意大利海上石油机械开发深水工程新技术

意大利海上石油机械开发深水工程新技术

改进的s—J型深水工程构件安装和管道铺设作业船随着深水油气开发的发展，传统的水平水生产设施（例如固定工作平台）的结构安装方式正逐渐被适应于深水油气开发的新技术来取代。总部位于意大利米兰的Saipem公司根据市场需求,通过对原有的Ⅲ级动力定位浮式作业平台进行改进,推出了S—7000型浮式作业平台,利用其J型塔吊设备实施深水管道铺设安装作业。S—7000型作业船作为世界上最大的半潜式塔吊浮动作业平台,不仅起重量大,而且具有双起重吊臂的独特结构。它在使用单独吊臂实施起重吊装作业的情况下,举升起重能力为6.86×104kN;如果采用双吊臂实施吊装作业,起重能力则高达1.37×105kN。这种作业船安装了目前石油工业界最大的J型管道铺设塔吊,再加上作业平台配备了质量上乘的动力定位设施,可以在水深超过1980m的海上安装《102～810mm的生产管道,而以前的类似作业平台仅被限制在水深大约790m的作业条件下使用。1.提高作业船总推进力采用S—7000系统进行质量改进的第一艘作业船是Lioyds公司注册的ⅢA级动力定位作业船。除了对其动力定位系统和发电机系统做了改进之外,还增加了两套推进器系统,使作业船的总推进力提高到1607kN。改进后的作业船在恶劣气候环境条件下的动力定位功能、海上作业能力、起重能力和J型铺设功能均明显提高。2.管节和塔吊的吊装与铺设管节J型管道铺设塔体质量超过6000t,配有常规履带式张力装置、工作站和摩擦夹持系统,还有一个废弃物收集站。塔体同一个A形构架相连,并借助调节系统定位。调节系统可将长达130m的J形管道铺设塔体定位在90°和115°的范围内,并且可将塔体锁定在90°位置,以利于实施管道传送或救生作业。将准备用于海上铺设的管道在陆上组装成长度为48m的管节(每4根管子组成1节),并将其运送到S—7000型作业船上,通过管道输送系统使组装管节就位于管道装载与吊装系统中,然后翻转并将其置于塔吊起重机中,再由塔吊起重机将每根管节提升到塔吊顶部。由一套专门设计的管道定心夹具使管节对中合拢。最后采用SaipemPasso公司制造的全机械化金属气体保护焊接系统实施管节间的焊接处理。S—7000J型管道铺设塔吊的结构特点是:在焊接站和NDT(无损检验)站之间配有常规履带式张力装置;有2个摩擦夹持系统,均由2套夹持组件组成。摩擦夹持系统可用作管道铺设和管道回收作业的辅助备用装置,或者用作在无损探伤检验站对管道焊接处进行修补作业所需的应急管道夹持构件。其设计构造便于在塔吊的任何角度实施焊接作业。焊接工作站可以倾斜转向,以便在特定的角度条件下进行焊接作业和对用于切割多条管段的乙炔切割机、焊接设备和各种辅助装置进行调节处理。管道废弃物清理与回收系统装有可以很方便地安装在船甲板上的双向绞盘,应用该绞盘可将长45m的管道运至NDT站,在这里进行必要的质量检验。3.重叠管道铺设J型管道铺设系统在铺设管道时,考虑到管道的下弯作用,其张力装置对管道的牵引力不应大于一个特设值,以避免超应力的发生。此外,塔吊所具备的倾斜功能允许其在相对较浅的水域实施施工作业,采用S型管道铺设作业船便可进行重叠管道铺设作业。S—7000型作业船已于1999年10月在墨西哥湾用于ExxonMobil公司的Diana项目的工程设施安装。目前正在考虑在该作业船上增设辅助设备,使其牵引能力达到1.96×104kN,从而使水底管道作业变得更容易。另外,Saipem公司正在开发一种创新型电子束焊接系统,以进一步提高系统的生产作业能力。中小型深水设备在双船再生后作业船的地位及应用为了对安装在深水海域中的生产设备进行检验和维修保养,要求研制出适应深水作业的工艺设备。自激式潜水器(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)目前正在成为一种用于海洋油气开发的成熟的遥控技术装备。虽然遥控潜水器(ROV)在深水水域结构组件安装和维修保养方面具有较强的定位功能,但它在实施水下作业时对作业船的尺寸有要求,还要求配套控制作业使用的绞盘和配备作业人员,故而与AUV相比其作业费用要昂贵得多。在深水作业和需对分布在较大面积范围内的水下设备进行检验时,应用AUV的优点是显而易见的。由于在设计上采用了地面声学遥检引导系统,AUV已被归类为非缆绳牵引潜水器。1.潜水器的主要功能遥控自激检验系统(RoboticAutonomousInspectionSystem,RAIS)是Tecnomare、Snamprogetti和SaspOffshoreEngineering公司共同研制的一种新型自激式潜水器,其主要功能如下。(1)海底管道的可视化检测采用ROV系统实施海底管道检测,作业费用较高,而且由于需要借助电视系统对重要的检验项目直接观察,导致施工速度缓慢和检测时间较长。而采用RAIS系统只需配备小型作业船,作业人员相应减少,而且对作业人员的素质要求不高,因为系统可通过先进的人机对话工作界面进行控制作业。(2)对海底进行勘察对海底进行高分辨率的勘察作业需要设计和铺设海底管道。这就要求使用的设备具备海洋探测、海底形态表征以及对主要的海底地层进行沉积学特性表征的综合表征功能。由于AUV可在海底运动几十米,因此可为相关的声纳设备提供优良的作业平台。2.基于自动识别和界标定位的潜水器检测方法自激系统自动控制组件已研制成功,并且进行了实验室试验,预计年内将投入海上应用试验研究。这些技术共有6项,主要功能和特点如下。(1)根据卡尔曼滤波(Kalmanfiltering)原理研制的计算机演算规则系统,用于处理从各种不同传感器获得的数据资料,这些传感器包括多普勒声纳、姿态传感器(即光纤陀螺仪)、声学系统绝对定位传感器以及分布在海底管道上的界标定位传感器等。一种基于激光剖面测量原理的传感器也已制成,用于测量RAIS系统相对于海底管道的位置。(2)图像识别是在对实际图像与一种事先预设的基准图像作比较的基础上进行的。自激系统电视机上的图像被输入到计算机中,以自动识别和确定海底管道和界标等的位置。(3)通过先进的声纳定位仪探测水下障碍物。对定位仪发出的信号进行处理,得出潜水器周围空间内障碍物“占据的栅格”(occupancygrid)。该空间被分成多个单元,并标明空单元或障碍单元。比较潜水器不同位置发回的回声,并采用一种统计分析方法对其进行综合分析处理,以提高障碍物探测的可靠性和避免发出错误警报信号。(4)在线轨迹设计软件的监控软件可用于跟踪海底或海岸线,还可使潜水器尽可能避开障碍物。这种计算机规则系统可对海底情况做实时评价,以使潜水器处于最佳的运行路径。(5)选择高能Ag-Zn电池组用于潜水器的能量储备。(6)人机对话工作界面允许离线安排工作任务和在线监控任务执行情况。接枝型低水势梯度底两内部模式Sonsub公司(Saipem公司的一个子公司)研制出一种比常规海底电缆维修保养系统更加灵活和更加经济高效的挖沟系统,这种被命名为Centaur的新系统主要由作业深度达3000m的遥控潜水器(ROV)和履带式挖沟滑橇组成。这项新技术的重大突破点在于系统除了能同其它配套设备共同完成水下作业任务外,还能单独完成水下作业任务。它能执行海底勘测、设备维修保养和电缆埋设等任务。1.实时设备选型,实现从rov向挖沟的工况优化Centaur挖沟系统设计了一套独特的海底对接系统,可使ROV在海底同挖沟滑橇不受任何限制相连接。为了使用户能够使用这套设备一次完成多项海底施工作业任务,在ROV的一端装配了一套标准机械手组件,另一端装配了一套完整的勘查设施,以保证用户根据现场作业的实际情况,实时地对施工设备的工况进行灵活调控。在不对ROV的结构进行其它改进的条件下,系统能够在20～2000m水深完成管道铺设或电缆引导施工前后的海底勘查、机械手的调整控制和挖沟作业等任务。为了不影响系统的挖沟作业功能,采取了对引导系统施加必要重力的设计方案,以获得所需导绳桩拉挂力,确保埋填作业的连续性,从而实现挖沟作业的工况优化。系统借助两套独立的挖沟工具,通过一种水射流装置实施地层挖沟作业。在配套装备设计中,提出一种电能分配方案,可以实现由ROV向挖沟滑橇的电能供给,保证水射流系统最充足的电能供应。后来通过增加额外的电源设备,经一只水下适配电源接头直接向水力喷射工具供电,使这种供电方法得