海洋治理抛投系统和方法

技术领域

本发明涉及海洋石油工程技术领域，具体涉及海洋治理抛投系统和方法。

背景技术

随着海上油田的不断开发，浅海的油气管道，电缆管道已然成为重要的开发设备。由于浅海海域的地貌、地质、洋流情况复杂，大量的海管底部附近出现悬空现象。这很有可能导致海管失去稳，涡激振动，在海管薄弱处引起断裂，会造成巨大的环境污染与经济损失。每年都需要投入大量的人力物力来解决海底管道的悬空问题。

针对海底管缆存在的安全隐患，抛砂填埋是目前最流行，最实用可靠的治理方案。然而传统的抛投施工工艺一般采用纯人工的方式，虽然操作起来容易但却存在着诸多不便：抛投轨迹与抛投位置不确定、对于裸露段较多的管道，相应的抛砂工作量巨大、无法对处于特殊位置的海管进行作业目标适应性处理、人员安全无法保障等问题。

发明内容

本发明针对人工抛砂施工工艺存在的诸多弊端，例如抛投目标适应性差的问题，提供一种海洋治理抛投系统和方法，该装置利用机械化、智能化的形式完成抛投作业，实现了对施工细节的严格把控，对抛投位置与抛投轨迹的精确定位，大大提高了抛砂作业的效率，大幅度降低了抛投作业的成本；解决了对于特殊位置的悬空管缆作业目标适应性不高的问题，对于浅海油田悬空管缆的治理效果显著。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种海洋治理抛投系统，该系统包括：基座，位于基座上的储存单元，用于装载砂料；位于基座上的传送单元，用于传送所述储存单元中的砂料；通过安装架安装于基座上的抛投单元，包括导向筒主体，所述导向筒主体通过伸缩导向槽接收来自传送单元的砂料，并且能够围绕安装架旋转，用于将砂料抛投至水下指定位置；位于基座上的检测单元，用于定位和海下地形的检测。

本发明第二方面提供一种海洋治理抛投方法，该方法包括以下步骤：

1)施工准备工作；

2)设备安装；

3)系统试运行；

4)砂袋装载；

5)抛投定位与网格划分；

6)实施作业；

7)海下地形测量；

其中，所述设备为本发明第一方面所述的系统。

通过上述技术方案，本发明具有如下优势：

本发明抛投系统利用机械化、智能化的形式完成抛投作业，实现了对施工细节的严格把控，对抛投位置与抛投轨迹的精确定位；大大提高了抛砂作业的效率；大幅度降低了抛投作业的成本；解决了对于特殊位置的悬空管缆作业目标适应性不高的问题。

附图说明

图1为本发明提供的一种海洋治理抛投系统施工工艺流程图；

图2为本发明提供的一种海洋治理抛投系统施工工艺设备安装示意图；

图3为本发明提供的一种海洋治理抛投系统施工工艺导向筒伸出示意图；

图4为本发明提供的一种海洋治理抛投系统施工工艺漂距示意图；

图5为本发明提供的一种海洋治理抛投系统施工工艺砂袋运动示意图；

图6为本发明提供的一种海洋治理抛投系统施工工艺偏角度抛投示意图；

图7为本发明提供的一种海洋治理抛投系统施工工艺函数示意图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

“竖直方向”指的是图示的纸面上下方向，“横向”指的是图示的大致水平的纸面左右方向；“内、外”通常指的是相对于腔室而言的腔室内外或相对于圆心而言的径向内外。

本发明提供一种海洋治理抛投系统，该系统包括：

基座，

位于基座上的储存单元，用于装载砂料；

位于基座上的传送单元，用于传送所述储存单元中的砂料；

通过安装架安装于基座上的抛投单元，包括导向筒主体，所述导向筒主体通过伸缩导向槽接收来自传送单元的砂料，并且能够围绕安装架旋转，用于将砂料抛投至水下指定位置；

位于基座上的检测单元，用于定位和海下地形的检测。

本发明抛投系统利用机械化、智能化的形式完成抛投作业，实现了对施工细节的严格把控，对抛投位置与抛投轨迹的精确定位；大大提高了抛砂作业的效率；大幅度降低了抛投作业的成本；解决了对于特殊位置的悬空管缆作业目标适应性不高的问题。

根据本发明一种优选的实施方式，所述传送单元包括横向传送带和纵向传送带，所述横向传送带用于将储存单元中的砂料传送至纵向传送带，所述纵向传送带用于接收来自横向传送带上的砂料，并通过伸缩导向槽传送至抛投单元的导向筒主体通道中。

本发明中，只要能够实现导向筒的旋转即可，控制导向筒旋转的方式可以是本领域的常规技术选择，根据本发明一种优选的实施方式，所述导向筒主体顶部与液压驱动装置的伸缩轴连接，所述液压驱动装置的主体固定在导向架上，伸缩轴伸缩控制导向筒的旋转，如图3和4，旋转角度例如可以是0-40℃。

根据本发明一种优选的实施方式，所述纵向传送带输出段与水平面形成仰角。

根据本发明一种优选的实施方式，所述检测单元包括GPS定位部件和声呐部件。

本发明中，只要能够实现本发明的目的，对所述基座的种类没有特别要求，根据本发明一种优选的实施方式，所述基座选自船体和/或海上平台。

本发明提供一种海洋治理抛投方法，该方法包括以下步骤：

1)施工准备工作；

2)设备安装；

3)系统试运行；

4)砂袋装载；

5)抛投定位与网格划分；

6)实施作业；

7)海下地形测量；

其中，所述设备为本发明所述的系统。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤1)具体包括：

装备配置：配置包括抛砂船、定位船、检测装置与抛投系统；

人员配置：配备船舶操作员三名，负责船舶驾驶；技术安装调试员五名，负责设备安装与检修；系统操作员三名，负责抛砂作业；总指挥一名，负责现场指挥与人员调度；

设备调试：对抛投系统的抛投单元、传送单元、储存单元进行性能调试；

设备数据测量：对抛砂船与抛砂系统整体尺寸进行测量绘图，结合抛砂船构造(重心位置)，确定设备安装位置；根据设备(横向传送带)安装位置得出抛砂船可安装储砂单元的数目，根据悬空裸露的管缆长度与深度制定抛投方案，确定所需砂料具体数量。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤2)具体包括：根据设计文件，通过固定架将抛投单元与船身焊接于一体；以抛投单元安装位置、抛砂船的整体尺寸为基准，先安装纵向传送带，再安装横向传送带；储砂单元对称安装于横向与纵向传送带侧翼，以此保证船身的平衡与砂料传输的效率。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤3)具体包括：

a、测试传送带转速是否稳定：铺满砂袋，每10s统计一次砂袋掉落数量。若多次测量后，相同时间内掉落砂袋数量相同，即判定传送带转速平稳；若不同，画出线性图比较差异，求其平均值与方差，分析是否符合施工工艺的要求；

b、测试发动机运行是否正常：发动机是否可以正常启动，转速是否平稳等。

c、测试液压系统运行是否正常：启动液压系统，测量油压是否稳定，压力值是否满足施工作业要求等。

d、测试伸缩导向槽工作是否正常：晃动伸缩导向槽的挂钩，观察是否出现旋转困难，卡死等现象。

e、测试导向筒伸出、收回与旋转是否正常：启动电源与液压系统，将抛投单元中的导向筒进行旋转实验。

以上，a、b、c、d、e步骤无先后顺序。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤4)具体包括：待系统试运行完毕后，装载砂料，使其堆叠于储砂仓的侧翼，以供作业使用。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤5)具体包括：

定位裸露悬空海管的地理方位：利用检测单元(GPS)确定作业区的地理方位，定位船驶入既定位置后抛锚等待；和/或

(声纳)测算悬空管缆的具体长度与深度，对抛投区域进行网格划分：声纳系统测算裸露悬空管缆的具体长度与深度，绘制出实际作业区域，根据抛投导向筒尺寸及设计图纸，将作业区划分为合适的若干网格，网格又由若干小网格组成，对小网格进行统一编号，逐个对网格进行抛投；和/或

对地质地形与水文气象进行考察，例如：地质、地形、水文气象等等，制定相应的质量控制和安全、环保管理措施。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤6)具体包括：

启动抛投单元：启动电源与液压系统，通过控制绞盘与液压伸缩轴将导向筒伸入海底，按需调整导向筒的位置。

抛投单元启动后进行漂距预测和抛砂试验：

漂距预测：导向筒末端与海底之间存在高度差H，根据偏移计算砂袋与石块的漂距，根据漂距预测，得出抛石提前量，按此提前量校核船位，使定位准确；

抛砂试验：根据基本粒径情况，选用具有代表性的抛投轨迹进行试验抛投，验证抛砂落距是否准确；

进行漂距预测和抛砂试验后，启动传送机构：先启动横向传送带，后启动纵向传送带；

启动传送机构后启动储砂仓：为了防止砂料在运输过程中发生碰撞掉落，对称的储砂仓不可同时运输砂料，具体步骤例如可以是：

如图2所示，1,2,3,4号仓先工作，砂袋同时进入左侧横向传送带，待砂袋移动一些距离，大致移动到两个储砂仓中间位置时，5,6,7号仓进行工作，砂袋同时进入右侧横向传送带；左，右横向传送带上的砂袋就会顺次交替进入纵向传动带；待砂袋全部进入纵向传送带后，8,9,10,11,12,13,14号仓重复上述操作即可。

设备启动后进行作业目标适应性分析：管道位于钻井平台下方，导向管将无法垂直进行作业，将导向管旋转，根据旋转的角度与导向管的长度计算得出抛投的深度与水平抛投的范围，其中，导向管的长度为20-25m，例如可以是21.5m。

根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤7)具体包括：利用检测单元观测海底管道填埋情况，若管道填埋不合格，须重新定位抛投位置，再次实施抛投作业，直至符合工程标准。

本发明方法还包括工程效果检测：

1)施工过程中，设备的安装误差≤1％，在工程允许范围之内；

2)设备的检测报告显示良好；

3)抛投机构作业时，当抛投的深度为2m时，砂袋的损失量≤5％，碎石的损失量大约为22.5％，当抛投深度为20m时，砂袋的损失量≤5％，碎石的损失量大约为27.5％.，均符合工程要求。

本发明方法还包括全面质量控制：

1)建立完善的质量体系，以指挥员为第一责任人，设立技术小组和质量检查小组，做到各负其责，责任到人。

2)做到施工前技术和安全质量培训，技术讨论和研究。

3)对施工人员进行交底，施工人员必须熟悉图纸及施工流程。

4)执行施工规范相关要求。

本发明方法还包括安全措施：

1)进场前进行安全培训讲话，增强员工安全意识。

2)发生事故后，发现第一人应立即大声呼救，并及时报告责任人。

3)负责人事故发生以后，立即向当地应急部门求救。

4)指挥中心接到事故通知，立即指令相关人员在第一时间赶赴现场了解情况，开展抢救和维护现场秩序，封存事故现场。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。