來完成海管接入器與預(yù)制管段的水下對接和預(yù)制管段的開孔，其流程為，依據(jù)臥式氣筒的平衡作用將海管接入器和開孔器穩(wěn)定于海底管道預(yù)制環(huán)面的位置，利用水下機器人在前后接入本體的圓錐形凸臺內(nèi)分別裝入夾緊螺柱從而將海管接入器接于海底管道上，然后旋緊密封器的各推進螺柱并使接入本體內(nèi)的各金屬圈產(chǎn)生變形而在海管接入器和海底管道預(yù)制環(huán)面間形成金屬密封。接著，依據(jù)臥式氣筒的平衡作用以及雙液壓缸和下吊裝繩三點吊裝的輔助支撐作用將開孔器固定于海管接入器上，開啟水下電機并經(jīng)開孔機的減速箱和進給箱對其鉆桿實施自動進給，在水下安全閥、機座、機筒和進給箱所構(gòu)成的填充有海水的封閉腔室中，通過開孔機的開孔刀具對海底管道進行鉆孔直至鉆孔作業(yè)結(jié)束，然后由開孔機的進給箱對其鉆桿和開孔刀具實施自動退刀，最后關(guān)閉水下安全閥。

氣筒平衡回收作業(yè)用來完成海底管道接入裝置的拆卸并通過氣筒輔助回收，其流程為，首先利用水下機器人打開氣筒的排氣閥，依次泄放出氣筒體各三級筒體中的全部氣體并分別填充海水，然后關(guān)閉排氣閥；接著，利用水下機器人依次拔出各中吊耳上的下銷軸，然后各液壓缸回油且其活塞桿退回，最后關(guān)閉液壓推送器，完成液壓推送器的拆卸；然后，利用水下機器人旋松鎖緊螺旋軸，通過吊機的副鉤和導(dǎo)引繩上提導(dǎo)引索具直至鎖緊螺旋軸脫離出下卡瓦中下卡板和球形墊片的拱形槽，完成導(dǎo)引索具的拆卸；再接著，利用水下機器人旋松機座端面法蘭盤上的各固定螺柱，依據(jù)臥式氣筒的平衡作用并通過吊機的主鉤和吊裝繩將開孔器從海管接入器上拆卸下來，最后利用吊機的主副鉤將拆卸后的接入裝置回收至施工船上。

接入管段連接作業(yè)用來完成接入管段與海管接入器間的連接，其流程為，首先將導(dǎo)引器、導(dǎo)引索具和下吊裝繩依次從氣筒上拆卸下來，再利用氣筒、上吊裝繩和液壓推送器重復(fù)組裝成新的吊裝工具，并通過下銷軸將接入管段聯(lián)接到液壓推送器的液壓缸上；然后，依據(jù)臥式氣筒的平衡作用并通過吊機和吊裝工具逐漸下放接入管段，并將其吊裝至海管接入器中水下安全閥外側(cè)進口管段的上方；接著，開啟液壓推送器，并依靠液壓缸提供的推進動力將接入管段向下軸向推進，直至接入管段右側(cè)管端的中心線與水下安全閥的軸線重合，然后停止供液壓油；再接著，利用水下機器人旋緊水下安全閥外側(cè)進口法蘭盤上的各固定螺柱，將接入管段聯(lián)接到海管接入器上，并利用水下機器人依次拔出各下銷軸，各液壓缸回油并關(guān)閉液壓推送器，然后利用吊機將拆卸下來的吊裝工具回收至施工船上；最后，在海底管道預(yù)制的環(huán)形溝槽內(nèi)涂覆玻璃膠直至環(huán)形溝槽所填玻璃膠的環(huán)面與海底管道外環(huán)面平齊為止，然后重新涂覆并恢復(fù)海底管道開孔部位周圍的防腐層。

本發(fā)明所能達(dá)到的技術(shù)效果是，該海底管道接入裝置依據(jù)氣筒兩側(cè)對稱布置導(dǎo)引器和導(dǎo)引索具的導(dǎo)引作用、臥式氣筒的平衡作用以及液壓推送器提供的推進動力并結(jié)合海管接入器的剖分式厚壁筒體構(gòu)造，實施海底管道預(yù)制和鉆孔以及導(dǎo)引式氣筒平衡對中、對接和接入的作業(yè)流程，最終實現(xiàn)在現(xiàn)有海底管道任意管段上的接入；氣筒采用臥式多筒體串聯(lián)構(gòu)造且各級筒體內(nèi)存儲微正壓的氣體用來平衡對中、對接、回收和接入作業(yè)中海浪和內(nèi)波經(jīng)吊裝繩所傳遞的振蕩載荷，上吊裝繩用來完成整套接入裝置的吊裝而下吊裝繩用來完成氣筒與開孔器之間的聯(lián)接，導(dǎo)引索具為海底管道接入裝置提供滑移軌道，同時導(dǎo)引器結(jié)合導(dǎo)引索具實現(xiàn)導(dǎo)引作用而將接入裝置準(zhǔn)確導(dǎo)引至海底管道開孔部位，液壓推送器實現(xiàn)海管接入器和接入管段吊裝位置的精細(xì)調(diào)整與對中，海管接入器為開孔器提供支點且起到三通作用并作為新海底管道的接入點，開孔器用來完成海管的開孔作業(yè)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。

圖1是根據(jù)本發(fā)明所提出的導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置的典型結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中氣筒和吊裝繩的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖4是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中導(dǎo)引器的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖5是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中導(dǎo)引索具的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖6是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中海管接入器和開孔器的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖7是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中管段預(yù)制與測量作業(yè)和導(dǎo)引索具定位作業(yè)的流程簡圖。

圖8是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中導(dǎo)引式氣筒平衡吊裝與對中作業(yè)的流程簡圖。

圖9是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中氣筒平衡對接與鉆孔作業(yè)的流程簡圖。

圖10是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中氣筒平衡回收作業(yè)的流程簡圖。

圖11是導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置及方法中接入管段連接作業(yè)的流程簡圖。

圖中1－氣筒，2－吊裝繩，3－導(dǎo)引器，4－導(dǎo)引索具，5－液壓推送器，6－海管接入器，7－開孔器，8－海底管道，9－氣筒體，10－排氣閥，11－吊座，12－上銷軸，13－上吊裝繩，14－中銷軸，15－支座，16－下吊裝繩，17－軸承端蓋，18－調(diào)心滾子軸承，19－支架，20－導(dǎo)引輪，21－導(dǎo)引軸，22－圓螺母，23－擋圈，24－注油螺塞，25－導(dǎo)引繩，26－外吊耳，27－外銷軸，28－上卡瓦，29－長銷軸，30－下卡瓦，31－球形墊片，32－鎖緊螺旋軸，33－水下電機，34－開孔機，35－內(nèi)銷軸，36－內(nèi)吊耳，37－機筒，38－機座，39－水下安全閥，40－接入本體，41－密封器，42－中吊耳，43－下銷軸，44－接入管段。

具體實施方式

在圖1和圖2中，導(dǎo)引式氣筒平衡海底管道接入裝置主要由氣筒1、吊裝繩2、導(dǎo)引器3、導(dǎo)引索具4、液壓推送器5、海管接入器6和開孔器7組成，其海底管道接入方法依次實施管段預(yù)制與測量作業(yè)、導(dǎo)引索具4定位作業(yè)、導(dǎo)引式氣筒1平衡吊裝與對中作業(yè)、氣筒1平衡對接與鉆孔作業(yè)、氣筒1平衡回收作業(yè)和接入管段連接作業(yè)的整套作業(yè)流程，由此開發(fā)出水下生產(chǎn)系統(tǒng)海底管道8的快速接入技術(shù)。

在圖1和圖2中，該海底管道接入裝置組裝前，氣筒1、海管接入器6和開孔器7主體部件的外表面分別進行噴漆防腐處理。該海底管道接入裝置組裝時，首先依次將吊裝繩2通過上銷軸、導(dǎo)引器3通過固定螺栓以及液壓推送器5通過中銷軸與氣筒1接為一體，然后將導(dǎo)引索具4的導(dǎo)引繩穿過導(dǎo)引器3的導(dǎo)引輪而完成聯(lián)接，接著液壓推送器5通過下銷軸與海管接入器6進行鉸接，且吊裝繩2中的下吊裝繩通過內(nèi)銷軸與開孔器7進行鉸接，從而完成吊裝繩2和液壓推送器5的三點吊裝，最后海管接入器6和開孔器7通過固定螺柱聯(lián)為一體。

在圖1和圖2中，該海底管道接入裝置調(diào)試時，導(dǎo)引器3的導(dǎo)引輪應(yīng)沿導(dǎo)引索具4的導(dǎo)引繩靈活滑移且無阻滯，導(dǎo)引器3的導(dǎo)引軸配合調(diào)心滾子軸承應(yīng)可以進行自動調(diào)心，液壓推送器5的各液壓缸可以正常的通油和回油，開孔器7的鉆桿可以正常轉(zhuǎn)動，并保持氣筒1和海管接入器6內(nèi)壁的清潔；同時，依次檢查氣筒1排氣閥和海管接入器6水下安全閥的開關(guān)是否正確，檢查導(dǎo)引器3支架的軸承孔內(nèi)是否充滿潤滑脂，檢查海管接入器6內(nèi)各金屬圈和開孔器7的開孔刀具有無損傷，檢查各銷軸和螺紋聯(lián)接處是否牢固且有無銹蝕。

在圖1和圖2中，該海底管道接入裝置中的導(dǎo)引器3、導(dǎo)引索具4、吊裝繩2的上吊裝繩和液壓推送器5均含有左右兩個單體，且對稱布置于氣筒1和海管接入器6的兩側(cè)，同時通過導(dǎo)引器3和導(dǎo)引索具4的導(dǎo)引作用、臥式氣筒1的平衡作用以及液壓推送器5提供的推進動力，完成海底管道8的預(yù)制和鉆孔作業(yè)、海管接入器6的對中和對接作業(yè)以及接入管段的連接作業(yè)。

在圖3中，氣筒1各級筒體的總?cè)莘e依據(jù)吊裝和對接作業(yè)所在海域的海況、上吊裝繩13所傳遞的振蕩載荷以及所需要的最大浮載等因素綜合進行選型，而氣筒體9總筒高的選取則需要考慮則與海管接入器6以及接入管段的軸向長度；吊裝繩2的上吊裝繩13規(guī)格尺寸依據(jù)吊裝作業(yè)所在海域的海況以及吊裝海管接入器6和開孔器7所需要的最大鉤載進行設(shè)計，而吊裝繩2的下吊裝繩16規(guī)格尺寸的選取則需要考慮氣筒1平衡回收作業(yè)中所在海域的海況以及吊裝開孔器7所需要的最大拉應(yīng)力；此外，氣筒1平衡回收作業(yè)中氣筒體9各級筒體的填充海水量依據(jù)所在海域的海況以及開孔器7的重量進行設(shè)計。

在圖3中，氣筒體9的各級筒體通過依次開啟各排氣閥10而充入相同壓力的微正壓氣體，以實現(xiàn)臥式氣筒1的平衡作用，氣筒體9通過其外環(huán)面上的吊座11與上銷軸12間的配合而上聯(lián)上吊裝繩13而下接下吊裝繩16，同時通過中銷軸14和支座15間的配合而下接液壓推送器5的兩液壓缸，且上吊裝繩13的繩體與吊機的主鉤相聯(lián)。

在圖4中，導(dǎo)引器3中導(dǎo)引輪20的環(huán)形卡槽尺寸依據(jù)導(dǎo)引索具4中導(dǎo)引繩的直徑進行調(diào)整，支架19端部固定螺栓的強度、導(dǎo)引軸21及其兩側(cè)的調(diào)心滾子軸承18的規(guī)格尺寸依據(jù)導(dǎo)引式氣筒1平衡吊裝與對中作業(yè)中導(dǎo)引索具4的導(dǎo)引繩對導(dǎo)引輪20所施加的徑向載荷和軸向載荷分布情況進行設(shè)計，而且導(dǎo)引軸21配合雙排列調(diào)心滾子軸承18可以實現(xiàn)導(dǎo)引器3的自動調(diào)心，軸承端蓋17和擋圈23共同定位調(diào)心滾子軸承18而導(dǎo)引軸21的軸肩配合圓螺母22則實現(xiàn)導(dǎo)引輪20在導(dǎo)引軸21上的定位，軸承端蓋17、擋圈23和支架19的軸承孔所構(gòu)成的密閉腔室內(nèi)注滿潤滑脂，打開注油螺塞24可以通過支架19上各注油槽及時補充支架19各軸承孔內(nèi)的潤滑脂。

在圖5中，導(dǎo)引索具4結(jié)合導(dǎo)引器3實現(xiàn)導(dǎo)引作用，導(dǎo)引繩25的規(guī)格尺寸依據(jù)所在海域的海況以及吊裝和對接作業(yè)中海浪和內(nèi)波對海底管道接入裝置所施加載荷的合力進行設(shè)計，上卡瓦28和下卡瓦30的內(nèi)徑和軸向長度隨海底管道8預(yù)制環(huán)形溝槽的外徑和軸向長度進行調(diào)整，且上卡瓦28和下卡瓦30通過外吊耳26和外銷軸27間的配合而接于導(dǎo)引繩25的底端，同時導(dǎo)引繩25的繩體與吊機的副鉤相聯(lián)接，長銷軸29的軸徑和鎖緊螺旋軸32的螺紋強度需依據(jù)導(dǎo)引繩25傳遞至上卡瓦28的最大拉應(yīng)力進行調(diào)整，通過球形墊片31與鎖緊螺旋軸32軸頭間的球面配合可及時調(diào)整上卡瓦28上卡板和下卡瓦30下卡板結(jié)合面之間產(chǎn)生的偏心。

在圖6中，海管接入器6中接入本體40和密封器41的內(nèi)壁規(guī)格尺寸隨海底管道8預(yù)制環(huán)面中柱形環(huán)面的外徑和軸向長度及其錐形環(huán)面的錐度和錐高進行調(diào)整，且密封器41中各推進螺柱的強度依據(jù)接入本體40內(nèi)各金屬圈產(chǎn)生最大變形時推力的合力進行設(shè)計，水下安全閥39的規(guī)格需綜合比較海底管道8內(nèi)油氣介質(zhì)的最大輸送壓力以及出現(xiàn)超壓工況時的最大壓力并取二者之中的最大壓力值進行選型，開孔器7中開孔機34開孔刀具的規(guī)格尺寸與接入管段的管徑保持一致，水下電機33功率的選取和開孔機34中鉆桿的規(guī)格尺寸需依據(jù)開孔機34中開孔刀具的規(guī)格尺寸以及海底管道8的材質(zhì)進行設(shè)計，機筒37和機座38與開孔機34的進給箱共同構(gòu)成開孔作業(yè)中封閉海水的腔室，且機筒37通過內(nèi)銷軸35和內(nèi)吊耳36間的配合而與下吊裝繩16進行聯(lián)接，而接入本體40和密封器41則通過中吊耳42和下銷軸43間的配合而接于海管接入器6兩液壓缸的底端。

在圖7中，管段預(yù)制與測量作業(yè)流程中，清理海底管道8開孔部位的水泥配重層及防腐層且所清理區(qū)域的管段長度應(yīng)大于海管接入器6軸向長度的兩倍，海底管道8的預(yù)制環(huán)面與接入本體40和密封器41的內(nèi)壁規(guī)格尺寸相一致，同時預(yù)制環(huán)面兩側(cè)的環(huán)形溝槽與上卡瓦28和下卡瓦30的內(nèi)壁規(guī)格尺寸保持一致，兩預(yù)制環(huán)形溝槽的間距與氣筒體9兩側(cè)導(dǎo)引輪20的間距相對應(yīng)，測量作業(yè)中需要分別測定出海底管道8的預(yù)制環(huán)面及其兩側(cè)環(huán)形溝槽的相對位置參數(shù)。

在圖7中，導(dǎo)引索具定位作業(yè)流程中，導(dǎo)引索具4的上卡瓦28和下卡瓦30分別卡進海底管道8預(yù)制的環(huán)形溝槽內(nèi)，同時通過旋緊鎖緊螺旋軸32實現(xiàn)上卡瓦28和下卡瓦30與海底管道8間的快速鎖緊，并通過鎖緊螺旋軸32與球形墊片31完成偏心調(diào)節(jié)，最后啟動吊機副鉤并保持導(dǎo)引繩25的繩體處于拉伸狀態(tài)。

在圖8中，導(dǎo)引式氣筒平衡吊裝與對中作業(yè)流程中，利用吊機的主鉤和上吊裝繩13下放海底管道接入裝置，利用臥式氣筒1的平衡作用來保證海管接入器6和開孔器7的穩(wěn)定，同時導(dǎo)引輪20沿著導(dǎo)引繩25不斷滾動和滑移以此完成導(dǎo)引器3和導(dǎo)引索具4的導(dǎo)引作用并將整套接入裝置導(dǎo)引至海底管道8開孔部位的上方，完成吊裝作業(yè)。接下來的對中作業(yè)中，首先啟動吊機主鉤的恒張力補償裝置，并結(jié)合臥式氣筒1的平衡作用保持海管接入器6和開孔器7始終處于非振蕩的穩(wěn)定懸吊狀態(tài)，然后利用液壓推送器5的兩液壓缸和水下機器人的輔助繼續(xù)實施對中流程，直至接入本體40的前接入本體與海底管道8預(yù)制環(huán)面重合為止。

在圖9中，氣筒平衡對接與鉆孔作業(yè)流程中，通過吊機主鉤的恒張力補償裝置并結(jié)合臥式氣筒1的平衡作用保持海管接入器6的接入本體40剖分面和開孔器7的穩(wěn)定，維持液壓推送器5的供油壓力并保持兩液壓缸處于受拉狀態(tài)，然后利用水下機器人完成接入本體40上各夾緊螺柱的聯(lián)接以及密封器41的金屬密封，實現(xiàn)海管接入器6和開孔器7與海底管道8預(yù)制環(huán)面之間的對接。接下來的鉆孔作業(yè)中，利用液壓推送器5的兩液壓缸與下吊裝繩16構(gòu)成的三點吊裝保證整個開孔器7穩(wěn)定座于水下安全閥39上，給水下電機33供電并通過開孔機34完成鉆孔，然后先進行退刀再關(guān)閉水下安全閥39。

在圖10中，氣筒平衡回收作業(yè)流程中，首先利用水下機器人泄放出氣筒體9兩側(cè)三級筒體中的全部氣體并充入等量的海水，由此減少臥式氣筒1所受的浮力，并保證氣筒1剩余的浮力可以有效平衡吊裝過程中氣筒1、液壓推送器5和開孔器7的重量以及海浪和內(nèi)波所施加的振蕩載荷；然后，利用水下機器人依次拆卸液壓推送器5和導(dǎo)引索具4，在將兩液壓缸回油后關(guān)閉液壓推送器5，并通過吊機的副鉤和導(dǎo)引繩25吊起導(dǎo)引索具4；接著，通過吊機的主鉤和副鉤以及吊裝繩2和導(dǎo)引繩25一起吊起氣筒1、導(dǎo)引器3和液壓推送器5以及導(dǎo)引索具4，直至將氣筒1吊裝至內(nèi)銷軸35和內(nèi)吊耳36的正上方并使氣筒體9的軸線與開孔器7的軸線保持交錯垂直，同時依據(jù)臥式氣筒1的平衡作用保持下吊裝繩16處于穩(wěn)定的拉伸狀態(tài)；最后，利用水下機器人將開孔器7從海管接入器6上拆卸下來并通過吊機回收至施工船上。

在圖11中，接入管段連接作業(yè)流程中，將氣筒1、上吊裝繩13、液壓推送器5和接入管段44重新組裝在一起并通過吊機和上吊裝繩13將其吊裝至水下安全閥39外側(cè)進口管段的上方，同時依據(jù)臥式氣筒1的平衡作用保持接入管段44始終處于非振蕩的穩(wěn)定懸吊狀態(tài)；然后，給液壓推送器5兩液壓缸供油，完成接入管段44與水下安全閥39之間的對中后停止給液壓缸供油，而維持液壓推送器5的供油壓力并保持兩液壓缸處于受拉狀態(tài)；接著，利用水下機器人完成接入管段44與水下安全閥39之間的連接，并拆卸液壓推送器5，在將兩液壓缸回油后關(guān)閉液壓推送器5；最后，依次完成海底管道8預(yù)制環(huán)形溝槽內(nèi)玻璃膠的涂覆和海底管道8開孔部位周圍防腐層的涂覆，最終完成整個海底管道8的接入作業(yè)。

上述各實施例僅用于說明本發(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)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。