一种用于海底油气作业的路由模块作业系统的制作方法

1.本发明涉及水下油气生产领域，尤其涉及一种用于海底油气作业的路由模块作业系统。


背景技术：

2.海底油气作业必须要用到水下生产系统(subsea production system)，一般分为两个部分：水上控制系统和水下控制系统。其中，水上控制系统位于上部平台或陆地终端，其主要包括主控站、电力与通信单元、液压动力单元，水上控制系统的主要作用是向整个水下控制系统提供电力和液压动力，同时负责整个油气田的操作控制逻辑与数据采集。水下控制系统位于水下，其主要包括水下控制模块scm(subsea control module)、水下采油树(控制和调节油井生产的设备)、管汇(水下多根管道交汇的组合体)和其他水下设施的传感器以及阀门等。水上控制系统与水下控制系统通过脐带缆连接，完成整个水下生产系统的整合，从而实现对整个水下生产系统的控制，监控与数据采集，保障水下油气田的安全。
3.然而，目前海底油气作业中，水下控制系统模块体积庞大、功能复杂，进而造成整个下放设备、安装设备都相对复杂、成本较高。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于海底油气作业的路由模块作业系统，精简了水下控制系统的内部机构设计，进而使整个配套的下放设备、安装设备都得以精简化和小型化，从而降低了整体成本。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.一种用于海底油气作业的路由模块作业系统，包括：基座，所述基座包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体之间密封连接后形成密封腔体；所述密封腔体包括主腔体以及与所述主腔体相连通的至少两个子腔体，所述子腔体内均配置有水下电子模块，且各所述水下电子模块经所述上壳体顶部设置的若干个干湿接头与海上设备和/或海底设备的光电信号连接，用于采集水下环境数据并实现海上设备与海底设备的通讯和数据交换；第一定位导向套筒和第二定位导向套筒，位于所述基座两侧并相对所述基座垂直向下设置；底座，所述底座包括底板以及设置在所述底板两端的第一固定柱和第二固定柱，所述第一固定柱和第二固定柱用于与所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒对应套接；锁紧装置，用于在所述第一固定柱和第二固定柱分别与所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒定位连接后锁紧，使得所述底座与所述路由模块形成轴向固定；吊装组件，用于将所述路由模块吊装下放到海底与所述底座固定连接。
7.进一步，所述子腔体为沿着所述下壳体的底壁向下凸出而形成的空间，且所述子腔体的底壁为倒锥形面，所述倒锥形面内侧设置有电接口，用于与其内设置的水下电子模块形成电连接；位于两所述子腔体之间的下壳体底壁还形成一个压力补偿器腔，所述压力补偿器腔内设置有至少两套压力补偿器，用于使所述密封腔体内的压力在海底保持常压。
8.进一步，两所述子腔体、压力补偿器腔、第一定位导向套筒和第二定位导向套筒的中线轴形成一字排列。
9.进一步，所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒为中空圆柱形结构；且所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒的顶端设置连接环，用于在路由模块下放入海底时连接吊装缆绳；所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒底端设置喇叭端口，所述喇叭端口的内壁均匀设置若干弹性夹。
10.进一步，所述第一固定柱和第二固定柱高度不同，且所述第一固定柱和第二固定柱上部均设置有固定通孔，用于通过所述锁紧装置与所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒配合连接；所述第一固定柱和第二固定柱底部设置有多个加强筋，且所述加强筋的数量和位置与所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒底部喇叭端口内壁设置的弹性夹的位置和数量对应。
11.进一步，所述锁紧装置包括：横向插销，所述横向插销上设置有至少一个凸起；插销管，垂直设置于所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒的外壁，且所述插销管的侧壁上设置有至少一个槽孔；当所述第一固定柱和第二固定柱分别与所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒套接后，所述横向插销的端部经所述插销管沿伸进入所述第一定位导向套筒或第二定位导向套筒内部，并使其上的所述凸起与所述插销管上的其中一个所述槽孔嵌接，以将所述第一定位导向套筒和第二定位导向套筒与其内的第一固定柱和第二固定柱锁定。
12.进一步，所述横向插销的远端还设置有手柄，便于安装人员通过所述手柄转动所述横向插销和插拔横向插销，以调整所述横向插销在所述插销管内的插入深度及固定位置。
13.进一步，所述槽孔的侧面设置有弹性凸点，在所述横向插销上的凸起与所述插销管上的其中一个所述槽孔嵌接后，所述弹性凸点弹出于所述槽孔并对所述横向插销形成弹性限制。
14.进一步，所述底座上方还设置有多个电接头预安装插座，且各所述电接头预安装插座通过固定板与所述底板固定连接。
15.进一步，所述基座和底座上均设置有用于防海水腐蚀的阴极保护块。
16.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
17.1、本发明的海底油气作业的路由模块，其通过设置独立的水下路由模块，分担原先水下控制模块部分功能的同时，还改善了整个水下数据采集的效率，精简了水下控制模块的内部机构设计，进而使整个配套的下放系统、安装系统都得以精简化和小型化，从而降低了整体成本；
18.2、本发明中子腔体、压力补偿器腔、第一定位导向套筒和第二定位导向套筒的中线轴形成大致的一字排列，这种一字形的排列，使基座使用较小的空间即可容纳子腔体、压力补偿器腔，为缩小基座的体积提供了基础；
19.3、本发明中路由模块内的密封腔体内设置至少两个子腔体并均配置水下电子模块，当一个水下电子模块出现故障时，另一个水下电子模块也可以完成工作，增强了路由模块的工作安全性和稳定性；
20.4、本发明中路由模块内的压力补偿器腔内的压力补偿器也为冗余设置，进一步保
证了路由模块工作的安全性；
21.5、本发明在固定装置上设置的第一固定柱和第二固定柱高度不同，当路由模块下放到海底时，可以先与较高的第二固定柱定位连接，然后调整角度使较矮的第一固定柱也与对应的导向套筒连接，降低了定位难度，提高了安装效率；
22.6、本发明在第一固定柱和第二固定柱底部设置有若干加强筋，一方面材料本身可导电、抗海水腐蚀性强且铜离子存在具有抵抗海生物附着能力，而且弹性夹可往复运动，即使加强筋表面有泥沙附着也可以随着下放过程中与弹性夹之间的紧密接触剐蹭掉，另一方面，弹性夹与加强筋在实现物理连接的同时，也实现路由模块与底座的电连接，使得路由模块和底座可以共用阴极保护块；
23.7、本发明在底座上设置有多个电接头预安装插座，用于在路由模块未下放到海底时对用于与路由模块连接的线缆形成临时固定，规整了下水电接头的放置位置，水下需要安装在路由模块上的电接头会预先安装在水下路由模块底座上的预备安装插座位置，这样就近设计规整了电接头，同时也避免了安装电接头过程中线路互相缠绕，便于潜水员或者水下机器人在水下快速完成电接头的安装；
24.因此，本发明可以广泛应用于水下油气生产领域。
附图说明
25.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
26.图1为本发明实施例提供的用于海底油气作业的路由模块的立体结构示意图；
27.图2为图1所示的用于海底油气作业的路由模块的剖面示意图；
28.图3为图2所示用于海底油气作业的路由模块在c-c方向的剖视图；
29.图4为图1所示用于海底油气作业的路由模块的仰视图；
30.图5为用于海底油气作业的路由模块组件示意图；
31.图6为图5所示组件的剖面图；
32.图7为应用于图1所示路由模块的锁紧装置；
33.图8为图7所示锁紧装置的部分结构示意图；
34.图9为一个实施中的吊装组件；
35.图10为另一个实施例的吊装组件；
36.图中各附图标记如下：
37.100、基座；110、上壳体；120、下壳体；130、密封腔体；1310、主腔体；1320、子腔体；1330、压力补偿器腔；1340、压力补偿器；140、干湿接头；150、第一定位导向套筒；160、第二定位导向套筒；170、喇叭端口；180、弹性夹；190、阴极保护块；200、底座；210、底板；220、第一固定柱；230、第二固定柱；240、固定通孔；250、加强筋；260、电接头预安装插座；270、固定板；280、阴极保护块；300、锁紧装置；310、横向插销；320、凸起；330、插销管；340、槽孔；350、手柄；360、弹性凸点；400、吊装组件；410、第一吊装组件；4110、吊环；4120、横梁；4130、缆绳；4140、拉绳；420、第二吊装组件；4210、中心环；4220、缆绳；4230、平板；4240、连接绳。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
40.本技术中，以路由模块的正常安装使用位置作为参考位置，定义上、下、顶、底、内、外等确定方案和相对位置的词。
41.其中水下路由模块srm(subsea router module)的作用为水面与水下设备通讯信息传输的转接模块，安装在管汇上。
42.现有技术中存在一种水下路由模块，但是其采用中心单点锁紧方式实现路由模块与海底连接底座的连接以及下放时的吊装操作，所以其决定了其他的模块或部件只能围绕在中心单点锁紧装置的周边设置，这不仅导致路由模块本身的体积较大，且其内部及顶部的有效利用空间受限，只能通过加大整体体积方式满足空间的要求，这进一步使海底的安装底座和吊装辅助设备的体积同步增大，使路由模块及周边配套设备的整体成本非常高，而且下放安装必须依赖人工协助，这进一步的提高了下放安装的门槛和成本。本发明正是从整体上提出创新的结构布局，解决现有技术中所存在的问题。
43.本发明的一些实施例提供一种用于海底油气作业的路由模块作业系统，其包括：基座，基座包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体之间密封连接后形成密封腔体；密封腔体包括主腔体以及与主腔体相连通的至少两个子腔体，子腔体内均配置有水下电子模块，且各水下电子模块经上壳体顶部设置的若干个干湿接头与海上设备和/或海底设备的光电信号连接，用于采集水下环境数据并实现海上设备与海底设备的通讯和数据交换；第一定位导向套筒和第二定位导向套筒，位于基座两侧并相对基座垂直向下设置；底座，底座包括底板以及设置在底板两端的第一固定柱和第二固定柱，第一固定柱和第二固定柱用于与第一定位导向套筒和第二定位导向套筒对应套接；锁紧装置，用于在第一固定柱和第二固定柱分别与第一定位导向套筒和第二定位导向套筒定位连接后锁紧，使得底座与路由模块形成轴向固定；吊装组件，用于将路由模块吊装下放到海底与底座固定连接。本发明实施例的海底油气作业的路由模块，其通过设置独立的水下路由模块，分担原先水下控制模块部分功能的同时，还改善了整个水下数据采集的效率，精简了水下控制模块的内部机构设计，进而使整个配套的下放系统、安装系统都得以精简化和小型化，从而降低了整体成本。
44.如图1、图2所示，本实施例提供一种用于海底油气作业的路由模块作业系统，其包括：
45.基座100，该基座100包括上壳体110和下壳体120，且上壳体110和下壳体120之间密封连接，使基座内形成密封腔体130；该密封腔体130包括主腔体1310以及与主腔体1310相连通的至少两个子腔体1320，各子腔体1320内均配置有水下电子模块，且各水下电子模块经上壳体110顶部设置的若干个干湿接头140与海上设备和/或海底设备的光电信号连
接，以采集水下环境数据并实现海上设备与海底设备的通讯和数据交换；第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160，位于基座100两侧并相对基座100垂直向下设置；
46.底座200，底座200包括底板210以及设置在底板210两端的第一固定柱220和第二固定柱230，第一固定柱220和第二固定柱230用于与第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160对应套接；
47.锁紧装置300，用于在第一固定柱220和第二固定柱230分别与第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160定位连接后将其锁紧，使得底座200与路由模块100形成轴向固定；
48.吊装组件400，用于将路由模块100吊装下放到海底与底座200固定连接。
49.上述实施例中，优选地，密封腔体130内充满绝缘液体介质，例如变压器油。
50.上述实施例中，优选地，上壳体110和下壳体120采用耐压金属材质，并涂覆有防腐材料。例如可以采用碳钢制作上壳体110和下壳体120，并在焊接成型后涂漆。
51.上述实施例中，优选地，上壳体110为长方形盖板，且其顶部的干湿接头140以矩形阵列形式设置。
52.上述实施例中，优选地，干湿接头140包括：湿式光纤通讯接头、湿式电接头、dsl接头、以太网接口中的一个或多个，为路由模块实现信号连接和电连接提供硬件基础。路由模块配置的水下湿式电接头和水下湿式光接头插座不仅能保证自身部件实现静态密封，在外部接头插入/拔出过程也实现相配合的动态密封。
53.上述实施例中，优选地，两个子腔体1320为沿着下壳体120的底壁向下凸出而形成的空间。
54.上述实施例中，更为优选地，如图3所示，两个子腔体1320为沿着下壳体120的底壁向下凸出而形成的柱形空间，且柱形空间的底面为倒锥形，倒锥形面内侧设置有孔状电接口，用于与其内设置的水下电子模块形成电连接和稳定支持。
55.上述实施例中，优选地，如图1、图2、图4所示，位于两子腔体1320之间的下壳体120底壁还形成一个压力补偿器腔1330，其内设置有至少一个压力补偿器1340，用于使基座的密封腔体130内的压力在海底保持常压。本实施例中在压力补偿器腔1330内设置的压力补偿器1340至少为两套，当密封腔体130内部压力出现波动时或有一台压力补偿器故障时，仍能够快速平稳的进行压力动态平衡，保证设备性能不受影响。
56.其中，压力补偿器1340主体部分为胶囊，该胶囊为内部与路由模块内部(即密封腔体)相通且外部与海水接触的机构。将路由模块下放前，往路由模块的密封腔体内部填充满绝缘液体介质，此时压力补偿器1340内部也同时充满，下放至海底时外部水压通过挤压胶囊传递至内部油液，使得路由模块的壳体内外部压力保持平衡避免了壳体受单侧压力变形。
57.特别地，如果不设置压力补偿器，则基座需要做加强处理，直观的表现为增加壳体厚度从而导致为了保证内部元器件的安装空间需要扩宽srm箱体，占用更大的管汇使用面积，从而浪费了资源。
58.上述实施例中，优选地，水下电子模块包括：dsl模块、控制器模块、24vdc开关电源、变压器、光纤交换机、温度传感器、压力传感器、漏水传感器之中的一个或多个。
59.上述实施例中，优选地，第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160的顶端设
置有连接环，用于在路由模块下放入海底时连接吊装缆绳。
60.上述实施例中，优选地，如图3所示，第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160为圆柱形中空结构。
61.上述实施例中，优选地，如图4所示，第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160底端设置有喇叭端口170，使得第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160与底座200连接更方便；喇叭端口170的内壁均匀设置有若干弹性夹180，数量可以设置为2个、4个或6个。
62.上述实施中，优选地，如图3、图4所示，两个子腔体1320、压力补偿器腔1330、第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160的中线轴形成大致的一字排列。这种一字形的排列，使基座使用较小的空间即可容纳子腔体1320、压力补偿器腔1330，为缩小基座的体积提供了基础。
63.上述实施例中，优选地，如图1所示，基座100上还设置有阴极保护块190，阴极保护块190可以设置多个，例如在路由模块100的下壳体120正面和后面分别设置至少一个阴极保护块190。基座100上施加直流电流后，阴极保护块190与基座100的上壳体110和下壳体120通过海水环境形成电性连接，以保护基座100免受腐蚀。
64.阴极保护是一种用于防止金属在电介质(海水、淡水及土壤等介质)中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。根据提供阴极电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，前者是将一种电位更负的金属(如镁、铝、锌等)与被保护的金属结构物电性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向被保护物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交流电转变成低压直流电，通过辅助阳极将保护电流传递给被保护的金属结构物，从而使腐蚀得到抑制。本发明阴极保护块应用的是牺牲阳极法，通过不断溶解消耗阴极保护块来防止海水腐蚀srm壳体。
65.上述实施例中，优选地，第一固定柱220和第二固定柱230高度不同，且第一固定柱220和第二固定柱230的上部均设置有固定通孔240，用于通过锁紧装置300与第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160配合连接；第一固定柱220和第二固定柱230的底部设置有多个加强筋250，且各加强筋250的数量和位置与第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160底部喇叭端口170内壁设置的弹性夹180的位置和数量对应，弹性夹180在夹持到加强筋250的过程中可以对加强筋250上的海生物进行刮除。
66.如图1所示，假设第二固定柱230的高度高于第一固定柱220的高度。当第一固定柱220和第二固定柱230与第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160套接后，通过第一固定柱220和第二固定柱230上的固定通孔240实现锁紧装置300对路由模块和底座200的轴向锁定。由于第二固定柱230的高度高于第一固定柱220的高度，使路由模块下放到海底时，可以先与较高的第二固定柱230定位连接，然后调整角度使较矮的第一固定柱220也与对应的导向套筒连接，可见这样的设计，降低了定位难度，提高了安装效率。
67.上述实施例中，优选地，弹性夹180和加强筋250采用铜镍合金材料，材料本身可导电、抗海水腐蚀性强且铜离子存在具有抵抗海生物附着能力；弹性夹180与加强筋250在实现物理连接的同时，也实现路由模块与底座200的电连接。
68.上述实施例中，优选地，如图3、图4所示，锁紧装置300包括：横向插销310，横向插销310上设置有至少一个凸起320；插销管330，垂直设置于第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160的外壁，且插销管320的侧壁上设置有至少一个槽孔340。当第一固定柱220和第二固定柱230分别与第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160套接后，横向插销310的端部经插销管330沿伸进入第一定位导向套筒150或第二定位导向套筒160内部，并使其上的凸起320与插销管330上的其中一个槽孔340嵌接，以将第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160与其内的第一固定柱220和第二固定柱230锁定，避免了路由模块意外解锁的安全隐患。
69.上述实施例中，优选地，横向插销310的远端还设置有手柄350，方便安装人员通过手柄350转动横向插销310和插拔横向插销310，以调整横向插销310在插销管330内的插入深度及固定位置。
70.上述实施例中，优选地，槽孔340的侧面设置有弹性凸点360，在横向插销310上的凸起320与插销管330上的其中一个槽孔340嵌接后，弹性凸点360弹出于槽孔350并对横向插销310形成弹性限制。安装人员如果想解锁该锁紧装置300，则需要使用一定的力气转动手柄350，使横向插销310克服弹性凸点360的阻力，才能旋出槽孔340，以进行进一步的插拔调整。
71.上述实施例中，优选地，底座200上方还设置有多个电接头预安装插座260，且电接头预安装插座260通过一个固定板270与底板210固定连接。固定板270和设置在其上的多个电接头预安装插座260用于在路由模块未下放到海底时对用于与路由模块连接的线缆形成临时固定，规整了下水电接头的放置位置(水下需要安装在路由模块上的电接头会预先安装在水下路由模块底座上的预备安装插座位置，这样就近设计规整了电接头，同时也避免了安装电接头过程中线路互相缠绕)，便于潜水员或者水下机器人在水下快速完成电接头的安装。
72.上述实施例中，优选地，底板210的前后两侧均设置有用于防海水腐蚀的阴极保护块280。实际使用时，路由模块直接吊装下放至水下管汇锁紧安装，且使用后可以解锁回收至水面。完成安装后路由模块底部的两个定位导向套筒下方的弹性夹与底座的加强筋相接触，实现电连接可共享阴极保护块，弹性夹可往复运动(即使加强筋表面有泥沙附着也可以随着下放过程中与弹性夹之间的紧密接触剐蹭掉，弹性夹是弹性活动部件，所以也不会影响水下了路由模块的回收过程)，安装后与底座块紧密接触。
73.上述实施例中，优选地，如图9所示，吊装组件400可以采用第一吊装组件410，其包括吊环4110以及设置在吊环4110下方的横梁4120。其中，吊环4110与横梁4120之间设置有缆绳4130，缆绳4130由吊环4110穿过后，分别连接于横梁4120两端；横梁4120下方设置有两拉绳4140，两拉绳4140一端分别固定连接于横梁4120一端，另一端自然下垂于横梁4120下方，用于与待吊装的路由模块内第一定位导向套筒150和第二定位导向套筒160顶端的吊环固定连接。
74.实际上，图9中所示的吊装组件410的两拉绳4140的端部即通过分别固定于路由模块两侧的方式进行下放操作，以在下放后，在机器人或潜水员的协助下将路由模块与底座200固定连接。其中，底座200先于路由模块下放到海底并安装于管汇之上。横梁4120使发散式分布的悬吊力转化为垂直悬吊力，使下方悬吊的装置受力均匀，不会产生拉扯变形。
75.上述实施例中，优选地，如图10所示，吊装组件还可以采用第二吊装组件420，其包括中心环4210，中心环4210穿过4条缆绳4220，或者两条缆绳四个末端，缆绳4220的末端与设置于中心环4210下方的平板4230的四个角固定连接。平板4230的下方四角固定有四条连接绳4240，连接绳4240用于与进行下放的装置连接，例如路由模块。平板4230起到将中心环4210的悬吊力均匀分散于平板并转化为垂直的悬吊力，使下放的装置受到的悬吊力垂直且平均分布的，不会拉扯使吊装的装置产生变形。
76.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。