水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法，應用于水下分離系統的快速對接和在線安裝。該在線安裝裝置的氣胞體采用非對稱式雙氣胞，依據球形調偏機構完成隨動漂移，自動調整安裝裝置的水平偏移量，依據氣胞體和平衡管的平衡作用自動調整垂向位移量，從而實現穩定吊裝；連接索具和上下吊裝底座分別完成水下三級分離器的三點式吊裝、成撬以及對中和支撐；三組捕捉筒和牽引管在吊裝底座上呈三點式布置而構成三筒自動對中機構，捕捉筒配合牽引管實現吊裝和對中作業中自動對中，捕捉筒內配置鎖緊機構而實現對中作業中的自動鎖緊；非對稱式在線安裝方法為依托安裝裝置實施整套作業流程，完成水下分離系統的在線快速安裝。

【技術實現步驟摘要】
水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法
本專利技術涉及一種海洋工程領域水下分離系統安裝時用的裝置及方法，特別是涉及一種水下三級分離系統專用的非對稱式在線安裝裝置及其安裝作業流程。
技術介紹
采用水下生產系統加浮式平臺的開采模式已成為深海油氣開發的最主要模式之一，水下生產系統一般由水下井口、采油樹、生產/分離設備、跨接管、海底管線等水下生產設備組成，采用水下分離設備可以將原油和生產污水處理設備由海上平臺組塊移至水下系統，極大簡化原油和生產污水處理流程，并有效解決常規技術設備占地面積和重量大等弊端，但同時也對水下生產系統的安裝作業提出了挑戰。目前，國外已經開發出安裝深水設備的多功能船及其對應的安裝裝置，且已在海上有關工程實際中進行了初步應用，而我國在深水設備安裝方面起步較晚，尚沒有技術成熟的深水設備安裝船只和專門的安裝裝置，水下設備的安裝仍然采用常規淺海的安裝作業方法，其安裝作業流程通常分為四個階段，階段一為水面上吊機吊運與下放作業，此過程中水下設備只受風力載荷的作用，階段二為水下設備未完全淹沒作業，而階段三則為完全淹沒作業階段，此過程中水下設備會受到波浪力和洋流力等載荷的作用，階段四為坐放與連接作業，此過程中主要受環境因素的影響。由此可見，水下設備安裝過程的受力情況極為復雜，整個安裝期間設備會受到風力、波浪力及洋流力等載荷的影響，同時受到安裝船舶運動的影響，為此常規淺海的安裝裝置及作業方式已不再適用于深水油氣田水下設備的安裝，而需要研制深水系統專用的安裝設備，以便保證深水開發施工作業的安全和設備結構的完整性，并且保證安裝精度，確保水下分離設備可以快速而平穩地安裝到正確的位置。
技術實現思路
為了有效解決水下分離系統的安裝問題并克服現有淺海安裝技術和作業方式存在的缺陷和不足，本專利技術的目的是提供一種適合深水油氣田開發水下三級分離系統安裝用的非對稱式在線安裝裝置及其安裝方法。依據平衡管兩側的非對稱式氣胞體的隨動漂移作用、平衡管和氣胞體的平衡作用、連接索具的三點式吊裝以及捕捉筒和牽引管間的三筒自動對中和鎖緊機構，實現水下三級分離系統的穩定吊裝、自動對中和鎖緊及其與水下管匯和海底管道間的快速對接和在線安裝。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法，該非對稱式在線安裝裝置主要由平衡管、氣胞體、吊裝索具、連接索具、吊裝底座、捕捉筒和牽引管組成，其整體設計采用非對稱式的構造，其中氣胞體、吊裝索具、連接索具、捕捉筒和牽引管采用立式布置的形式，而平衡管和吊裝底座則采用臥式布置的形式。氣胞體采用非對稱式雙氣胞構造，氣胞體內存儲有微正壓的氣體，依據球形調偏機構完成隨動漂移，以平衡掉吊裝和對中作業中波浪力和洋流內波力等隨機載荷，自動調整安裝裝置水平方向的偏移量，同時依據氣胞體的非對稱式平衡作用，平衡掉波浪和洋流內波經吊裝索具所傳遞的垂向振蕩載荷，自動調整安裝裝置的垂向位移量，以保證水下三級分離系統的穩定吊裝。氣胞體包括小氣胞、大氣胞、排氣閥、調偏球體、調偏壓蓋和調偏本體，其中小氣胞、大氣胞和調偏球體的材質采用高強度、冷熱穩定性強的聚酯簾子布斜交與耐海水橡膠復合后，經過高壓和高溫模具硫化而成，調偏壓蓋和調偏本體的材質選用超級雙相不銹鋼，同時通體涂覆玻璃膠。氣胞體的各部件采用分體式結構，排氣閥、調偏球體、調偏壓蓋和調偏本體均含有左右兩個結構完全相同的單體，并分別與小氣胞和大氣胞一一對應，且左右兩個調偏壓蓋和調偏本體之間的軸線保持平行。氣胞體所用的非對稱式雙氣胞包括小氣胞和大氣胞，小氣胞和大氣胞均采用倒錐形的氣胞，且均由上球體和下錐體組成，小氣胞和大氣胞的上球體采用半球體構造，上球體的頂部設有柱形凸臺，該柱形凸臺的中央加工有密封性管螺紋孔，并配置排氣閥，排氣閥的開啟和關閉可以為氣體進出和海水填充小氣胞和大氣胞的胞腔提供通道。小氣胞和大氣胞的下錐體采用倒圓錐體構造，下錐體上部的大端圓面與上球體的下端面結合處保持相切，而其下部的小端圓面直徑則等于調偏球體上部盤體部分的外徑。氣胞體的球形調偏機構由調偏球體、調偏壓蓋和調偏本體組成，調偏球體與調偏壓蓋和調偏本體間采用球面副，依靠波浪力和洋流內波力等隨機載荷，調偏球體自行調整角度并完成小氣胞和大氣胞的隨動漂移，從而達到調整安裝裝置水平方向偏移量的目的。調偏本體采用圓柱體，其下部通過法蘭盤與平衡管進行連接，而調偏本體上端面的中央部位則加工有半圓球面，調偏本體半圓球面的球心位于調偏本體的軸線上；調偏本體法蘭盤的下端面上銑有環形凹槽，該環形凹槽的截面呈等腰梯形，其內配有六邊形金屬環，六邊形金屬環采用粗金屬環體，其金屬環本體的材質采用強度高和耐溫性能強的金屬，同時金屬環本體的外部包裹有金屬箔片。調偏壓蓋的外環面由上而下依次為圓錐面和圓柱面，而其上端面的中央部位則鉆有倒圓錐面，該倒圓錐面的小端圓面直徑大于調偏球體中部柱體的外徑，同時其錐度大于氣胞體的調偏角度；而且該倒圓錐面下端的調偏壓蓋腔壁上加工有半圓球面，調偏壓蓋的半圓球面與調偏本體的半圓球面均進行精密研磨處理，且兩半圓球面始終保持同心，同時調偏壓蓋的半圓球面下部腔壁內襯有管狀壓套，該管狀壓套的材質選用鎳基合金并通過密封性管螺紋將調偏壓蓋與調偏本體相連接。調偏球體的上部通過盤體而分別與小氣胞和大氣胞連接在一起，調偏球體的中部由上而下依次采用倒錐體和柱體，調偏球體倒錐體的錐度等于調偏壓蓋倒圓錐面的錐度；調偏球體的下部則采用圓球面，該圓球面與調偏壓蓋和調偏本體的半圓球面始終保持同心并采用間隙配合而構成球面副，以保證調偏球體在調偏壓蓋和調偏本體內的自由度和靈活度；調偏球體的下端切割有與其上部盤體端面相平行的切面，該切面中央部位處的腔壁采用圓錐面和柱面相結合的結構，以便改善調偏球體內部的應力。調偏球體的圓球面由上而下設有等間距分層布置的環形溝槽，共四層，各層環形溝槽均沿調偏球體的圓球面傾斜放置，且各層環形溝槽中心線所在錐面的錐頂點均與調偏球體圓球面的球心保持同心，各層環形溝槽的橫截面均采用矩形，其內填充潤滑脂，同時上面兩層環形溝槽與調偏壓蓋的半圓球面進行配合，而下面兩層環形溝槽則與調偏本體的半圓球面進行配合。平衡管采用臥式長管體構造，上連氣胞體和吊裝索具且下接連接索具，同時平衡管內存儲微正壓的氣體并輔助氣胞體平衡吊裝、對中和對接作業中波浪和洋流內波經吊裝索具所傳遞的垂向振蕩載荷。平衡管包括基管體、上吊座和中支托，平衡管的材質選用超級雙相不銹鋼，同時通體涂覆玻璃膠。基管體的兩側端分別設置有法蘭盤，各法蘭盤的外側均配置有一個盲端法蘭，從而將基管體分隔成獨立的密閉腔室，各法蘭盤和盲端法蘭相結合的端面上均設有相同規格大小的環形凹槽，且法蘭盤和盲端法蘭上的兩環形凹槽對稱布置而構成環形空腔，該環形空腔內配置有六邊形金屬環，從而實現基管體兩側端的密封。基管體的左右兩側分別設置三通管，左右側三通管采用非對稱式的垂向布置，且其軸線分別與調偏壓蓋和調偏本體的軸線重合，左右側三通管在基管體上的軸向位置依據水下三級分離器在左右兩側的重心位置而定；左右側三通管的上端均設置法蘭盤，并通過雙頭螺柱與調偏本體的法蘭盤進行連接。左右側三通管法蘭盤的上端面加工有與調偏本體法蘭盤上相同規格大小的環形凹槽，且左右側三通管法蘭盤上的環形凹槽和調本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法，該非對稱式在線安裝裝置依據平衡管兩側的非對稱式氣胞體的隨動漂移作用、平衡管和氣胞體的平衡作用、連接索具的三點式吊裝以及捕捉筒和牽引管間的三筒自動對中和鎖緊機構，實現水下三級分離系統的穩定吊裝、自動對中和鎖緊及其與水下管匯和海底管道間的快速對接和在線安裝，其特征在于：該非對稱式在線安裝裝置的整體設計采用非對稱式構造，其中氣胞體、吊裝索具、連接索具、捕捉筒和牽引管采用立式布置，而平衡管和吊裝底座則采用臥式布置；一氣胞體；所述氣胞體采用非對稱式雙氣胞構造，依據球形調偏機構完成隨動漂移，自動調整安裝裝置水平方向的偏移量，同時依據非對稱式平衡作用自動調整安裝裝置垂向位移量；氣胞體的各部件采用分體式結構，小氣胞和大氣胞均采用倒錐形的氣胞，且均由上球體和下錐體組成，其中上球體采用半球體，上球體頂部設有柱形凸臺并配置排氣閥；氣胞體的球形調偏機構由調偏球體、調偏壓蓋和調偏本體組成，調偏球體與調偏壓蓋和調偏本體間采用球面副，調偏本體上端面的中央部位加工有半圓球面，調偏本體半圓球面的球心位于調偏本體的軸線上，調偏本體法蘭盤的下端面上銑有環形凹槽，其內配有六邊形金屬環；調偏壓蓋上端面的中央部位鉆有倒圓錐面，該倒圓錐面下端的調偏壓蓋腔壁上加工有半圓球面，調偏壓蓋的半圓球面與調偏本體的半圓球面始終保持同心，同時調偏壓蓋的半圓球面下部腔壁內襯有管狀壓套；調偏球體的中部由上而下依次采用倒錐體和柱體，而其下部則采用圓球面，該圓球面與調偏壓蓋和調偏本體的半圓球面始終保持同心，且該圓球面由上而下設有等間距分層布置的環形溝槽，調偏球體的下端切割有與其上部盤體端面相平行的切面；一平衡管；所述平衡管采用臥式長管體，基管體的兩側端分別設置有法蘭盤，各法蘭盤的外側均配置一個盲端法蘭，從而將基管體分隔成獨立的密閉腔室，基管體的左右兩側分別設置三通管，左右側三通管采用非對稱式的垂向布置且其上端均設置法蘭盤，該法蘭盤的上端面加工有與調偏本體法蘭盤上相同規格大小的環形凹槽；上吊座和中支托均垂向設置，其中上吊座對稱布置于基管體上部管體的兩側且位于左右側三通管之間的位置，上吊座分為兩組，中支托則采用非對稱的方式布置于基管體的下部管體上，中支托分為三組；一吊裝索具和連接索具；所述吊裝索具由一根主吊繩和兩根分吊繩組成，且主吊繩與分吊繩之間呈星形布置，所述連接索具由三根連接繩和三組下支座組成，三根連接繩均垂向布置；主吊繩、分吊繩和連接繩均由繩接頭、連接管和繩體構成，主吊繩配置一個連接管和繩體，每根分吊繩則配有一個繩接頭、連接管和繩體，同時每根連接繩均配置兩個繩接頭和連接管及一個繩體，每組下支座由兩個相互平行的側板和一個水平放置的法蘭盤拼接而成；一吊裝底座；所述吊裝底座由槽鋼和工字鋼拼接而成，其整體輪廓呈現類船形，吊裝底座中部的主“船”體呈矩形，其左側的“船”艏呈等腰梯形，而其右側的“船”艉呈矩形，由此三組捕捉筒和牽引管在吊裝底座上呈三點式布置而構成三筒自動對中機構；一捕捉筒；所述捕捉筒采用三個立式厚壁筒體，并分別布置于上吊裝底座；捕捉基筒采用圓柱體和錐體相結合的筒體，其中部筒壁上鉆有沿圓周方向均勻布置的柱形盲孔，每個柱形盲孔的底部加工有變截面的定位軸；捕捉基筒中部筒壁上的柱形盲孔內配置有由鎖銷和鎖簧構成的鎖緊機構，鎖銷采用階梯軸結構，且鎖銷的內側端面設有鍥形坡口；一牽引管；所述牽引管采用三個立式長管體，并分別布置于下吊裝底座，其整體輪廓呈現類火箭形；支撐管采用錐管，牽引基管由錐管和柱管焊接而成，其錐管的外壁錐面的錐度與鎖銷上鍥形坡口的傾斜度一致，且其柱管中部鉆有與捕捉筒鎖緊機構相配合的圓形孔眼；水下三級分離系統非對稱式在線安裝方法為依托非對稱式在線安裝裝置依次實施一整套作業流程，包括：水下管匯測量與定位作業、分離系統吊裝作業、非對稱式對中作業、氣胞平衡管回收作業和分離系統對接作業，由此完成水下三級分離系統的在線快速安裝。...

【技術特征摘要】
1.一種水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法，該非對稱式在線安裝裝置依據平衡管兩側的非對稱式氣胞體的隨動漂移作用、平衡管和氣胞體的平衡作用、連接索具的三點式吊裝以及捕捉筒和牽引管間的三筒自動對中和鎖緊機構，實現水下三級分離系統的穩定吊裝、自動對中和鎖緊及其與水下管匯和海底管道間的快速對接和在線安裝，其特征在于：該非對稱式在線安裝裝置的整體設計采用非對稱式構造，其中氣胞體、吊裝索具、連接索具、捕捉筒和牽引管采用立式布置，而平衡管和吊裝底座則采用臥式布置；一氣胞體；所述氣胞體采用非對稱式雙氣胞構造，依據球形調偏機構完成隨動漂移，自動調整安裝裝置水平方向的偏移量，同時依據非對稱式平衡作用自動調整安裝裝置垂向位移量；氣胞體的各部件采用分體式結構，小氣胞和大氣胞均采用倒錐形的氣胞，且均由上球體和下錐體組成，其中上球體采用半球體，上球體頂部設有柱形凸臺并配置排氣閥；氣胞體的球形調偏機構由調偏球體、調偏壓蓋和調偏本體組成，調偏球體與調偏壓蓋和調偏本體間采用球面副，調偏本體上端面的中央部位加工有半圓球面，調偏本體半圓球面的球心位于調偏本體的軸線上，調偏本體法蘭盤的下端面上銑有環形凹槽，其內配有六邊形金屬環；調偏壓蓋上端面的中央部位鉆有倒圓錐面，該倒圓錐面下端的調偏壓蓋腔壁上加工有半圓球面，調偏壓蓋的半圓球面與調偏本體的半圓球面始終保持同心，同時調偏壓蓋的半圓球面下部腔壁內襯有管狀壓套；調偏球體的中部由上而下依次采用倒錐體和柱體，而其下部則采用圓球面，該圓球面與調偏壓蓋和調偏本體的半圓球面始終保持同心，且該圓球面由上而下設有等間距分層布置的環形溝槽，調偏球體的下端切割有與其上部盤體端面相平行的切面；一平衡管；所述平衡管采用臥式長管體，基管體的兩側端分別設置有法蘭盤，各法蘭盤的外側均配置一個盲端法蘭，從而將基管體分隔成獨立的密閉腔室，基管體的左右兩側分別設置三通管，左右側三通管采用非對稱式的垂向布置且其上端均設置法蘭盤，該法蘭盤的上端面加工有與調偏本體法蘭盤上相同規格大小的環形凹槽；上吊座和中支托均垂向設置，其中上吊座對稱布置于基管體上部管體的兩側且位于左右側三通管之間的位置，上吊座分為兩組，中支托則采用非對稱的方式布置于基管體的下部管體上，中支托分為三組；一吊裝索具和連接索具；所述吊裝索具由一根主吊繩和兩根分吊繩組成，且主吊繩與分吊繩之間呈星形布置，所述連接索具由三根連接繩和三組下支座組成，三根連接繩均垂向布置；主吊繩、分吊繩和連接繩均由繩接頭、連接管和繩體構成，主吊繩配置一個連接管和繩體，每根分吊繩則配有一個繩接頭、連接管和繩體，同時每根連接繩均配置兩個繩接頭和連接管及一個繩體，每組下支座由兩個相互平行的側板和一個水平放置的法蘭盤拼接而成；一吊裝底座；所述吊裝底座由槽鋼和工字鋼拼接而成，其整體輪廓呈現類船形，吊裝底座中部的主“船”體呈矩形，其左側的“船”艏呈等腰梯形，而其右側的“船”艉呈矩形，由此三組捕捉筒和牽引管在吊裝底座上呈三點式布置而構成三筒自動對中機構；一捕捉筒；所述捕捉筒采用三個立式厚壁筒體，并分別布置于上吊裝底座；捕捉基筒采用圓柱體和錐體相結合的筒體，其中部筒壁上鉆有沿圓周方向均勻布置的柱形盲孔，每個柱形盲孔的底部加工有變截面的定位軸；捕捉基筒中部筒壁上的柱形盲孔內配置有由鎖銷和鎖簧構成的鎖緊機構，鎖銷采用階梯軸結構，且鎖銷的內側端面設有鍥形坡口；一牽引管；所述牽引管采用三個立式長管體，并分別布置于下吊裝底座，其整體輪廓呈現類火箭形；支撐管采用錐管，牽引基管由錐管和柱管焊接而成，其錐管的外壁錐面的錐度與鎖銷上鍥形坡口的傾斜度一致，且其柱管中部鉆有與捕捉筒鎖緊機構相配合的圓形孔眼；水下三級分離系統非對稱式在線安裝方法為依托非對稱式在線安裝裝置依次實施一整套作業流程，包括：水下管匯測量與定位作業、分離系統吊裝作業、非對稱式對中作業、氣胞平衡管回收作業和分離系統對接作業，由此完成水下三級分離系統的在線快速安裝。2.根據權利要求1所述的水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法，其特征在于：所述氣胞體的排氣閥、調偏球體、調偏壓蓋和調偏本體均含有左右兩個結構完全相同的單體，并分別與小氣胞和大氣胞一一對應，左右兩個調偏壓蓋和調偏本體之間的軸線保持平行；所述氣胞體的非對稱式雙氣胞包括小氣胞和大氣胞，小氣胞和大氣胞的下錐體采用倒圓錐體，且下錐體上部的大端圓面與小氣胞和大氣胞上球體的下端面結合處保持相切；所述氣胞體依靠波浪力和洋流內波力等隨機載荷，球形調偏機構中的調偏球體自行調整角度并完成小氣胞和大氣胞的隨動漂移，從而調整安裝裝置水平方向的偏移量。3.根據權利要求1或2所述的水下三級分離系統非對稱式在線安裝裝置及方法，其特征在于：所述調偏本體采用圓柱體，其下部通過法蘭盤與平衡管進行連接；調偏本體法蘭盤下端面上的環形凹槽截面呈等腰梯形，其內配置的六邊形金屬環采用粗金屬環體；所述調偏壓蓋的外環面由上而下依次為圓錐面和圓柱面，調偏壓蓋上端面中央部位的倒圓錐面小端圓面直徑大于調偏球體中部柱體的外徑，且該倒圓錐面的錐度大于氣胞體的調偏角度，調偏壓蓋半圓球面下部的管狀壓套通過密封性管螺紋將調偏壓蓋與調偏本體相連接；所述調偏球體的上部通過盤體而分別與小氣胞和大氣胞連接在一起，調偏球體倒錐體的錐度等于調偏壓蓋倒圓錐面的錐度；調偏球體的圓球面與調偏壓蓋和調偏本體的半圓球面采用間隙配合而構成球面副，調偏球體下端的切面中央部位處的腔壁采用圓錐面和柱面相結合的結構，調偏球體圓球面上的各層環形溝槽均沿調偏球體的圓球面傾斜放置，且各層環形溝槽中心線所在錐面的錐頂點均與調偏球體圓球面的球心保持同心，同時上面兩層環形溝槽與調偏壓蓋的半圓球面進行配合，而下面兩層環形溝槽與調偏本體的半圓球面...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉新福，楊勇，劉春花，張守森，王德祥，陳風官，
申請(專利權)人：青島理工大學，
類型：發明
國別省市：山東,37