深水雙管系整體安裝技術探索

彭忠衛(wèi) 金桐君

（交通運輸部上海打撈局 上海 200090 ）

0 引言

崖城 13-4氣田開發(fā)項目立管、臍帶管護管安裝及海管交叉處預處理工程是上海打撈局工程船隊總包的一個海上安裝項目，該項目是中海石油（中國）有限公司湛江分公司開發(fā)的崖城13-1氣田中的一項配套工程，包括海管交叉處預處理中海管保護架的安裝、AWA井口平臺立管、臍帶管護管的安裝、試壓等內(nèi)容。本文介紹的就是立管、臍帶管護管安裝過程中創(chuàng)新采用的深水雙管系整體安裝技術。

1 技術背景及設計思路

為了節(jié)約成本，更有效地利用已鋪設好的平臺至陸地終端的海底管線，靠近已有平臺的新建平臺往往通過鋪設較短的海底管線至已有平臺，然后將處理后的原油和天然氣已經(jīng)有平臺的海底管線輸送至陸地終端。而已有平臺在陸地預制的時候，沒有考慮到將來會有新建平臺海底管線登錄該平臺而在陸地預安裝立管，因此要求在已有平臺上新增立管。

傳統(tǒng)的新增立管安裝方法是先采用一定的控制方法將管卡安裝到導管架上面，接著管卡進行必要的調(diào)整使所有管卡從上到下處于一條直線上面。最后進行立管的下放和管卡進行連接。傳統(tǒng)立管安裝方法的最大難度在于管卡同心度的調(diào)整，傳統(tǒng)采用的鋼絲繩定位法和樣管定位法都不能算是非常高效可靠的方法。

在充分吸收傳統(tǒng)安裝工藝優(yōu)勢的基礎上，本項目我們對管系安裝的方式進行了創(chuàng)造和革新，提出了全新的深水雙管系整體安裝方法。深水雙管系整體安裝方法簡單來說，即省略了原有施工方法中管卡和管段水下拼裝、調(diào)整的步驟，將管卡和管段在水下安裝前即組合為一個整體進行安裝的施工方法。

該方法的提出不僅解決了管卡同心度調(diào)整的難題，由于節(jié)省了大量的水下潛水時間，具有非常大的優(yōu)勢。13-4氣田開發(fā)項目投產(chǎn)日期非常緊迫，工程施工時間屬于臺風季節(jié)，平臺改造以及鉆完井等大量交叉作業(yè)對工程施工有很大干擾，因此迫切的需要減少海上安裝的工期和工作量，盡量避免將可以陸地解決的事宜帶到海上解決從而增加不必要的困難。深水雙管系整體安裝方法恰恰最大限度地節(jié)省了水下作業(yè)時間，具有非常大的優(yōu)勢。

為了解決管系長度較長（每根管系水下長度100m）、無法直接豎直起吊安裝的問題，我們還將管系比較均勻地分成了兩段。下文中我就著重根據(jù)崖城 13-4項目立管、臍帶管護管安裝工程的施工實際來介紹下深水雙管系整體安裝的方法。

2 崖城13-4氣田項目新增立管安裝方案

崖城13-1平臺群圖見標題。

崖城 13-4項目立管、臍帶管護管安裝工程計劃在 13-1平臺群 AWA進口平臺 ROW 1側(cè)安裝一根立管和一根臍帶管護管。詳細的施工內(nèi)容如下：

首先根據(jù)雙管系整體安裝的要求，將連接導管架橫撐和斜撐、固定管系的管卡設計成多段式、多向可調(diào)節(jié)拼裝的形式，而不是以往采用的固定結(jié)構(gòu)形式，在實際的施工中，特別是管段安裝過程中，這種設計給管卡的調(diào)整帶來了極大的便利。管卡根據(jù)設計圖紙在陸地進行放樣和預制，并進行噴砂、防腐等工序。

圖1 管卡設計示意圖

管系的預制，包括焊接對接、打磨、無損檢測、涂裝、防腐等都是在陸地完成，并進行清管試壓。由于管系太長，因此按照設計分為兩段進行預制處理，并通過對接法蘭進行兩段管段的水下對接。

管系和管卡都預制完成后，在陸地進行拼裝，根據(jù)設計圖紙中管卡和管段的相對位置進行組裝。利用全站儀等精確測量工具進行定位確保組裝精度達標。組裝精度將直接決定水下安裝是否成功，所以在組裝結(jié)束之后進行復核非常有必要。

利用施工船舶吊機將組裝完成后的管系管卡組合體吊放至施工船舶甲板（也可是運輸駁船）

綁扎并運輸至施工海域進行安裝。（參見圖2）

圖2 管卡組合體整體吊裝至施工船舶甲板

圖5 起吊、翻轉(zhuǎn)和安裝索具

圖3 管、卡組合體吊裝強度有限元分析應力云圖

注意：采用何種管、卡組合體吊裝方案保證管子強度是整管子的強度進行有限元校核，確保管子在吊裝時具有充分的強度。（見圖3）水下安裝前，管卡、管系安裝位置的精確定位以及安裝位置和路由的清理是至關重要的。通過利用定位鋼絲的方式，將計劃安裝管卡的導管架桁架結(jié)構(gòu)上橫撐和斜撐的范圍劃定出來并利用高壓水槍等專業(yè)設備對安裝位置進行海生物的清理，以及路由上犧牲陽極的切除和恢復。（參見圖4）

圖4 安裝定位鋼絲即海生物清除

海上安裝過程中，克服了管系長度較長、無法直接豎直起吊安裝以及管段水下安裝精確定位的問題。主要是根據(jù)不同施工步驟配置了專用功能的起吊、翻轉(zhuǎn)和安裝吊索，并利用施工船舶的吊機進行協(xié)同作業(yè)。（參見圖5）

整個施工過程包括了起吊、移位、下放、翻轉(zhuǎn)、二次移位、調(diào)整、就位。首先利用起吊吊索，將管段組合體吊離施工船舶甲板；隨后通過旋轉(zhuǎn)吊機將管卡組合體移位至船舷海面上方；接著通過緩慢的下放將管段下放至水下 10m，目的是減輕自重、緩解接下來的翻轉(zhuǎn)過程中節(jié)點受力情況；翻轉(zhuǎn)是指利用施工船舶吊機的主鉤和副鉤，以及甲板履帶吊的吊鉤對管卡組合體進行轉(zhuǎn)動，目的是將管段從水平姿態(tài)轉(zhuǎn)換為豎直起吊狀態(tài)。整個過程最關鍵的就是翻轉(zhuǎn)過程中吊索的受力、管段組合體的應力變化。因此為了緩解個別吊點的受力情況，加裝了數(shù)個浮帶進行輔助提供充裕的附加浮力；翻轉(zhuǎn)完成后，就直接切換為豎直起吊移位吊索，通過利用施工船舶吊機和平臺吊索具等方式，將施工船舶的吊力轉(zhuǎn)移至平臺吊點。此種做法是考慮到惡劣海況對施工船舶產(chǎn)生的不利影響將直接關系到就位過程中管子的平穩(wěn)性；在后續(xù)的調(diào)整、下放、在調(diào)整過程中，充分利用了平臺絞車、葫蘆以及潛水員 水下觀察的優(yōu)勢，可以說是順利、平穩(wěn)地將管卡組合體安裝到預定的位置。（參見圖6、7、8）

圖6 管、卡組合體起吊下放

圖7 管、卡組合體移動

圖8 管系水下連接

管卡組合體安裝到位后則進行上下段對接法蘭的連接。通過下放上段管系來進行法蘭的對接安裝（參考圖 10），使用液壓扳手等工具進行緊固。立管、臍帶管護管對接法蘭連接到位后需進行試壓工作。

3 結(jié)束語

整個深水雙管系整體安裝過程的主要關鍵控制點在與，首先陸地預制很組裝的精度必須得到嚴格的控制，其次管系整體起吊、下放和翻轉(zhuǎn)、就位的過程中，管系的受力情況一定要得到全程的監(jiān)控，最后則是在前期定位鋼絲安裝和定位測量的時候必須做到精確以及反復的校核，并對海生物清除的區(qū)域要保有一定的余量。

圖9 對接法蘭連接

圖10 立管、臍帶管護管安裝到位

相對于原有施工方式，深水雙管系整體安裝技術將大量的海上、水下施工工作轉(zhuǎn)移至陸地，避免了由于海上及水下工作可能遇到的海況、潮汐等諸多不確定因素可能對工期和工作量產(chǎn)生的巨大影響，大大地縮短了施工工期和減少了工作量。此外，由于管卡和管系的拼裝是在陸上進行，對于精度可采取多種有效的方式進行控制，可以極大地減少在海上（水下）施工過程中的返工量。此外，由于管卡的設計是采用分段式、多向可調(diào)節(jié)的思路進行設計和預制的，在實際海上安裝過程中可以根據(jù)偏差的情況進行靈活的調(diào)節(jié)。

此外，和原有施工方式相比，減少了管卡、管系水下定位拼裝的步驟，特別是對于雙管系的安裝來說，更是極大較少了潛水工作量。另外，此施工方法中使用的是氦氧表面潛水或飽和潛水的方式，相對于原有空氣潛水來說，使深水管系安裝可以付諸實施，此外由于潛水方式的不同，極大的擴充了潛水員水下施工作業(yè)的時間，提高了工作效率。

崖城 13-4項目立管、臍帶管護管安裝工程中深水雙管系整體安裝技術的成功運用為我們開拓了一種全新的施工方法，也為今后相似的工程積累了寶貴的經(jīng)驗。目前，該項施工技術正在申請國家專利。