水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法，应用于水下分离系统的快速对接和在线安装。该在线安装装置的气胞体采用非对称式双气胞，依据球形调偏机构完成随动漂移，自动调整安装装置的水平偏移量，依据气胞体和平衡管的平衡作用自动调整垂向位移量，从而实现稳定吊装；连接索具和上下吊装底座分别完成水下三级分离器的三点式吊装、成撬以及对中和支撑；三组捕捉筒和牵引管在吊装底座上呈三点式布置而构成三筒自动对中机构，捕捉筒配合牵引管实现吊装和对中作业中自动对中，捕捉筒内配置锁紧机构而实现对中作业中的自动锁紧；非对称式在线安装方法为依托安装装置实施整套作业流程，完成水下分离系统的在线快速安装。

【技术实现步骤摘要】
水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法
本专利技术涉及一种海洋工程领域水下分离系统安装时用的装置及方法，特别是涉及一种水下三级分离系统专用的非对称式在线安装装置及其安装作业流程。
技术介绍
采用水下生产系统加浮式平台的开采模式已成为深海油气开发的最主要模式之一，水下生产系统一般由水下井口、采油树、生产/分离设备、跨接管、海底管线等水下生产设备组成，采用水下分离设备可以将原油和生产污水处理设备由海上平台组块移至水下系统，极大简化原油和生产污水处理流程，并有效解决常规技术设备占地面积和重量大等弊端，但同时也对水下生产系统的安装作业提出了挑战。目前，国外已经开发出安装深水设备的多功能船及其对应的安装装置，且已在海上有关工程实际中进行了初步应用，而我国在深水设备安装方面起步较晚，尚没有技术成熟的深水设备安装船只和专门的安装装置，水下设备的安装仍然采用常规浅海的安装作业方法，其安装作业流程通常分为四个阶段，阶段一为水面上吊机吊运与下放作业，此过程中水下设备只受风力载荷的作用，阶段二为水下设备未完全淹没作业，而阶段三则为完全淹没作业阶段，此过程中水下设备会受到波浪力和洋流力等载荷的作用，阶段四为坐放与连接作业，此过程中主要受环境因素的影响。由此可见，水下设备安装过程的受力情况极为复杂，整个安装期间设备会受到风力、波浪力及洋流力等载荷的影响，同时受到安装船舶运动的影响，为此常规浅海的安装装置及作业方式已不再适用于深水油气田水下设备的安装，而需要研制深水系统专用的安装设备，以便保证深水开发施工作业的安全和设备结构的完整性，并且保证安装精度，确保水下分离设备可以快速而平稳地安装到正确的位置。
技术实现思路
为了有效解决水下分离系统的安装问题并克服现有浅海安装技术和作业方式存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种适合深水油气田开发水下三级分离系统安装用的非对称式在线安装装置及其安装方法。依据平衡管两侧的非对称式气胞体的随动漂移作用、平衡管和气胞体的平衡作用、连接索具的三点式吊装以及捕捉筒和牵引管间的三筒自动对中和锁紧机构，实现水下三级分离系统的稳定吊装、自动对中和锁紧及其与水下管汇和海底管道间的快速对接和在线安装。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法，该非对称式在线安装装置主要由平衡管、气胞体、吊装索具、连接索具、吊装底座、捕捉筒和牵引管组成，其整体设计采用非对称式的构造，其中气胞体、吊装索具、连接索具、捕捉筒和牵引管采用立式布置的形式，而平衡管和吊装底座则采用卧式布置的形式。气胞体采用非对称式双气胞构造，气胞体内存储有微正压的气体，依据球形调偏机构完成随动漂移，以平衡掉吊装和对中作业中波浪力和洋流内波力等随机载荷，自动调整安装装置水平方向的偏移量，同时依据气胞体的非对称式平衡作用，平衡掉波浪和洋流内波经吊装索具所传递的垂向振荡载荷，自动调整安装装置的垂向位移量，以保证水下三级分离系统的稳定吊装。气胞体包括小气胞、大气胞、排气阀、调偏球体、调偏压盖和调偏本体，其中小气胞、大气胞和调偏球体的材质采用高强度、冷热稳定性强的聚酯帘子布斜交与耐海水橡胶复合后，经过高压和高温模具硫化而成，调偏压盖和调偏本体的材质选用超级双相不锈钢，同时通体涂覆玻璃胶。气胞体的各部件采用分体式结构，排气阀、调偏球体、调偏压盖和调偏本体均含有左右两个结构完全相同的单体，并分别与小气胞和大气胞一一对应，且左右两个调偏压盖和调偏本体之间的轴线保持平行。气胞体所用的非对称式双气胞包括小气胞和大气胞，小气胞和大气胞均采用倒锥形的气胞，且均由上球体和下锥体组成，小气胞和大气胞的上球体采用半球体构造，上球体的顶部设有柱形凸台，该柱形凸台的中央加工有密封性管螺纹孔，并配置排气阀，排气阀的开启和关闭可以为气体进出和海水填充小气胞和大气胞的胞腔提供通道。小气胞和大气胞的下锥体采用倒圆锥体构造，下锥体上部的大端圆面与上球体的下端面结合处保持相切，而其下部的小端圆面直径则等于调偏球体上部盘体部分的外径。气胞体的球形调偏机构由调偏球体、调偏压盖和调偏本体组成，调偏球体与调偏压盖和调偏本体间采用球面副，依靠波浪力和洋流内波力等随机载荷，调偏球体自行调整角度并完成小气胞和大气胞的随动漂移，从而达到调整安装装置水平方向偏移量的目的。调偏本体采用圆柱体，其下部通过法兰盘与平衡管进行连接，而调偏本体上端面的中央部位则加工有半圆球面，调偏本体半圆球面的球心位于调偏本体的轴线上；调偏本体法兰盘的下端面上铣有环形凹槽，该环形凹槽的截面呈等腰梯形，其内配有六边形金属环，六边形金属环采用粗金属环体，其金属环本体的材质采用强度高和耐温性能强的金属，同时金属环本体的外部包裹有金属箔片。调偏压盖的外环面由上而下依次为圆锥面和圆柱面，而其上端面的中央部位则钻有倒圆锥面，该倒圆锥面的小端圆面直径大于调偏球体中部柱体的外径，同时其锥度大于气胞体的调偏角度；而且该倒圆锥面下端的调偏压盖腔壁上加工有半圆球面，调偏压盖的半圆球面与调偏本体的半圆球面均进行精密研磨处理，且两半圆球面始终保持同心，同时调偏压盖的半圆球面下部腔壁内衬有管状压套，该管状压套的材质选用镍基合金并通过密封性管螺纹将调偏压盖与调偏本体相连接。调偏球体的上部通过盘体而分别与小气胞和大气胞连接在一起，调偏球体的中部由上而下依次采用倒锥体和柱体，调偏球体倒锥体的锥度等于调偏压盖倒圆锥面的锥度；调偏球体的下部则采用圆球面，该圆球面与调偏压盖和调偏本体的半圆球面始终保持同心并采用间隙配合而构成球面副，以保证调偏球体在调偏压盖和调偏本体内的自由度和灵活度；调偏球体的下端切割有与其上部盘体端面相平行的切面，该切面中央部位处的腔壁采用圆锥面和柱面相结合的结构，以便改善调偏球体内部的应力。调偏球体的圆球面由上而下设有等间距分层布置的环形沟槽，共四层，各层环形沟槽均沿调偏球体的圆球面倾斜放置，且各层环形沟槽中心线所在锥面的锥顶点均与调偏球体圆球面的球心保持同心，各层环形沟槽的横截面均采用矩形，其内填充润滑脂，同时上面两层环形沟槽与调偏压盖的半圆球面进行配合，而下面两层环形沟槽则与调偏本体的半圆球面进行配合。平衡管采用卧式长管体构造，上连气胞体和吊装索具且下接连接索具，同时平衡管内存储微正压的气体并辅助气胞体平衡吊装、对中和对接作业中波浪和洋流内波经吊装索具所传递的垂向振荡载荷。平衡管包括基管体、上吊座和中支托，平衡管的材质选用超级双相不锈钢，同时通体涂覆玻璃胶。基管体的两侧端分别设置有法兰盘，各法兰盘的外侧均配置有一个盲端法兰，从而将基管体分隔成独立的密闭腔室，各法兰盘和盲端法兰相结合的端面上均设有相同规格大小的环形凹槽，且法兰盘和盲端法兰上的两环形凹槽对称布置而构成环形空腔，该环形空腔内配置有六边形金属环，从而实现基管体两侧端的密封。基管体的左右两侧分别设置三通管，左右侧三通管采用非对称式的垂向布置，且其轴线分别与调偏压盖和调偏本体的轴线重合，左右侧三通管在基管体上的轴向位置依据水下三级分离器在左右两侧的重心位置而定；左右侧三通管的上端均设置法兰盘，并通过双头螺柱与调偏本体的法兰盘进行连接。左右侧三通管法兰盘的上端面加工有与调偏本体法兰盘上相同规格大小的环形凹槽，且左右侧三通管法兰盘上的环形凹槽和调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法，该非对称式在线安装装置依据平衡管两侧的非对称式气胞体的随动漂移作用、平衡管和气胞体的平衡作用、连接索具的三点式吊装以及捕捉筒和牵引管间的三筒自动对中和锁紧机构，实现水下三级分离系统的稳定吊装、自动对中和锁紧及其与水下管汇和海底管道间的快速对接和在线安装，其特征在于：该非对称式在线安装装置的整体设计采用非对称式构造，其中气胞体、吊装索具、连接索具、捕捉筒和牵引管采用立式布置，而平衡管和吊装底座则采用卧式布置；一气胞体；所述气胞体采用非对称式双气胞构造，依据球形调偏机构完成随动漂移，自动调整安装装置水平方向的偏移量，同时依据非对称式平衡作用自动调整安装装置垂向位移量；气胞体的各部件采用分体式结构，小气胞和大气胞均采用倒锥形的气胞，且均由上球体和下锥体组成，其中上球体采用半球体，上球体顶部设有柱形凸台并配置排气阀；气胞体的球形调偏机构由调偏球体、调偏压盖和调偏本体组成，调偏球体与调偏压盖和调偏本体间采用球面副，调偏本体上端面的中央部位加工有半圆球面，调偏本体半圆球面的球心位于调偏本体的轴线上，调偏本体法兰盘的下端面上铣有环形凹槽，其内配有六边形金属环；调偏压盖上端面的中央部位钻有倒圆锥面，该倒圆锥面下端的调偏压盖腔壁上加工有半圆球面，调偏压盖的半圆球面与调偏本体的半圆球面始终保持同心，同时调偏压盖的半圆球面下部腔壁内衬有管状压套；调偏球体的中部由上而下依次采用倒锥体和柱体，而其下部则采用圆球面，该圆球面与调偏压盖和调偏本体的半圆球面始终保持同心，且该圆球面由上而下设有等间距分层布置的环形沟槽，调偏球体的下端切割有与其上部盘体端面相平行的切面；一平衡管；所述平衡管采用卧式长管体，基管体的两侧端分别设置有法兰盘，各法兰盘的外侧均配置一个盲端法兰，从而将基管体分隔成独立的密闭腔室，基管体的左右两侧分别设置三通管，左右侧三通管采用非对称式的垂向布置且其上端均设置法兰盘，该法兰盘的上端面加工有与调偏本体法兰盘上相同规格大小的环形凹槽；上吊座和中支托均垂向设置，其中上吊座对称布置于基管体上部管体的两侧且位于左右侧三通管之间的位置，上吊座分为两组，中支托则采用非对称的方式布置于基管体的下部管体上，中支托分为三组；一吊装索具和连接索具；所述吊装索具由一根主吊绳和两根分吊绳组成，且主吊绳与分吊绳之间呈星形布置，所述连接索具由三根连接绳和三组下支座组成，三根连接绳均垂向布置；主吊绳、分吊绳和连接绳均由绳接头、连接管和绳体构成，主吊绳配置一个连接管和绳体，每根分吊绳则配有一个绳接头、连接管和绳体，同时每根连接绳均配置两个绳接头和连接管及一个绳体，每组下支座由两个相互平行的侧板和一个水平放置的法兰盘拼接而成；一吊装底座；所述吊装底座由槽钢和工字钢拼接而成，其整体轮廓呈现类船形，吊装底座中部的主“船”体呈矩形，其左侧的“船”艏呈等腰梯形，而其右侧的“船”艉呈矩形，由此三组捕捉筒和牵引管在吊装底座上呈三点式布置而构成三筒自动对中机构；一捕捉筒；所述捕捉筒采用三个立式厚壁筒体，并分别布置于上吊装底座；捕捉基筒采用圆柱体和锥体相结合的筒体，其中部筒壁上钻有沿圆周方向均匀布置的柱形盲孔，每个柱形盲孔的底部加工有变截面的定位轴；捕捉基筒中部筒壁上的柱形盲孔内配置有由锁销和锁簧构成的锁紧机构，锁销采用阶梯轴结构，且锁销的内侧端面设有锲形坡口；一牵引管；所述牵引管采用三个立式长管体，并分别布置于下吊装底座，其整体轮廓呈现类火箭形；支撑管采用锥管，牵引基管由锥管和柱管焊接而成，其锥管的外壁锥面的锥度与锁销上锲形坡口的倾斜度一致，且其柱管中部钻有与捕捉筒锁紧机构相配合的圆形孔眼；水下三级分离系统非对称式在线安装方法为依托非对称式在线安装装置依次实施一整套作业流程，包括：水下管汇测量与定位作业、分离系统吊装作业、非对称式对中作业、气胞平衡管回收作业和分离系统对接作业，由此完成水下三级分离系统的在线快速安装。...

【技术特征摘要】
1.一种水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法，该非对称式在线安装装置依据平衡管两侧的非对称式气胞体的随动漂移作用、平衡管和气胞体的平衡作用、连接索具的三点式吊装以及捕捉筒和牵引管间的三筒自动对中和锁紧机构，实现水下三级分离系统的稳定吊装、自动对中和锁紧及其与水下管汇和海底管道间的快速对接和在线安装，其特征在于：该非对称式在线安装装置的整体设计采用非对称式构造，其中气胞体、吊装索具、连接索具、捕捉筒和牵引管采用立式布置，而平衡管和吊装底座则采用卧式布置；一气胞体；所述气胞体采用非对称式双气胞构造，依据球形调偏机构完成随动漂移，自动调整安装装置水平方向的偏移量，同时依据非对称式平衡作用自动调整安装装置垂向位移量；气胞体的各部件采用分体式结构，小气胞和大气胞均采用倒锥形的气胞，且均由上球体和下锥体组成，其中上球体采用半球体，上球体顶部设有柱形凸台并配置排气阀；气胞体的球形调偏机构由调偏球体、调偏压盖和调偏本体组成，调偏球体与调偏压盖和调偏本体间采用球面副，调偏本体上端面的中央部位加工有半圆球面，调偏本体半圆球面的球心位于调偏本体的轴线上，调偏本体法兰盘的下端面上铣有环形凹槽，其内配有六边形金属环；调偏压盖上端面的中央部位钻有倒圆锥面，该倒圆锥面下端的调偏压盖腔壁上加工有半圆球面，调偏压盖的半圆球面与调偏本体的半圆球面始终保持同心，同时调偏压盖的半圆球面下部腔壁内衬有管状压套；调偏球体的中部由上而下依次采用倒锥体和柱体，而其下部则采用圆球面，该圆球面与调偏压盖和调偏本体的半圆球面始终保持同心，且该圆球面由上而下设有等间距分层布置的环形沟槽，调偏球体的下端切割有与其上部盘体端面相平行的切面；一平衡管；所述平衡管采用卧式长管体，基管体的两侧端分别设置有法兰盘，各法兰盘的外侧均配置一个盲端法兰，从而将基管体分隔成独立的密闭腔室，基管体的左右两侧分别设置三通管，左右侧三通管采用非对称式的垂向布置且其上端均设置法兰盘，该法兰盘的上端面加工有与调偏本体法兰盘上相同规格大小的环形凹槽；上吊座和中支托均垂向设置，其中上吊座对称布置于基管体上部管体的两侧且位于左右侧三通管之间的位置，上吊座分为两组，中支托则采用非对称的方式布置于基管体的下部管体上，中支托分为三组；一吊装索具和连接索具；所述吊装索具由一根主吊绳和两根分吊绳组成，且主吊绳与分吊绳之间呈星形布置，所述连接索具由三根连接绳和三组下支座组成，三根连接绳均垂向布置；主吊绳、分吊绳和连接绳均由绳接头、连接管和绳体构成，主吊绳配置一个连接管和绳体，每根分吊绳则配有一个绳接头、连接管和绳体，同时每根连接绳均配置两个绳接头和连接管及一个绳体，每组下支座由两个相互平行的侧板和一个水平放置的法兰盘拼接而成；一吊装底座；所述吊装底座由槽钢和工字钢拼接而成，其整体轮廓呈现类船形，吊装底座中部的主“船”体呈矩形，其左侧的“船”艏呈等腰梯形，而其右侧的“船”艉呈矩形，由此三组捕捉筒和牵引管在吊装底座上呈三点式布置而构成三筒自动对中机构；一捕捉筒；所述捕捉筒采用三个立式厚壁筒体，并分别布置于上吊装底座；捕捉基筒采用圆柱体和锥体相结合的筒体，其中部筒壁上钻有沿圆周方向均匀布置的柱形盲孔，每个柱形盲孔的底部加工有变截面的定位轴；捕捉基筒中部筒壁上的柱形盲孔内配置有由锁销和锁簧构成的锁紧机构，锁销采用阶梯轴结构，且锁销的内侧端面设有锲形坡口；一牵引管；所述牵引管采用三个立式长管体，并分别布置于下吊装底座，其整体轮廓呈现类火箭形；支撑管采用锥管，牵引基管由锥管和柱管焊接而成，其锥管的外壁锥面的锥度与锁销上锲形坡口的倾斜度一致，且其柱管中部钻有与捕捉筒锁紧机构相配合的圆形孔眼；水下三级分离系统非对称式在线安装方法为依托非对称式在线安装装置依次实施一整套作业流程，包括：水下管汇测量与定位作业、分离系统吊装作业、非对称式对中作业、气胞平衡管回收作业和分离系统对接作业，由此完成水下三级分离系统的在线快速安装。2.根据权利要求1所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法，其特征在于：所述气胞体的排气阀、调偏球体、调偏压盖和调偏本体均含有左右两个结构完全相同的单体，并分别与小气胞和大气胞一一对应，左右两个调偏压盖和调偏本体之间的轴线保持平行；所述气胞体的非对称式双气胞包括小气胞和大气胞，小气胞和大气胞的下锥体采用倒圆锥体，且下锥体上部的大端圆面与小气胞和大气胞上球体的下端面结合处保持相切；所述气胞体依靠波浪力和洋流内波力等随机载荷，球形调偏机构中的调偏球体自行调整角度并完成小气胞和大气胞的随动漂移，从而调整安装装置水平方向的偏移量。3.根据权利要求1或2所述的水下三级分离系统非对称式在线安装装置及方法，其特征在于：所述调偏本体采用圆柱体，其下部通过法兰盘与平衡管进行连接；调偏本体法兰盘下端面上的环形凹槽截面呈等腰梯形，其内配置的六边形金属环采用粗金属环体；所述调偏压盖的外环面由上而下依次为圆锥面和圆柱面，调偏压盖上端面中央部位的倒圆锥面小端圆面直径大于调偏球体中部柱体的外径，且该倒圆锥面的锥度大于气胞体的调偏角度，调偏压盖半圆球面下部的管状压套通过密封性管螺纹将调偏压盖与调偏本体相连接；所述调偏球体的上部通过盘体而分别与小气胞和大气胞连接在一起，调偏球体倒锥体的锥度等于调偏压盖倒圆锥面的锥度；调偏球体的圆球面与调偏压盖和调偏本体的半圆球面采用间隙配合而构成球面副，调偏球体下端的切面中央部位处的腔壁采用圆锥面和柱面相结合的结构，调偏球体圆球面上的各层环形沟槽均沿调偏球体的圆球面倾斜放置，且各层环形沟槽中心线所在锥面的锥顶点均与调偏球体圆球面的球心保持同心，同时上面两层环形沟槽与调偏压盖的半圆球面进行配合，而下面两层环形沟槽与调偏本体的半圆球面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，杨勇，刘春花，张守森，王德祥，陈风官，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37