CN105065778A - 一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法，所采用的装置包括用于承压管道(5)的锚固盘(1)、滑动轴承(2)、系泊缆(3)和自解锁挂钩(4)，所述的方法包括：在海底管道铺设前，先将所采用的装置固定连接于预定的管道位置处；管道铺设过程中，自解锁结构中的挂钩挂在保护层结构上的挂钩孔上，锚固盘与管道形成一个整体，锚固盘随着管道降落到海床上；锚固盘首先降落在海床上，然后管道继续下降，此时，自解锁结构中的挂钩逐渐与保护层结构上的挂钩孔分离，管道压在锚固盘上；在自重及管道重量的作用下，锚固盘上的圆筒插入海床。本发明能够有效解决深海裸铺管道整体屈曲过程中侧向位移过大的问题。

Description

一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法

所属技术领域

本发明属于裸铺管道整体屈曲控制领域，用于管道发生整体屈曲时进行侧向位移控制。

背景技术

随着海洋工程技术的发展和海洋油气资源的开发，特别是深水油田和边际油田的开采，海底管道的工作压力不断提高，其设计温度普遍达到100℃以上，甚至150℃，出现了越来越多在高温、高压环境下工作的海底管道。在热荷载和压力荷载的联合作用下，管道将发生轴向变形，在周围土体的限制下，管道将承受较大的轴向应力。当轴向应力达到一定值时，管道将发生整体屈曲，包括轴向整体移动、垂向屈曲和侧向屈曲。一般来说，埋设管道受周围土体限制会发生垂向屈曲，向上隆起；而对于裸铺在海床上的管道，发生侧向屈曲的可能性较大。对已有海底管道的调查表明，管道屈曲变形的危害不容忽视。海底管道在高温高压作用下的整体屈曲变形控制问题成为管道设计的关键性问题。

对于高温、高压海底管道整体屈曲的设计通常存在两种设计目标：第一种是完全限制管道发生整体屈曲；第二种是允许管道发生整体屈曲，但是管道发生屈曲的位置以及后屈曲的弯矩及应力控制在允许的范围内，即管道在控制下屈曲。对于第一种设计目标，通常采用挖沟埋设或堆石的方法来限制管道发生整体屈曲，但是对于埋地管道，管道的埋深是设计的控制因素，只有在埋设深度满足要求的情况下才能限制管道发生隆起屈曲，并且管道的轴向应力得不到有效释放。通过挖沟埋设或堆石以限制管道发生整体屈曲的方法在浅海施工中常采用。在深海中，挖沟埋设和堆石操作难度大，成本高。因此，对于深海裸铺管道来说，允许管道发生整体屈曲的设计方法是深水油田开发中控制管道整体屈曲设计的唯一可行方法。

对于允许管道在控制下发生整体屈曲的设计目标，管道能否在预设位置发生整体屈曲非常重要。目前通常采用的方法有：蛇形铺管法、枕木扰动法和分布浮力法。现存的激发海底管道发生整体屈曲的方法都只能通过增大初始缺陷或减小侧向阻力来激发海底管道发生整体屈曲，将整体屈曲转化为多段小屈曲从而保护管道不破坏。但是，当管道发生整体屈曲后，并不能控制海底管道整体屈曲的幅值。如果海底管道发生严重的侧向屈曲，即使在采用了上述三种方法之后侧向位移仍然过大。将导致管道中应力过大，从而导致海底管道发生局部屈曲或者管道破裂等问题，这将引起管道泄漏或者使管道无法正常工作。此外，上述三种方法仅适用于远距离输送管道，但对于油田内部的集输管道，由于其距离相对较短，上述三种方法将不再适用。

发明内容

为了克服现有技术上的不足，本发明提出一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法，本发明提供的控制裸铺海底管道发生较大位移的方案可以有效控制裸铺海底管道的侧向位移。该方法中的装置在管道的侧向移动距离达到设计的极限安全距离时，增大管道受到的侧向土壤抗力，从而控制管道的侧向位移进一步增大，有效解决深海裸铺管道整体屈曲过程中侧向位移过大的问题。本发明的技术方案如下：

一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法，所采用的装置包括用于承压管道(5)的锚固盘(1)、滑动轴承(2)、系泊缆(3)和自解锁挂钩(4)几个部分，其中，

锚固盘(1)包括开设有孔洞的圆盘(6)、连接环(7)和数个底部开口的圆筒(8)，每个圆筒(8)固定连接在某个孔洞处的下方，各个圆筒(8)均匀排布，呈中心对称设计；在圆盘(6)的中心固定有用于连接系泊缆(3)的中间连接件(7)，在其两侧还固定有用于连接自解锁挂钩(4)的另外两个挂钩连接件(7)；

滑动轴承(2)包括轴承内圈(9)、带有凹槽(10)的轴承外圈(11)和保护层结构(12)，轴承内圈(9)的内径与管道(5)的外径相配合，轴承内圈(9)并固定在管道(5)上；轴承外圈(11)可以绕着轴承内圈(9)转动，轴承外圈(11)的外表面带有凹槽(10)，用于缠绕系泊缆(3)；保护层结构(12)固定于轴承外圈(9)，将整个滑动轴承(2)包围起来，在保护层结构(12)的底部开有用于系泊缆(3)穿过的小孔；保护层结构(12)上带有两个挂钩孔(13)；

自解锁挂钩(4)包括两个挂钩，挂钩的一端开有销轴孔，另外一端为钩状，采用销轴将开有销轴孔的一端与锚固盘(1)上的挂钩连接件(7)连接起来；其钩状的一端钩挂在保护层结构(12)的挂钩孔(13)上；

所述的方法包括下列的步骤：

(1)在海底管道铺设前，先将所采用的装置固定连接于预定的管道位置处；

(2)管道铺设过程中，自解锁结构中的挂钩挂在保护层结构上的挂钩孔上，锚固盘与管道形成一个整体，锚固盘随着管道降落到海床上；

(3)锚固盘首先降落在海床上，然后管道继续下降，此时，自解锁结构中的挂钩逐渐与保护层结构上的挂钩孔分离，管道压在锚固盘上；

(4)在自重及管道重量的作用下，锚固盘上的圆筒插入海床，增大管道侧向运动土壤抗力，起到限制管道的侧向位移的作用。

本方法可以在控制裸铺管道整体屈曲中单独使用，也可以与现存的激发海底管道发生整体屈曲的方法联合使用，从而更好地控制海底管道整体屈曲变形，避免由于管道侧向位移过大而导致海底管道完整性遭到破坏。具体而言，具有如下的有益效果：

1.本方法采用的所有装置在水上加工完成，且将本方法采用的装置焊接与管道后就不用对其进行任何操作，所以本方法简单易行。

2.本方法采用轴承释放系泊缆而不是直接将系泊缆缠绕在管道外壁上，使得系泊缆在释放过程中与管道外壁不存在直接接触，避免系泊缆对管道外壁的摩擦损伤，避免了系泊缆对管道施加额外扭矩。

3.轴承外壁设有保护层，保护滑动轴承正常工作，防止海底泥沙及海洋生物的附着。

4.依靠锚固盘固定，通过系泊缆长度控制管道最大侧向位移，保证了管道在安全范围内的自由运动，消除轴向应力的累积。

5.本方法中采用自解锁结构，在管道铺设完成后，本方法采用的锚固盘自动与管道分离，无需人工水下操作。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图

图2为锚固盘的结构示意图

图3为滑动轴承的横剖面示意图

图4为管道铺设过程中及铺设完成后自解锁挂钩状态示意图

图5为管道发生侧向移动时本装置的工作状态示意图

图中：1、锚固盘，2、滑动轴承，3、系泊缆，4、自解锁挂钩，5、管道，6、圆形钢板(圆盘)，7、连接环，8、圆筒形结构，9、轴承内圈，10、凹槽，11、轴承外圈，12、保护层结构，13、挂钩孔

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

1、本发明的侧向位移控制装置，主要包括锚固盘1、滑动轴承2、系泊缆3和自解锁挂钩4几个部分(参见图1)。

2、锚固盘1包括一个圆形钢板6、三个连接环7和数个底部开口的圆筒形结构8(参见图2)。圆形钢板6的下方焊接有数个底部开口的圆筒形结构8，圆筒形结构8均匀的分布在圆形钢板6的下方。其中一个连接环7位于圆形钢板6上方的正中间处，用于连接系泊缆3；另外两个连接环7位于中间连接环7的两侧，用于连接自解锁挂钩4。工作状态时，锚固盘1上的圆筒形结构8插入海床，增大管道5侧向运动土壤抗力，限制管道5的侧向位移。本发明所用的锚固盘1结构采用中心对称设计，可以承受来自不同方向的力，当管道5在锚固盘1两侧往复运动时，本装置具有相同的效果。

3、滑动轴承2包括轴承内圈9、带有凹槽10的轴承外圈11、保护层结构12(本实施例的保护层结构为比滑动轴承的轴承外圈11大的钢桶，参见图3)。轴承内圈9的内径与管道5的外径相匹配，轴承内圈9通过焊接固定在管道5上，保证彼此间不产生相对滑动。轴承外圈11的内径等于或略大于轴承内圈9的外径，轴承外圈11可以绕着轴承内圈9转动，轴承外圈11的外表面带有凹槽10，用于缠绕系泊缆3。保护层结构12焊接于轴承外圈9，将整个滑动轴承2包围起来，使滑动轴承2避免机械损伤，在保护层结构12上开有小孔，小孔位于保护层结构12的底端，缠绕在滑动轴承2的系泊缆3通过此小孔伸出，并系泊在锚固盘1上。另外，保护层结构12上带有两个挂钩孔13，自解锁挂钩4的挂钩挂在此挂钩孔13上。

4、系泊缆3可采用钢制缆索，也可采用其它材料的缆索。系泊缆3的一端固定在滑动轴承2的轴承外圈11上，另外一端固定在锚固盘1的连接孔上。根据设计要求确定系泊缆3的长度，将需要的系泊缆3长度缠绕在轴承外圈11上的凹槽10上。

5、自解锁挂钩4由两个挂钩组成。挂钩的一端开有销轴孔，另外一端为钩状结构。采用销轴将开有销轴孔的一端与锚固盘1上的连接孔连接起来。在管道5铺设过程中，钩状结构挂在保护层结构12上的挂钩孔13上，避免锚固盘1与管道5脱离(参见图4-1)。管道5铺设完成后，自解锁挂钩4中的挂钩自动与保护层结构12上的挂钩孔13脱离(参见图4-2)。自解锁挂钩4的作用是保证管道5在铺设过程中锚固盘1不与管道5脱离；当管道5铺设完成后，此自锁结构不影响本发明装置的正常工作。

6、管道5铺设完成后，锚固盘1插入海床，管道5压在锚固盘1上方(参见图4-2)。锚固盘1依靠自身重力和管道5重力嵌入海床，起到增大管道5侧向运动土壤抗力的作用。当管道5发生整体屈曲时，管道5侧向移动，锚固盘1保持不动，缠绕在轴承外圈11上的系泊缆3部分松开，锚固盘1不提供侧向土壤抗力。当管道5侧向运动到一定距离时，缠绕在轴承外圈11上的系泊缆3完全松开，锚固盘1开始提供侧向土壤抗力，从而限制管道5侧向移动(参见图5)。

Claims (1)

1.一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法，所采用的装置包括用于承压管道(5)的锚固盘(1)、滑动轴承(2)、系泊缆(3)和自解锁挂钩(4)几个部分，其中，

锚固盘(1)包括开设有孔洞的圆盘(6)、连接环(7)和数个底部开口的圆筒(8)，每个圆筒(8)固定连接在某个孔洞处的下方，各个圆筒(8)均匀排布，呈中心对称设计；在圆盘(6)的中心固定有用于连接系泊缆(3)的中间连接件(7)，在其两侧还固定有用于连接自解锁挂钩(4)的另外两个挂钩连接件(7)；

滑动轴承(2)包括轴承内圈(9)、带有凹槽(10)的轴承外圈(11)和保护层结构(12)，轴承内圈(9)的内径与管道(5)的外径相配合，轴承内圈(9)并固定在管道(5)上；轴承外圈(11)可以绕着轴承内圈(9)转动，轴承外圈(11)的外表面带有凹槽(10)，用于缠绕系泊缆(3)；保护层结构(12)固定于轴承外圈(9)，将整个滑动轴承(2)包围起来，在保护层结构(12)的底部开有用于系泊缆(3)穿过的小孔；保护层结构(12)上带有两个挂钩孔(13)；

自解锁挂钩(4)包括两个挂钩，挂钩的一端开有销轴孔，另外一端为钩状，采用销轴将开有销轴孔的一端与锚固盘(1)上的挂钩连接件(7)连接起来；其钩状的一端钩挂在保护层结构(12)的挂钩孔(13)上。

所述的方法包括下列的步骤：

(1)在海底管道铺设前，先将所采用的装置固定连接于预定的管道位置处；

(2)管道铺设过程中，自解锁结构中的挂钩挂在保护层结构上的挂钩孔上，锚固盘与管道形成一个整体，锚固盘随着管道降落到海床上；

(3)锚固盘首先降落在海床上，然后管道继续下降，此时，自解锁结构中的挂钩逐渐与保护层结构上的挂钩孔分离，管道压在锚固盘上；

(4)在自重及管道重量的作用下，锚固盘上的圆筒插入海床，增大管道侧向运动土壤抗力，起到限制管道的侧向位移的作用。