專利名稱：用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(group)和方法。
背景技術(shù)：
在海底鋪設(shè)管道時也希望將它們埋設(shè)，以便保護(hù)它們免于具體當(dāng)?shù)匾蛩?，如捕魚、 航行、洋流、海浪運(yùn)動、自然事件等等?；谶@些因素和依據(jù)海底的形態(tài)和深海測量法，除決定埋設(shè)管道的部分區(qū)段或整個長度的必要性之外，也建立空穴的特性，即挖掘深度、覆蓋物的實(shí)體和等級。在最近一些年，與在海底埋設(shè)管道操作中包含的經(jīng)濟(jì)方面相一致地，這種操作在低于海岸線的區(qū)段中已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)，這也歸因于法規(guī)的強(qiáng)加。具體地說，存在用來在海底中鋪設(shè)和埋設(shè)管道的三種方法-預(yù)先挖溝，即在管道的鋪設(shè)操作之前，對用于接收管道的溝槽進(jìn)行預(yù)先挖掘和處理；-在管道入水和鋪設(shè)期間同時挖溝；及-在管道鋪設(shè)之后進(jìn)行后挖溝，即在入水、搬運(yùn)或放置在所需位置之后，通過除去下面的材料而埋設(shè)管道。預(yù)先挖溝方法優(yōu)選地應(yīng)用在密實(shí)海底的情況下，這些密實(shí)海底包括膠結(jié)沉積物或巖化物或巖石。相反，同時挖溝和后挖溝方法特別適用于由沉積物表層覆蓋的海底，該沉積物表層具有大于對挖掘要求的深度的厚度，或者包括非巖化或非膠結(jié)材料或易碎材料。預(yù)先挖溝方法要求比管道尺寸大得多的挖掘，因?yàn)殡S后對管道進(jìn)行鋪設(shè)；或要求特別精確的鋪設(shè)技術(shù)，叫做引導(dǎo)鋪設(shè)。同時挖溝方法要求兩種類型的設(shè)備(入水和挖掘設(shè)備)的同時操作以及兩種操作的同步，從而使過程難以實(shí)現(xiàn)。后挖溝方法可在鋪設(shè)管道之后完成，因?yàn)樗鼈儾灰髢煞N不同海洋裝置的同時存在。同時挖溝和后挖溝方法具有在挖掘階段期間使管子可能變形或損壞的缺點(diǎn)，如圖 1所示。在挖掘期間，事實(shí)上，管道處于所謂的“跨度(span) ”構(gòu)造中，即懸置在已經(jīng)挖掘的海底區(qū)域與還未騰空(empty)的海底部分之間，具體地說，與挖溝機(jī)的緊鄰的位置相對應(yīng)。在這種構(gòu)造中，如果在未挖掘和挖掘部分之間的高度差是顯著的，則管道經(jīng)受可引起其變形或甚至毀壞的應(yīng)力。因此，后挖溝挖掘和同時挖溝挖掘當(dāng)前借助于連續(xù)的小深度通道來實(shí)現(xiàn)，以便將跨度減小到最小，該跨度在挖掘機(jī)與已經(jīng)挖掘的海底之間產(chǎn)生。在任何情況下各種挖掘通道的必要性引起了在后挖溝和同時挖溝方法中所需的整個操作時段的延長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服以上提到的缺點(diǎn)，并且具體地說，提出一種用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法，這種設(shè)備組和方法允許在短時間內(nèi)在現(xiàn)場定位管子，同時將由所述管道經(jīng)受的應(yīng)力保持在容許極限內(nèi)。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法，這種設(shè)備組和方法能夠在管子鋪設(shè)期間或之后，實(shí)現(xiàn)海底的挖掘，從而降低管子變形或毀壞的危險。本發(fā)明的另外目的是，提供一種用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法， 這種設(shè)備組和方法能夠以減小數(shù)目的通道實(shí)現(xiàn)海底的深挖掘，而不損壞待被鋪設(shè)和埋設(shè)的管子。根據(jù)本發(fā)明的這些和其它目的通過提供一種用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法而實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)備組和方法在獨(dú)立權(quán)利要求中限定。用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法的另外特征是從屬權(quán)利要求的主題。


根據(jù)本發(fā)明的一種用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法的特征和優(yōu)點(diǎn)， 通過參照所附的示意圖由如下說明性和非限制性的描述將變得更明顯，在這些示意圖中圖1是由根據(jù)當(dāng)前使用方法的管道鋪設(shè)和埋設(shè)引起的可能效果的示意構(gòu)造；圖2a_2c示出了由根據(jù)本發(fā)明的用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的方法實(shí)施的操作階段的順序；圖3是根據(jù)本發(fā)明的在海底上管道的鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組的部分立體圖；圖4是兩個浮動元件的立體圖，這兩個浮動元件用在根據(jù)本發(fā)明的在海底上管道的鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組中；圖5是圖4的兩個浮動元件的升起的側(cè)視圖；圖6是浮動元件的升起的正視圖，該浮動元件用在根據(jù)本發(fā)明的在海底上管道的鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組中；圖7是沿圖5的線A-A的剖視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的用來在海底上鋪設(shè)和埋設(shè)管道的方法方框圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，這些附圖示出了在海底上管道的鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組，該設(shè)備組作為整體用10表示。用于管道鋪設(shè)和埋設(shè)的設(shè)備組10包括挖掘裝置11，例如像裝備有海底20的切削裝置16的挖溝機(jī)，所述切削裝置16如銑削刀具、齒緣輪及/或金剛石磨盤；和沉積物抽吸和除去裝置13，如排水泵和/或抽吸泵，這些排水泵和/或抽吸泵抽吸挖掘的碎片，并且將它排放在溝道的側(cè)部，從而在由挖掘裝置11產(chǎn)生的溝槽的邊緣上形成邊沿和突出部 (spurs) ο在管道15的鋪設(shè)期間或之后，為了實(shí)現(xiàn)海底20的挖掘，挖掘裝置11裝備有用于鉤住管道15的鉤住裝置；以及用來在管道15上滑動的裝置，例如抓取和搬運(yùn)夾具和/或涂橡膠的滾輪。以這種方式，可以既保持管道15與挖掘裝置11之間的相對位置以防止銑削刀具和機(jī)械切削元件16的運(yùn)動意外損壞涂層，又在前進(jìn)階段中沿管道15滑動，所述涂層通常是粘結(jié)性材料，該粘結(jié)性材料覆蓋在管道15外部。在前進(jìn)和挖掘期間挖掘裝置11的功能通常由遠(yuǎn)程控制操作，并且由控制管纜(未示出)控制，該控制管纜包括一束連接件，這些連接件一方面供給液壓和電氣動力，并且另一方面，供給各種功能和傳感器的驅(qū)動命令，這些傳感器安裝在挖掘裝置11本身上。根據(jù)本發(fā)明，管道鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組10包括多個浮動裝置14，這些浮動裝置14連接至挖掘裝置11，并且可約束至管道15。具體地說，第一浮動裝置14由特定的第一連接裝置12連接(如由纜索連接)，相對于挖掘裝置11的前進(jìn)方向位于挖掘裝置后面，并且特別是位于沉積物抽吸和除去裝置 13后面。隨后的浮動裝置14相對于挖掘裝置11的前進(jìn)方向而適當(dāng)?shù)剡B接至緊鄰的前面的浮動裝置。以這種方式，形成浮動裝置14的所謂的系列或序列，該系列或序列在挖掘階段期間逐漸地被約束到管道15，以便當(dāng)管道處于前面的挖掘部分與溝槽的前部之間的跨度構(gòu)造中時支撐管道。浮動裝置14的數(shù)目除根據(jù)管道15的特性之外，根據(jù)借助于有關(guān)裝置11實(shí)現(xiàn)的溝槽的深度和進(jìn)展而變化，這些浮動裝置14用在根據(jù)本發(fā)明的管道鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組10中的隨后階段，以便用來支撐管道。在整個鋪設(shè)和埋設(shè)過程期間使用的浮動裝置14的總數(shù)目關(guān)于管道15的物理特性和埋設(shè)深度而確定。所需的管道15的物理特性(這些物理特性影響浮動裝置14的總數(shù)目的確定) 是-重量，與管子15的管狀體的厚度、和其外部的粘結(jié)性材料涂層有關(guān)，該管狀體通常由鋼制成；和-剛度，也與鋼體的厚度、以及使用的材料類型、其自由跨度耐受極限有關(guān)，該鋼體引起管子的放回(lay back)。用在根據(jù)本發(fā)明的管道鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組10中的浮動裝置14優(yōu)選地包括例如由鋼制成的剛性結(jié)構(gòu)17，該剛性結(jié)構(gòu)17具有帶縱向伸展部的細(xì)長構(gòu)造，至少一個浮動元件18 整體地約束至該剛性結(jié)構(gòu)17，該至少一個浮動元件18優(yōu)選地由一種材料制成，這種材料具有相對于水的密度更低的密度，像例如聚乙烯殼體。在示出的優(yōu)選實(shí)施例中，剛性結(jié)構(gòu)17和至少一個浮動元件18形成夾層結(jié)構(gòu)，在該夾層結(jié)構(gòu)中，剛性結(jié)構(gòu)17相對于其縱向伸展部包括兩個端部壁17a，在這兩個端部壁17a之間，插入至少一個浮動元件18。在浮動裝置14的周緣位置中設(shè)置用于鉤住管道15的鉤住裝置19，該鉤住裝置19 形成管狀座，該管狀座在浮動裝置14的整個縱向延伸部范圍上延伸。所述鉤住裝置19優(yōu)選地包括多對鐮刀形臂19a、19b，這些鐮刀形臂19a、19b鉸接到剛性結(jié)構(gòu)17，并且沿同一剛性結(jié)構(gòu)17的整個縱向延伸部分布，以便形成管狀夾爪結(jié)構(gòu)。
夾爪結(jié)構(gòu)19a、19b的打開和關(guān)閉借助于液壓致動器或油動態(tài)活塞(oil-dynamic piston)操縱，例如借助于液壓起重器操縱，這些液壓致動器或油動態(tài)活塞由控制管纜驅(qū)動。在管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，所述多對臂19a、19b優(yōu)選地支撐多個滑塊21，這些滑塊21具有細(xì)長構(gòu)造并且沿剛性結(jié)構(gòu)17的縱向延伸部彼此平行地布置。一旦浮動裝置14已經(jīng)鉤到管道15，管道就擱置在平行滑塊21上，這些平行滑塊 21允許管道相對于浮動裝置14滑動?；瑝K21的滑動表面優(yōu)選地由低摩擦材料制成，如由聚四氟乙烯(PTFE)或耐摩擦鋼制成，所述滑動表面與管道15相接觸。浮動裝置14也優(yōu)選地包括用于鉤住籠狀運(yùn)輸結(jié)構(gòu)30的鉤住裝置22，該籠狀運(yùn)輸結(jié)構(gòu)30用于鉤到管道15上的每個浮動裝置14的定位。浮動裝置14借助于運(yùn)輸結(jié)構(gòu)30從存儲基地(例如位于支承船只(未示出)上) 取出、在實(shí)施階段中與管道15對應(yīng)地運(yùn)輸、以及在對于管道15和對于之前安裝的浮動裝置 14的鉤住階段期間被引導(dǎo)。為了保持在兩個相繼的浮動裝置14之間的最小相互距離，所述浮動裝置14包括至少一個剛性間隔裝置23，所述剛性間隔裝置23從剛性結(jié)構(gòu)17的端部壁 17a突出。此外，為了控制浮動裝置14的序列相對于挖掘裝置11的位置，至少第一浮動裝置 14裝備有制動裝置，該制動裝置包括例如滑塊，該滑塊克服彈簧的阻力按壓到管道15上。 所述制動裝置的致動可以是液壓的。制動裝置的致動具有例如防止浮動裝置14的序列離挖掘裝置11的切削裝置16 太近的目的。為了根據(jù)具體情況建立管子支撐動作，浮動裝置14選擇性地裝備有平衡器24，該平衡器M具有的重量足夠用于校準(zhǔn)由浮動裝置14施加在管道15上的力。管道鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組10的操作100如下。通過挖掘裝置11，與管道15的鋪設(shè)位置相對應(yīng)地開始在海底20處創(chuàng)建溝槽(階段 110)。在沒有任何進(jìn)一步干預(yù)的情況下進(jìn)行第一挖掘階段，直到管道15接近“臨界跨度”構(gòu)造，即當(dāng)在管道15的兩個擱置點(diǎn)之間的距離使得在同一管道15上產(chǎn)生可引起其毀壞或變形的應(yīng)力。接近于這種臨界跨度構(gòu)造，將第一浮動裝置14從存儲基地取出，并且與管道15相對應(yīng)地運(yùn)輸(階段120)。然后相對于挖掘裝置11在后部位置中將第一浮動裝置14約束至管道15，并且將第一浮動裝置14連接至同一挖掘裝置11 (階段130)。當(dāng)處于懸掛構(gòu)造中的管道的部分隨著挖掘進(jìn)行而增大時，另外的浮動裝置14從存儲基地相繼地取出，并且與管道15相對應(yīng)地運(yùn)輸(階段140)。將相繼的浮動裝置14約束到管道，并且連接至之前安裝的浮動裝置14(階段 150)。因此逐漸地形成一系列的浮動裝置14，所述一系列的浮動裝置連接至挖掘裝置 11并且約束到管道15，以便在就挖掘裝置11而言的挖掘過程期間將管道15維持在其跨度構(gòu)造中。隨著挖掘裝置11前進(jìn)，浮動裝置14的序列沿管道15滑動，以便在挖掘裝置11與
7第一浮動裝置14之間保持恒定相互定位，該第一浮動裝置14定位成與同一挖掘裝置11直接連接。因此，根據(jù)本發(fā)明的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法，在海底的隨后挖掘和同時挖掘的情況下，允許管道在現(xiàn)場定位，以便在管道不經(jīng)受由跨度布局造成的應(yīng)力的情況下埋設(shè)它們，該跨度布局由于在由挖掘產(chǎn)生的管道的擱置點(diǎn)之間的高度差而產(chǎn)生。因此可以在極大深度下按單個通道或按減少數(shù)目的通道來實(shí)現(xiàn)挖掘，因而減小管道在海底處的整個實(shí)施和埋設(shè)時間。最后，如此設(shè)置的用于管道鋪設(shè)和埋設(shè)的設(shè)備組顯然可經(jīng)受多種修改和變更，這些修改和變更全部包括在本發(fā)明中；此外，全部細(xì)節(jié)可由技術(shù)上等效的元素替代。在實(shí)際中，使用的材料以及尺寸可根據(jù)技術(shù)要求而變化。
權(quán)利要求
1.一種用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，包括挖掘裝置(11)，所述挖掘裝置至少設(shè)有用來切入到海底00)內(nèi)的裝置，并且設(shè)有用來鉤在管道(15)上并且用來在所述管道(1 上滑動的裝置，其特征在于，所述設(shè)備組包括至少一個浮動裝置(14)，所述浮動裝置能夠固定到所述管道(1 以在跨度中支撐所述管道，所述浮動裝置相對于所述挖掘裝置(11)的運(yùn)動方向連接至所述挖掘裝置的后面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，第一浮動裝置(14)通過第一連接裝置(1 直接地連接至所述挖掘裝置(11)，并且各第二浮動裝置(14)在所述挖掘裝置(11)的運(yùn)動方向上連接至布置在緊鄰的前面位置中的浮動裝置(14)，從而形成一系列的浮動裝置(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，所述至少一個浮動裝置(14)包括剛性結(jié)構(gòu)(17)，所述剛性結(jié)構(gòu)構(gòu)造有縱向延伸部，至少一個浮動元件(18)固定地連接至所述剛性結(jié)構(gòu)，在所述剛性結(jié)構(gòu)(17)的周緣部分處設(shè)有用來鉤到所述管道(1 的鉤住裝置(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，所述剛性結(jié)構(gòu)(17)和所述至少一個浮動元件(18)形成夾層結(jié)構(gòu)，所述剛性結(jié)構(gòu)(17)相對于其縱向延伸部包括兩個端部壁(17a)，所述至少一個浮動元件(18)布置在這兩個端部壁之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，所述鉤住裝置(19)包括多對鐮刀形臂(19a、19b)，這些鐮刀形臂鉸接到所述剛性結(jié)構(gòu) (17)，并且沿所述剛性結(jié)構(gòu)(17)的縱向延伸部分布，以便形成管狀夾爪結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，所述管狀夾爪結(jié)構(gòu)(19a、19b)被制成為通過多個液壓致動器而打開和關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，所述多對鐮刀形臂(19a、19b)支撐多個滑塊(21)，這些滑塊具有細(xì)長的構(gòu)造，并且在所述管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)布置成彼此平行并與所述剛性結(jié)構(gòu)(17)的縱向延伸部平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，所述滑塊具有滑動表面，所述滑動表面至少部分地由聚四氟乙烯制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)，其特征在于，所述浮動裝置(14)包括至少一個間隔裝置(23)，所述間隔裝置從所述剛性結(jié)構(gòu) (17)的所述端部壁(17a)突出。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)， 其特征在于，至少所述第一浮動裝置(14)包括制動裝置，所述制動裝置適用于阻止所述浮動裝置(14)在所述管道(1 上的滑動。
11.一種用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的方法(100)，包括通過挖掘裝置(11)在海底中在管道(1 的鋪設(shè)位置處進(jìn)行挖掘(110)的步驟，其特征在于，所述方法另外包括以下步驟-從存儲基地拾取(120)浮動裝置(14)，并且將所述浮動裝置運(yùn)輸?shù)剿龉艿?15)；-當(dāng)管道(1 的至少一部分處于懸掛構(gòu)造中時，將所述第一浮動裝置(14)在所述挖掘裝置(11)后面附接(130)到所述管道(15)，并且將所述第一浮動裝置(14)連接至所述挖掘裝置(11)；-隨著處于懸掛構(gòu)造中的管道(1 的所述部分增大，拾取(140)隨后的浮動裝置 (14)；以及-將所述隨后的浮動裝置(14)附接到所述管道(15)，并且將隨后的浮動裝置(14)連接至較早附接的所述浮動裝置(14)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的方法(100)，其特征在于，所述挖掘裝置(11)和所述浮動裝置(14)形成根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來在海底鋪設(shè)和埋設(shè)管道的設(shè)備組和方法，其中，根據(jù)本發(fā)明的鋪設(shè)和埋設(shè)設(shè)備組包括挖掘裝置(11)，所述挖掘裝置至少設(shè)有用來切入海底(20)的裝置，并且設(shè)有用來鉤在管道(15)上并且用來在管道上滑動的裝置，并且其特征在于，它包括至少一個浮動裝置(14)，所述浮動裝置可約束到管道(15)上以在跨度中支撐管道(15)，所述浮動裝置相對于所述挖掘裝置(11)的運(yùn)動方向連接至所述挖掘裝置(11)的后面。
文檔編號E02F5/10GK102459767SQ201080025097
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者D·拉扎林, M·福爾曼蒂 申請人:塞彭公司