CN102661444A - 海洋石油平台深水双管系的安装方法 - Google Patents

Abstract

一种海洋石油平台深水双管系的安装方法，在施工前期水下调查的基础上，先在陆地上按照预定的相对位置将包括立管和护管的双管系与管卡拼装为上、下两段组合体，然后利用作业船舶运至海上，将该两组合体起吊入水、扶正就位、与导管架连接，最后对接连成一体，完成在导管架平台结构上的安装。本发明在陆地上完成了管卡和管系的拼装工作，最大限度地减少了海上和水下作业的工作量，从而达到了提高工作效率、降低作业风险、提升施工精度的效果，适用于海洋石油平台深水双管系的安装。

Description

海洋石油平台深水双管系的安装方法

技术领域

本发明涉及海洋石油平台的构筑方法，具体涉及一种海洋石油平台深水双管系的安装方法，属于海洋油气开采技术领域。

背景技术

当前石油和天然气已成为国民经济发展和日常生活不可缺少的资源，而尚未被完全开发的海洋油气资源就日益显得重要。海洋油气的开发通常采用在海面上构筑固定平台的形式。海洋石油平台的构筑通常采用导管架钢桩固定的方式，通过在导管架桩腿里面打入钢桩的方式来固定导管架，然后将平台和导管架连接起来进行油气的开发。为了接入附近过来的油气，经常需要在导管架上面安装一些立管，和海底专门铺设的海管连接起来用于将附近的油气输送到平台上面进行初步的加工处理。石油平台导管架侧管系的安装，包括新建平台管系的安装、已有平台原有管系的改造以及原有管系的扩建等，是作为海洋油气开采和传输中最为关键的一个环节，这里所说的管系包括安装在导管架上的油管、气管、电缆管、脐带缆护管等形式的管系。

为了便于理解和说明本发明的内容，现对一些技术术语作出定义如下：

导管架型平台——是由钢管桩通过导管架固定于海底的结构物，导管架本身具有足够的刚性，保证平台结构的整体性，从而提高平台抵抗自然载荷的能力。

导管架——是由若干竖向立柱(圆钢管)和横向、斜向连接钢管焊接结成的空间桁架结构，参见图1，导管架1是海洋石油平台中传递载荷的主要部件，其主体是钢制桁架结构，是海洋石油平台的固定基础。

横撑和斜撑——参见图1，导管架桁架结构中横向和斜向的钢管分别成为横撑和斜撑4。

管系——统指安装在导管架桁架结构(横撑或斜撑)上的圆钢管结构。参见图1，管系2分为立管和护管；根据功能和传输物质的不同，立管包括油管、气管，护管包括电缆管和脐带缆管等。同时包括有立管和护管的管系为双管系。

管卡——参见图3，安装在导管架横撑或者斜撑4上用来固定管系2的钢构件，其具有用以锁合导管架1的大卡子31和用以锁合管系2的小卡子。

深水——是指超过空气潜水深度的水深。

目前国内海洋工程领域导管架上管系的安装方式主要分为以下几种：

1、导管架预制阶段直接预装：在导管架陆地预制阶段根据需要在导管架桁架结构上预先将管系安装到位。此方式适用于新建导管架。

2、管卡和管系拼装：将管系与用以固定管系的管卡分开进行安装。此方式需预先进行详细的水下调查，对管卡安装位置和基线进行测量和标识；首先安装管卡，随后将预制完成的管系在水下与管卡进行连接、固定和安装。该方法需使用施工船舶在平台侧进行施工，施工受限于平台海域情况和气象海况。

3、管卡分组安装，管系焊接下放后拼装：首先利用样管(定位管)等将管卡分组安装至导管架的横撑和斜撑上，然后将管系在导管架平台上分段焊接对接后下放入水并与管卡依次拼装。此方式可以节省一定施工步骤和工作量，管系由导管架侧下放入水安装的方式解决了施工船舶受气象海况的限制的不利，但是该方法对管系分段焊接工艺和检验有较高的要求，并受制于平台交叉作业和热工作业。

上述现有的施工方式各有优缺点：第1种预制阶段的施工方式虽然有安装简便、施工效率高等优点，但是只适用于新建的导管架。而实际情况是，大部分管系的安装都是属于设计外扩建或者改造范畴内的。第2种管卡和管系拼装的施工方式，受施工船舶、导管架平台海域以及导管架本身结构、尺寸的限制，在施工前期往往要做大量的水下调查和测量，考虑导管架桁架结构、牺牲阳极以及靠船护栏等诸多影响，然后确定相对比较理想的安装路线，由于管卡的安装精度、管系的预制精度以及两者水下拼装的过程中的精度控制都将直接影响安装施工的精度，因此极有可能出现管系无法与管卡顺利吻合的情况。第3种管卡分组安装、管系焊接下放拼装的施工方式，其一定程度上解决了安装精度控制方面的问题，但是也存在施工工期较长(需分段焊接对接、打磨、无损检验及防腐等复杂工序)以及热工作业与平台生产存在交叉作业的问题。

此外，无论是管卡分组安装还是管卡和管系拼装，都是采用先安装管卡，再安装管系这样的分步进行的方法，由于都属水下施工作业范畴，不可避免地受气象海况以及潜水作业方式等方面的限制，存在着施工效率低、受限因素多和潜水作业时间短等问题，相对来说该两者比较适合在浅水海域的施工，并且只限于单管系安装。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种管、卡一体，分段安装的海洋石油平台深水双管系的安装方法，在陆地上完成管卡和管系的拼装工作，减少海上和水下作业的工作量，从而达到提高工作效率、降低作业风险、提升施工精度的效果。

本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：

一种海洋石油平台深水双管系的安装方法，在施工前期水下调查的基础上，先在陆地上按照预定的相对位置将包括立管和护管的双管系与管卡拼装为上、下两段组合体，然后利用作业船舶运至海上，将该两组合体起吊入水、扶正就位、与导管架连接，最后对接连成一体，完成在导管架平台结构上的安装。

本发明所述的海洋石油平台深水双管系的安装方法，其具体步骤如下：

(1)前期准备工作

对导管架进行水下调查，清除安装区域中的海生物，预制和组装管卡，对立管和护管进行对接焊接、清管试压；

(2)管、卡陆上组装，吊装上船

首先在平整的码头上画出一条参考直线，将管卡放置在线上特定的位置，大卡子朝下且控制管卡之间的相对位置和管卡的角度，之后将小卡子打开，将需要安装的管子起吊放置到管卡的预定位置上，之后将小卡子锁合，从而将立管和护管与管卡组装成上段组合体和下段组合体，每段组合体包括立管、护管和若干管卡，最后将两组合体吊到作业船舶上；

(3)上、下段组合体水平起吊入水

作业船舶到达施工现场抛锚布场之后，进行下、上段组合体的水平起吊入水，起吊时保证管子的强度；

(4)上、下段组合体水中扶正

在水中将中间的索具连接处连接好浮带，通过控制外侧的两根索具将两组合体在水中扶正，之后将浮袋解除；

(5)上、下段组合体平移就位

承担组合体重量的索具由船上逐步转移到平台上，然后在监控下通过平台上的索具将上、下段组合体最终就位，潜水员入水将大卡子锁合抱紧导管架；

(6)上、下段组合体法兰对接

先松开上段组合体的立管和护管的小卡子，对该立管和护管下放，将之与下段组合体的立管和护管进行法兰对接，之后重新将小卡子锁紧；

(7)清管测径试压合格后，双管系的安装工作结束。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优势：

1、贯彻了能够在陆上完成的工作就不带到海上去做的原则，将原有施工方式中大量的海上及水下施工的工作转移至陆地，节省了大量的海上工作时间，避免了可能遇到的海况、潮汐等诸多不确定因素对工期和工作量产生的巨大不利影响，从而大大地缩短了施工工期、加快了施工角度和减少了工作量。

2、由于管卡和管系的拼装是在陆上进行，管卡的安装和管子的安装两步并作一步，简化了安装管卡的步骤，节省了大量的潜水时间，降低了潜水带来的风险，另外，此施工方法中使用的是氦氧表面潜水或饱和潜水的方式，相对于原有空气潜水来说，使深水管系安装能够付诸实施，潜水方式的不同扩充了潜水员水下施工作业的时间，大大提高了工作效率，尤其对双管系的安装更是如此；此外，由于在陆地上将管卡按照导管架的对应尺寸与立管和护管连接成了一个整体，因此可采取多种有效的方式对加工精度进行控制，从而极大地减少了在海上水下施工中的返工量。

3、由于管子组合体是在陆地阶段就完成了对接烧焊，因此降低了施工对平台的依赖度，减少了海上施工对平台占用的时间，同时大大减少了在油气平台上动火的时间，最大限度地减少了火灾的可能。

附图说明

图1为海洋石油平台导管架的示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为管卡的示意图。

图4为本发明的方法流程图。

图5为本发明起吊步骤的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的海洋石油平台深水双管系的安装方法是指在施工前期水下调查的基础上，先在陆地上按照预定的相对位置将包括立管和护管的双管系与管卡拼装为上、下两段组合体，然后利用作业船舶运至海上，将该两组合体起吊入水、扶正就位、与导管架连接，最后对接连成一体，完成在导管架平台结构上的安装。

请参阅图4本发明的方法流程图，该安装方法的施工工艺按照时间先后顺序需要经过以下几道工序：前期准备工作；管、卡陆上组装，吊装上船；下、上段组合体水平起吊入水；水中扶正；平移就位；下、上段组合体法兰对接；清管试压收尾工作。具体步骤如下：

(1)前期准备工作

前期需要完成的准备工作包括：施工前对导管架1进行水下调查；对影响管卡3安装的导管架1桩腿区域中海生物的清除；管卡3的室内预制和结构组装；构成双管系2的立管和护管的对接焊接、清管试压。

(2)管、卡陆上组装，吊装上船

前期准备工作完成之后，立管和护管两根管子与管卡3要进行组装，组装工作需要找一处平整的码头，码头长度至少要大于管子的长度(50m)。首先画出一条长直线作为参考，然后将管卡3按照水下调查获得的导管架1的尺寸放置在直线特定的位置上，注意大卡子31朝下，并且控制管卡3之间的相对位置和管卡3的角度，放置好管卡3之后将小卡子32打开；在需要安装的管子上面用MARK笔标记出管卡3位置，接着起吊管子放置到管卡3的预定位置上面，放到位之后将小卡子32锁合，以这种方式将立管和护管与管卡3组装起来；由于管子过长，立管和护管与管卡3的组合体分成比较均匀的两段一上段组合体和下段组合体，每段组合体均包括两根管子和若干管卡3；组装工艺参数：管卡3相对距离公差控制在±1cm，接触地面卡子角度公差控制在±2°。

最后，使用起吊设备(履带吊)将上段组合体和下段组合体吊到作业船舶上面，起吊要注意管子的强度。

(3)上、下段组合体水平起吊入水

下、上段组合体在陆地上组装结束之后，作业船舶装载着管子组合体去施工现场，到达现场并且抛锚布场之后，开始进行下、上段组合体的水平起吊入水，水平起吊状态参见附图5。由于组合体比较长，任何的晃动都可能对管子造成损坏，所以起吊挑选天气条件比较好的时机：浪高在1米以内，风速在3级以内。起吊索具的选择要充分考虑管子的强度，在采用的起吊方式的条件下对管子进行ansys有限元分析，保证管子水平起吊入水时候的强度。

(4)上、下段组合体水中扶正

组合体浸入水中之后由于浮力的作用可以减轻管子的重量分布，接下来的工作是将组合体进行扶正作业。由于为了保证管子的强度，起吊阶段连接了较多的索具，会不利于扶正，所以在水中将中间的几根索具连接处连接好浮带，充气抵消部分重力之后再将中间几根索具解除，只保留外侧的两根索具。通过控制外侧的两根索具，一根不动，另一根下放，将两组合体在水中扶正，之后将浮袋解除。

(5)上、下段组合体平移就位

承担管子组合体重量的索具由船上逐步转移到平台上去，这样能够消除作业船舶升沉对管子就位的不利影响。然后在ROV或者潜水员的监控下，通过操作平台上的索具将上、下段组合体最终就位，最后潜水员入水将大卡子31锁合抱紧导管架1。

(6)上、下段组合体法兰对接

在陆地组装阶段事先在上、下段管子之间预留了一定的间隙，在上、下段组合体就位之后，先后松开上段组合体的立管和护管的小卡子32，对立管和护管进行下放，将之与下段组合体的立管和护管进行法兰对接，对接完成之后重新将小卡子32锁紧。

(7)清管试压收尾工作

经过清管测径试压合格后，双管系2的安装工作最后全部结束。

某气田开发项目立管、脐带缆护管安装工程采用了上述本发明的海洋石油平台深水双管系的安装方法，收到了不错的效果，实践证明各步工序安全、高效、经济，所述方法具有非常显著的优势：

1、陆地组装可行精确

采用控制管卡本身的精度和控制管卡相对之间的距离、角度，然后将立管和护管分别吊上管卡进行组装的方式证明是可行、精确的。这种在陆地上进行组装的方式节省了宝贵的海上施工时间，具有很大的优势。

2、上下段组合体起吊满足强度要求

实际施工中，索具的分布均匀对称，在每个管卡上面至少设置一根索具，因此起吊过程当中没有发生大的弯曲变形，没有发生晃动现象，充分证明本发明所述方法起吊平稳安全可靠。

3、水中扶正过程安全可靠

组合体起吊的时候处于水平状态，而组合体与导管架连接的时候需要处于竖直状态，因此组合体需要经历一个扶正的过程。实践证明，采用水中部分索具使用浮袋代替，只保留两侧两根索具的方式进行扶正的方法是安全可行且高效的。

4、索具转交给平台

将支承组合体的索具从作业船舶转移到平台上面，一者是就位的需要，二者是组合体由平台来支承消除了船舶晃动对就位的影响。施工过程证明这一步骤非常必要有效。

Claims (2)

1.一种海洋石油平台深水双管系的安装方法，其特征在于：在施工前期水下调查的基础上，先在陆地上按照预定的相对位置将包括立管和护管的双管系与管卡拼装为上、下两段组合体，然后利用作业船舶运至海上，将该两组合体起吊入水、扶正就位、与导管架连接，最后对接连成一体，完成在导管架平台结构上的安装。

2.根据权利要求1所述的海洋石油平台深水双管系的安装方法，其特征在于：所述安装方法的具体步骤如下：

(1)前期准备工作

对导管架进行水下调查，清除安装区域中的海生物，预制和组装管卡，对立管和护管进行对接焊接、清管试压；

(2)管、卡陆上组装，吊装上船

首先在平整的码头上画出一条参考直线，将管卡放置在线上特定的位置，大卡子朝下且控制管卡之间的相对位置和管卡的角度，之后将小卡子打开，将需要安装的管子起吊放置到管卡的预定位置上，之后将小卡子锁合，从而将立管和护管与管卡组装成上段组合体和下段组合体，每段组合体包括立管、护管和若干管卡，最后将两组合体吊到作业船舶上；

(3)上、下段组合体水平起吊入水

作业船舶到达施工现场抛锚布场之后，进行下、上段组合体的水平起吊入水，起吊时保证管子的强度；

(4)上、下段组合体水中扶正

在水中将中间的索具连接处连接好浮带，通过控制外侧的两根索具将两组合体在水中扶正，之后将浮袋解除；

(5)上、下段组合体平移就位

承担组合体重量的索具由船上逐步转移到平台上，然后在监控下通过平台上的索具将上、下段组合体最终就位，潜水员入水将大卡子锁合抱紧导管架；

(6)上、下段组合体法兰对接

先松开上段组合体的立管和护管的小卡子，对该立管和护管下放，将之与下段组合体的立管和护管进行法兰对接，之后重新将小卡子锁紧；

(7)清管测径试压合格后，双管系的安装工作结束。

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