用于运输和安装或回收海底设备的结构以及用于运输和安装或回收海底设备的方法

摘要

运输和安装或回收海底设备的结构(10)，其包括：浮动壳体(11)，该浮动壳体装配有能够相对浮动壳体(11)垂直移动的支架(20)；由往返部件(30)承载的平台(60)，往返部件的每一个与一支架(20)结合，并且能够通过所述支架(20)相对壳体(11)垂直移动；将海底设备临时锚固在平台(60)的下表面上的临时锚固装置；以及使所述海底设备在贴靠临时锚固装置的第一位置和与所述装置相隔开的第二位置之间移动的移动装置(65、66)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运输和安装或回收海底设备的结构。

本发明还涉及一种通过这种结构运输和安装或回收海底设备的方法。

背景技术

在开采海底矿藏——例如开采石油或天然气——的领域，常常把设备——例如管道(manifold)、收集器、泵或分离器——放置在海底上。

常常通过布置在搬运船或海上开采船上的起重机放置此类沉重的设备。

为此，要安装的海底设备通过浮动驳船或运输船带到开采现场附近。

借助另一船只或另一驳船承载的起重机，抬升设备，并通过带有缆绳的起重机使设备下降，然后将设备放置于海底上。

该最常使用的方法具有以下缺点。

第一个缺点在于起重机的能力，在某些情况下，起重机必须在要放置在海底上的海底设备下添加可控浮力的模块，以便减小下降缆绳上的张力。

第二个缺点在于，从运输船只或运输驳船起吊设备时，该设备悬挂在水面以上的缆绳上。当设备向水底下降时，设备必须到水面以下。

如果水面是波浪起伏的，设备将在穿越水面时承受很大的运动，这些运动将直接传递到起重机承载的缆绳上。

这些运动在该缆绳以及该缆绳的支撑装置中产生相继的拉伸和舒张

还知道文献US 7011473中描述的一种方法，该方法在于借助船只将海底设备牵引到它在水面以下的安装地点，并通过位于水面的浮筒(bouée)保持该设备。

但是将海底设备牵引到水面以下存在安全问题，并且在牵引时该设备悬吊在浮筒上，该浮筒承受水面上的波浪的不同运动。

文献US 2008/0035327中描述的另一种方法在于把海底设备放置在一支撑笼中，并且把承载海底设备的该支撑笼固定在运输驳船之下。

在安装地点上，借助绞车使支撑笼和海底设备整体下降，并且将该设备布置在海底上，并与支撑笼脱离连接。然后支撑笼上升到驳船的壳体下面。

该方法的主要缺点在于将海底设备在水面之下牵引直到安装地点。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种结构来避免这些缺点，所述结构通过易于实施的方式来运输和安装或回收海底设备。

因此，本发明的目标是一种用于运输和安装或回收海底设备的结构，其特征在于，该结构包括：

-浮动壳体，该浮动壳体装配有能够通过移动机构相对所述浮动壳体垂直移动的支架；

-由往返部件(navette)承载的平台，所述往返部件的每一个与一支架结合，并且所述往返部件能够通过所述支架相对所述浮动壳体垂直移动，每个往返部件带有用于锁定在相应的支架上的锁定装置；

-用于将所述海底设备临时锚固在所述平台的下表面上的临时锚固装置；以及

-使所述海底设备在贴靠所述临时锚固装置的第一位置和与所述临时锚固装置相隔开的第二位置之间在水中移动的移动装置。

根据本发明的其它特征：

-所述浮动壳体呈U形；

-U形的浮动壳体包括相对并平行的两个侧向分支，所述侧向分支的每一个承载至少一支架，并且所述侧向通过一中心分支彼此相连；

-所述两个侧向分支由两个浮动件(flotteur)形成，并且所述中心分支由所述侧向分支承载的一横梁形成，所述侧向分支能够根据所述往返部件承载的平台的宽度在所述横梁上滑动地移动；

-水中的所述移动装置包括桥式吊车(pont roulant)，该桥式吊车由所述平台支撑并且包括至少一支撑缆绳，该支撑缆绳从开口穿过所述平台并且该缆绳在其自由端部带有悬挂在所述海底设备上的悬挂构件；

-所述临时锚固装置一方面包括至少两个基本竖直的立柱，所述立柱由所述平台承载并且所述立柱在其下端部带有用于定位所述海底设备的定位装置；并且所述临时锚固装置另一方面包括拉伸和悬挂在所述桥式吊车的所述支撑缆绳上的拉伸和悬挂装置；

-所述定位装置包括基本锥形的空心部分和基本锥形的突起部分，所述空心部分设置在每个立柱的下部，所述突起部分设置在所述海底设备上并且所述突起部分的每一个用于与一空心部分配合；

-每个空心部分覆盖有软材料，例如弹性材料；

-所述拉伸和悬挂装置包括至少两个悬索，该悬索包括与所述海底设备相连的第一端部和通过链条与所述桥式吊车的所述支撑缆绳相连的第二端部，所述链条能够与所述平台上的拉伸的锁定元件配合；

-所述至少两个立柱能够沿与所述浮动壳体的侧向分支基本平行的方向在所述平台下面滑动地移动；

-所述平台包括调节装置，该调节装置用于调节所述至少两个立柱的沿与所述浮动壳体的纵向轴线平行的方向和沿与该纵向轴线垂直的方向的间距；

-每个立柱相对所述平台的垂直定位是能调节的；以及

-所述临时固定装置包括至少一夹钳或至少一钳口或至少一分裂螺栓。

本发明的目标还在于一种通过如上定义的结构用于输送和安装海底设备的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-通过浮动运输元件将海底设备带到所述结构的所述浮动壳体附近；

-使所述支架相对所述浮动壳体降低；

-将承载所述平台的所述往返部件锁定在所述支架上；

-使所述支架与所述往返部件和所述平台一起上升；

-将所述平台置于所述海底设备之上；

-通过所述支架使所述往返部件和所述平台下降，以使所述临时锚固装置与所述海底设备接触；

-将所述临时锚固装置锁定在所述海底设备上；

-通过支架使所述往返部件和承载所述海底设备的所述平台上升；

-使所述结构移动直到所述海底设备的安装地点，所述海底设备在水面以上；

-使所述桥式吊车的所述支撑缆绳与所述海底设备连接；

-通过支架使所述往返部件和所述平台下降，直到所述海底设备到水面以下；

-使所述桥式吊车(pont roulant)的支撑缆绳处于拉伸状态；

-使所述临时锚固装置与所述海底设备解锁；以及

-使所述海底设备与所述桥式吊车的所述支撑缆绳一起下降直到海底，并使所述支撑缆绳脱离连接并上升。

本发明的目标还在于一种通过如上面定义的结构用于回收和输送海底设备的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-使所述结构移动直到放置在海底上的所述海底设备的回收地点；

-通过支架使锁定在所述支架上的所述往返部件和所述平台下降，以便将所述临时锚固装置带到水面以下；

-使所述桥式吊车的所述支撑缆绳下降到水中，并使所述支撑缆绳与所述海底设备连接；

-通过所述支撑缆绳使所述海底设备上升直到布置在水中的所述临时锚固装置；

-将所述临时锚固装置锁定在所述海底设备上；

-使所述支架与所述往返部件和承载所述海底设备的所述平台一起上升，以将所述海底设备置于在水面以上；

-使所述结构移动直到运输元件，并将所述海底设备置于所述运输元件之上；

-通过支架使所述往返部件和承载所述海底设备的所述平台下降；

-通过使所述支架下降将所述海底设备放置在所述运输元件上；

-使所述支撑缆绳与所述海底设备脱离连接；

-通过支架使所述往返部件和所述平台上升；

-使承载所述海底设备的所述运输元件从所述结构分离。

附图说明

通过阅读下面仅作为例子给出并参照附图进行的描述将更好地了解本发明，在附图中：

-图1是根据本发明的输送、安装或回收结构的示意性透视图；

-图2是根据本发明的结构的后部的示意性透视图；

-图3是结构和处于高位的被往返部件承载的平台的示意性透视图；

-图4是结构的往返部件的示意性透视图；

-图5是用于移动结构的支架的机械装置的局部竖直剖面图；

-图6是沿图5的线6-6的剖面图；

-图7是用于将往返部件锁定在本发明的结构上的锁定装置的示意性竖直剖面图；

-图8是用于将海底设备锚固在本发明的结构的平台之下的锚固装置的实施方式的示意性立面图；

-图9至16是示出通过本发明的结构输送和安装海底设备的不同阶段的示意图；

-图17是往返部件承载的平台的变型的示意性俯视图；

-图18是带有海底设备的图17的平台的示意性侧视图。

具体实施方式

在图1-3上，示意性地表示用于输送和安装或回收海底设备的结构10，海底设备例如为管道、收集器、泵、分离器或任何其它的海底设备，例如用于开采海底矿藏——例如用于开采石油和天然气。

在图中，为了简化图的理解，没有严格遵守结构10的整体尺寸以及组成该结构的不同元件之间的比例。

一般地，结构10包括U形的浮动壳体11，该浮动壳体包括通过一中心分支11b彼此相连的两个平行且相对的侧向分支11a。

两个侧向分支11a由两个浮动件形成，所述两个浮动件互相平行地延伸并且在它们之间设置有一自由空间，而中心分支11b由被侧向分支11a承载的一横梁11c形成。

优选地，形成中心分支的横梁11c由管件桁架(treillis de tube)构成，管件通过纵向元件彼此相连。

结构10的侧向分支11a能够通过在横梁11c上的互相滑动而移动，以便调节它们的间距，下面将看到这一点。

为此，每个侧向分支11a的浮动件包括在横梁11c上移动的移动装置13，该移动装置例如由未示出并且已知类型的组件形成，所述组件包括导轨和齿轮-齿条系统。

另外，每个侧向分支11a的浮动件装配有未示出的锁定在横梁11c上的锁定装置，以便使这两个分支11a之间保持恒定和确定的间距。

如图1和3所示，壳体11在其开放部分处——即与中心分支11b相对处——包括整体用参考数字15表示的门。

该门15由两个相对梁段16形成，梁段的每一个能够在一侧向分支11a上滑动地移动。

所述两个梁段16能够在如图3所示的隔开位置与如图1所示的结构10的入口的关闭位置之间移动，在所述隔开位置，两梁段释放结构10的入口，以使船只或驳船就位，在所述关闭位置，两段梁相互靠近并互相接触。

为此，壳体11的每个侧向分支11a包括用于移动每个梁段16的移动装置17。这些装置17例如由未示出的包括导轨和齿轮-齿条系统的组件构成，或者由任何其它已知类型的装置和未示出的梁之间的锁定系统构成。

最后，每个侧向分支11a还包括将相应的梁段16锁定在关闭位置或开放位置的未示出的锁定装置。

壳体11装配有能够相对该浮动壳体11垂直移动的支架20。在图中所示的实施例中，壳体11装配有成对布置在壳体12的每个侧向分支11a上的四个支架20。

支架20的每一个具有例如如图中所示的三角形截面或者方形或圆形截面。

如尤其在图5和6中所示，每个支架20通常地由三个弦杆(membrure)21形成，所述弦杆通过金属梁的桁架22彼此相连。每个支架20与整体用参考数字23表示的机械移动装置结合。

机械移动装置23位于由壳体11支撑的也叫做“升降室(jack-house)”的承载构架(ossature)中。

如图5和6所示，每个支架20的机械移动装置23一方面包括两个相对的板片24，所述板片的每一个由相应的支架20的一弦杆21承载，并且在每个侧表面上包括在两个弦杆21上形成一双齿条的一列齿24a。

机械移动装置23还包括沿板片24的高度分布在每个板片两侧的几个组件25。每个组件25包括保证带动齿轮27的马达减速器26，齿轮27与相应的板片21的一列齿24a啮合。

在图5和6所示的实施方式中，每个板片24的两列齿24a与六个齿轮27结合，所述齿轮的每一个被一马达减速器组26带动转动。

与支架20的每一个结合，结构10还包括整体用参考数字30表示的往返部件，该往返部件能够通过相应的支架20在如图1所示的支承在浮动壳体11上的低位与如图3所示的高位之间移动。

与支架20结合的往返部件30通过支架20同时地移动。

在图4所示的实施例中，每个往返部件30由主体31形成，该主体包括基本平行于相应的支架的弦杆21延伸的竖直分支32。

竖直分支32由两个平行的竖直的梁32a形成。

分支32一方面在其上部带有基本垂直于所述分支32延伸的板片33，并且另一方面在其下部带有水平底部35，该底部支撑下面将描述并整体用参考数字60表示的平台(图1)。

板片33包括开口34，该开口具有与相应的支架20的横截面互补形状的截面，并且在该情况中，该开口具有三角形的截面。板片33通过加固梁36与底部35相连。

每个往返部件30带有锁定在相应的支架12上的锁定装置40。

图7更详细地表示的锁定装置40由至少一反向齿条41形成，并优选由用于每个板片24的至少一反向齿条41形成。

反向齿条41能够通过至少一动作构件42并优选通过两个动作构件42移动，动作构件例如由液压或气动千斤顶构成，以便使反向齿条41在收起位置与接合在相应的支架20的列齿24a之一上的制动位置之间移动。

反向齿条41构成的组件与动作构件42由每个往返部件30的板片33承载。

壳体11在每个支架20处还包括用于引导在分别的低位(图1)和高位(图3)之间的相应的往返部件30的引导装置50。

如图1和3所示，用于引导每个支架20的往返部件30的引导装置50包括基本平行于相应的支架20延伸的两个竖直立柱51。每个立柱51与设置在往返部件30的底部35中的通道52配合，并且通道52的每一个具有与相应的立柱51的截面匹配形状的截面。两个立柱51通过基本垂直于所述立柱51延伸的连接板片53彼此相连，所述立柱包括中心通道54，该中心通道具有与相应的支架20的横截面互补形状截面(图4)，并且在该情况中，该中心通道具有三角形截面。连接板片53形成对相应的支架20的引导。

在往返部件30通过支架20在低位与高位之间移动的过程中，往返部件30的底部35被立柱51引导，并且在图1所示的低位，往返部件30的板片31支承在每个立柱51的上端部上。

为了运输和安装或回收海底设备1——例如管道、收集器、泵或分离器，结构10包括由往返部件30承载的平台60，所述往返部件的每一个与一支架20结合。

如尤其是图1所示，平台60包括例如能够被未示出的两个枢转板堵塞的中心开口61。

一般地，结构10还包括：

-用于将海底设备1临时锚固在平台60的下表面60a上的临时锚固装置；

-用于使该海底设备1在贴靠锚固装置的第一位置和与该锚固装置相隔开的第二位置之间在水中移动的移动装置。

图1中示意性地表示的移动装置包括桥式吊车65，该桥式吊车由平台60支撑并且包括至少一支撑缆绳66，该支撑缆绳通过开口61穿过平台60。缆绳66在其自由端部带有用于悬挂在设备1上的悬挂构件67。桥式吊车65使得缆绳66能够平行于壳体11的侧向分支11a移动，或垂直于这些侧向分支11a移动。桥式吊车65可以包括几个用于悬挂设备1的缆绳66。

移动装置可以由任何其它适当系统构成。

在图8中，示意性地表示用于将海底设备1临时锚固在平台60下面的临时锚固装置的优选实施方式。

这些整体用参考数字70表示的锚固装置包括至少两个刚性立柱71，并优选包括基本竖直的并由平台60承载的四个立柱71。

四个立柱71按照方形或矩形均匀地分布。

立柱71在高度上是可调节的，以便在承载平台60的往返部件30处于低位时海底设备1位于水面以下。

立柱71能够根据要运输的海底设备1的尺寸通过已知类型的适当装置，沿基本平行于壳体11的侧向分支11a的方向在平台60下面滑动地移动。

另外，立柱71能够通过已知类型的未示出的适当装置竖直地移动并锁定在平台60上，目的在于调整所述立柱的长度，以使得这些立柱71的自由端部在往返部件30的低位到水面以下。

根据图8所示的实施例，每个立柱71在其下端部带有用于定位海底设备1的定位装置，该定位装置由具有基本锥形的互补形状的空心部分72和突起部分2构成，所述突起部分设置在设备1上并且所述突起部分的每一个用于与一空心部分72配合。

每个空心部分72覆盖有软材料，例如弹性材料。

锚固装置70还包括桥式吊车65的缆绳66的拉伸和悬挂装置。

这些拉伸和悬挂装置包括例如至少两个悬索75，所述悬索包括与设备1相连的第一端部75a和通过链条76与缆绳66相连的第二端部75b，所述链条能够与在平台60上拉伸的锁定元件76a配合。为了稳定平台60下面的海底元件1，立柱71的下端部通过横梁77相连，并且立柱71的下端部还通过拉伸系统——例如由平台60承载的绞车79拉伸的缆绳或链条78——与平台60相连。

根据其它实施方式，海底设备1在平台60下面的临时锚固装置也可以由位于每个立柱71的下端部的至少一夹钳或至少一夹爪或至少一分裂螺栓构成。在这种情况下，不需要锁定元件76a。在海底设备1与平台60分离时，夹钳或夹爪的打开或螺栓的分裂应是同时的。

以下面的方式通过结构10将海底设备1运输并安装到开采地点。

结构10被浮动地带到海底设备1的回收区，其中往返部件30和平台60处于低位，即贴靠壳体11的侧向分支11a，如图9所示，并且支架20下降。

在该位置，往返部件30被锁定在支架20上。通过作动千斤顶42将往返部件30锁定在支架20上，以使反向齿条41与相邻的齿24a接合，或者通过一组位于往返部件30的上部上的小梁将往返部件锁定在支架上，所述小梁通过向往返部件30和支架20内滑动而移动，这样可以通过使支架20向顶部上升带动相应的往返部件30。

平台60通过往返部件30和支架20被抬升，结构10的壳体11保持浮起。

为此，使马达减速器组26动作，以带动与每个支架20的板片24的列齿24a啮合的齿轮27，以便通过支架20移动往返部件30到如图10所示的高位。

当移动支架20以便通过往返部件30抬升平台60时，每个往返部件30被在通道52中滑动的立柱51引导。

这些立柱51还能够使底部35保持在基本水平的位置，并且避免往返部件30在承载桥式吊车65的平台60的重量作用下摆动。

打开门15，并且承载海底设备1的船只或驳船5被带到壳体11的侧向分支11a之间，以便将要置于海底上的海底设备1放置在平台60承载的锚固装置70之下。

通过支架20使往返部件30下降，以便用锚固装置70紧固海底设备1，如图8和12所示。

通过悬索75和链条76，桥式吊车65的缆绳66与海底设备连接。拉伸缆绳66，并且设备1的突起部分2与立柱71的空心部分72的软材料接触。平台60的上表面60b上承载的“停止-链条”型锁定装置76a嵌接在链条76的链环中。然后舒张缆绳66，设备1的重量因此只由链条76的锁定元件76a和链条本身承受。弹性材料压扁可以使链条76的链环相对锁定元件76a准确定位。

结构10移动直到设备1在海底上的放置地点。

通过支架20使往返部件30下降，以便将海底设备1放置到水面以下，如图15所示。该海底设备1与平台60解锁，并通过桥式吊车65的缆绳66逐渐下降直到海底，如图16所示。

在将海底设备1放置到海底上后，缆绳66与海底设备1脱离连接，然后缆绳上升。

结构10可以用于运输和安装其它海底设备。

结构10也可用于回收和运输以前放置在海底上的海底设备。

结构10移动直到放置在海底上的海底设备1的回收地点，并且通过支架20和锁定在所述支架20上的往返部件30使平台60下降，以便将锚固装置70带到水面以下。

桥式吊车65的缆绳66下降到水中，并且与海底设备1连接。海底设备1上升直到已经预先放置到水中的锚固装置70。

海底设备1被锁定在锚固装置70上，并且通过支架20和往返部件30使承载该海底设备1的平台60上升，以便将海底设备1带到水面以上。

结构10移动直到运输船只或运输驳船，并且使平台60承载的海底设备定位于该船只或该驳船之上。通过支架20和往返部件30使平台60下降，以便将海底设备1放置在船只或驳船上。

锚固装置70和桥式吊车65的缆绳66与海底设备1脱离连接，并且通过支架20使往返部件30和平台60上升。使承载海底设备1的船只或驳船从结构10分离。

由于壳体11的侧向分支11a的间距的调节，结构10可以接受不同尺寸的平台。

根据图17和18所示的优选的实施方式，平台60由框架100组成。该框架100包括互相平行并置靠于往返部件30上的两个侧边100a和100b。这两个侧边100a和100b通过两个横向侧边100c和100d彼此相连，全部侧边形成平台60。该框架100还包括两个梁101，所述梁沿两个横向侧边100c和100d滑动安装并且平行于另外两个侧边100a和100b平行移动。

每个梁101都呈框架的形状，包括平行于框架100的侧边100a和100b的纵向侧边101a。每个梁101的纵向侧边101a通过两个横向侧边101b彼此相连，所述横向侧边的每一个滑动安装在分别设置在横向侧边100c中的滑道102中和设置在横向侧边100d中的滑道103中。因此，每个梁101可以垂直于结构10的壳体11的纵向轴线滑动。

每个梁101承载至少一立柱71，并且在图17所示的实施例中承载两个立柱71。每个立柱71沿相应的梁101并在该梁内滑动安装。为此，通过滑动安装在设置在每个梁101的纵向侧边101a中的滑道106中的元件105支撑每个立柱71。因此，每个立柱71能够沿平行于结构10的壳体11的纵向轴线的滑道106移动。

因此，每个梁101的两个立柱71之间的间距是可调节的。用于支撑立柱71的每个支撑元件105包括未示出的锁定装置，或者通过锁紧，或者通过至少一销子以使相应的立柱71与元件105连在一起。

在该实施方式中，横向间距，即两对立柱71之间的垂直于壳体11的纵向轴线的间距是可调节的，并且纵向间距，即每对立柱的两个立柱之间的平行于壳体11的纵向轴线的间距也是可调节的，这使得能够根据要运输和安装的海底设备1的尺寸调节立柱的位置。

另外，立柱相对平台的高度也是可调节的，以便保证往返部件和平台处于低位时设备放置在水面以下。

根据本发明的结构能够运输和安装或回收海底设备，同时避免在水面以下运输这些海底设备，并且能够在这些海底设备进入到水中时——即当海底设备到水面以下时，通过软元件——例如缆绳或链条，来悬挂这些海底设备。