CN106015736A - 海底管道悬跨处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底管道悬跨处理方法，包括以下步骤：S1、测量海底管道的悬跨高度；S2、通过ROV将灌浆袋放置并展开在所述海底管道下方；所述灌浆袋内包括上下设置的多个灌浆层；S3、通过注浆管线将水泥浆注入所述灌浆袋的灌浆层内，自下而上逐层灌浆，使所述灌浆袋扩充、成型为灌浆支撑体，支撑在所述海底管道下方。本发明通过ROV操作，以灌浆方式对灌浆袋灌浆，形成支撑在悬跨的海底管道下方的灌浆支撑体，对海底管道进行稳定持久支撑，安全可靠。本发明的处理方法不受水深限制，可处理悬跨高度幅度大，同时工艺简单，操作方便，处理效果好，对施工船舶和环境因素要求低。

Description

海底管道悬跨处理方法

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种海底管道悬跨处理方法。

背景技术

海底管道是油气运输的生命线，无论是设计、预制、安装还是运营，管道安全都是油气开发的重点。海底管道在海底中通常形成有悬跨，一方面，由于海流、潮流的冲刷和风暴等恶劣天气的作用，海底很容易产生凹凸不平，形成悬跨；另一方面，由于海底原始地貌的复杂性和不平整，海底管道经过坡度段和沟槽段，形成自然悬跨。

海底管道悬跨超过临界长度，会产生诸多不利因素，威胁着油气开发的安全。轻则管道弯曲、变形、破裂，重则造成油气泄漏、爆炸、造成环境污染，引发生态灾难。随着由浅海到深海的推进发展，悬跨的多样性和复杂性也必然相伴而生，正确评估并选择合适的处理方法，将有效的保障油田生产活动的安全运行。

目前，悬跨处理有多种方法：砂袋回填法、后挖沟法、机械支架法和抛填砾石法。砂袋填充法工艺简单，操作方便，要通过潜水员操作才能形成良好的处理效果；其缺点是可靠性差，易冲刷，需要定期检查维护。后挖沟法和抛填砾石法可以进行悬跨处理，但侧重于整个管道的稳定性，适合长距离管线作业，工程量大，费用高，危险性也高，需对管道进行挖沟应力计算。机械支架法需借助饱和潜水来完成安装，花费高、工期长，且处理质量不高；抛填砾石法简单，直接，但是花费高不利于维修，对海底流影响不明确(形成新的冲刷悬跨)。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种安全可靠、操作简单的海底管道悬跨处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种海底管道悬跨处理方法，包括以下步骤：

S1、测量海底管道的悬跨高度；

S2、通过ROV将灌浆袋放置并展开在所述海底管道下方；所述灌浆袋内包括上下设置的多个灌浆层；

S3、通过注浆管线将水泥浆注入所述灌浆袋的灌浆层内，自下而上逐层灌浆，使所述灌浆袋扩充、成型为灌浆支撑体，支撑在所述海底管道下方；其中，在完成所述灌浆袋最下方的灌浆层的灌浆后，通过吊架将所述灌浆袋吊起撑开再进行下一层的所述灌浆层的灌浆。

优选地，所述步骤S2中，通过配重转盘将所述灌浆袋放入海中，通过ROV将所述灌浆袋展开并拖至所述海底管道下方。

优选地，所述步骤S2中，所述灌浆袋上对应每一所述灌浆层的位置设有灌浆口和透气孔，灌浆口和透气孔分别连通对应的所述灌浆层；

上下相邻的两层所述灌浆层之间的隔层上分布有数个通孔；在所述步骤S3中，在对上一层的所述灌浆层灌浆时，水泥浆通过所述通孔与下一层的所述灌浆层中的水泥浆融合。

优选地，所述步骤S2中，下放所述灌浆袋前还包括以下步骤：

S2.1、在所述灌浆袋底层的相对两侧边装上支管，所述支管的长度等于或大于所述底层侧边的边长；

S2.2、在所述灌浆袋底层的四周侧边装上配重链，在所述配重链和支管的连接处还设置浮球；

S2.3、将吊架装配在所述灌浆袋上，所述吊架连接所述灌浆袋顶层的至少相对两侧；

S2.4、将所述灌浆袋折叠后固定在配重转盘上。

优选地，所述步骤S2.2后，还包括：

对所述灌浆袋顶层表面中心及垂直于所述支管的所述灌浆袋侧边中点位置进行标记，用于定位及观察所述灌浆袋；

将注浆管连接在所述灌浆袋的每一灌浆层的灌浆口上。

优选地，所述步骤S2中，在船上通过吊机及吊绳将所述配重转盘下放到海中并间隔所述海底管道；所述注浆管通过注浆管线连接船上的注浆机，所述注浆管线沿着所述吊绳延伸，并通过数个间隔的连接件与所述吊绳间隔连接。

优选地，所述步骤S2中，通过所述ROV将所述灌浆袋放置并展开在所述海底管道下方，对所述灌浆袋进行初步定位后，还通过校准链对所述灌浆袋进行二次定位；

所述二次定位操作如下：通过所述ROV将校准链悬挂在所述海底管道上，沿所述海底管道延伸方向的所述灌浆袋两侧分别对应有一条所述校准链，每一条所述校准链的两端分别向所述灌浆袋方向垂下；观察所述校准链的两个下垂端是否位于所述灌浆袋的标记区间内，位于所述标记区间内，则所述灌浆袋在所述海底管道下方放置到位。

优选地，所述步骤S3中，在完成每一层灌浆层的灌浆后，待水泥浆初凝后进行下一层灌浆层的灌浆。

优选地，所述步骤S3前，对所述注浆管线进行注水测试，确认所述注浆管线通畅。

优选地，所述步骤S2前还包括找平：通过ROV将找平袋放置到所述海底管道下方的海床上，通过注浆管线将水泥浆注入所述找平袋内且不灌满所述找平袋，通过灌注有水泥浆的所述找平袋对海床进行找平；

所述步骤S2中的所述灌浆袋放置展开在所述找平袋上。

优选地，所述步骤S1还包括：对灌浆袋的结构稳定性进行计算；

所述结构稳定性计算包括：海床面沉降计算、灌浆袋垂向承载计算、灌浆袋横向承载计算、灌浆袋整体稳定性计算、灌浆袋整体倾覆稳定性计算、灌浆袋层间滑移计算。

本发明的有益效果：通过ROV操作，以灌浆方式对灌浆袋灌浆，形成支撑在悬跨的海底管道下方的灌浆支撑体，对海底管道进行稳定持久支撑，安全可靠。本发明的处理方法不受水深限制，可处理悬跨高度幅度大，同时工艺简单，操作方便，处理效果好，对施工船舶和环境因素要求低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的海底管道悬跨处理方法操作时的设备结构图；

图2是本发明一实施例的海底管道悬跨处理方法中灌浆袋的结构示意图；

图3是本发明中灌浆袋下放前的结构示意图；

图4是本发明一实施例的海底管道悬跨处理方法中灌浆袋吊起时的结构示意图；

图5是本发明中对灌浆袋二次定位结构示意图；

图6是本发明中对灌浆袋灌浆的过程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，本发明一实施例的海底管道悬跨处理方法，可包括以下步骤：

S1、测量海底管道10的悬跨高度。

该步骤S1还包括对悬跨处理位置的选定、安装空间调查，海床平整度调查及下放位置调查等。

还包括对灌浆袋20的结构稳定性进行计算；结构稳定性计算包括：海床面沉降计算、灌浆袋垂向承载计算、灌浆袋横向承载计算、灌浆袋整体稳定性计算、灌浆袋整体倾覆稳定性计算、灌浆袋层间滑移计算，从而决定采用对应尺寸、形状的灌浆袋，灌浆高度等。

S2、通过ROV(水下机器人)将灌浆袋20放置并展开在海底管道10下方。

如图2所示，灌浆袋20内包括上下设置的多个灌浆层21，从而灌浆层21逐层灌浆。

灌浆袋20由强化聚丙烯材料制成的袋状结构，可折叠，展开后的形状可为柱形、梯形等。灌浆袋20上对应每一灌浆层21的位置设有灌浆口22和透气孔23，灌浆口22和透气孔23分别连通对应的灌浆层21。透气孔23包括透气帽及设置其上的数个小孔。每一层的灌浆口22优选设置两个，一个为主灌浆口，另一个为备用灌浆口。透气孔23优选位于或邻近灌浆层21的对角处。透气孔23具有透气作用外，还具有排水功能，并且在灌浆时通过其渗透出水泥浆来判断灌浆层21的灌浆饱满情况，是否停止灌浆。

参考图3，在下放灌浆袋20前还包括以下步骤：

S2.1、在灌浆袋20底层(最下方的灌浆层21)的相对两侧边装上支管101，支管101的长度等于或大于底层侧边的边长。

优选地，支管101所在侧边为后续注浆管线连接的一面及相对一面，使灌浆袋20的柔性侧边变为刚性侧边，方便灌浆袋20的展开且不影响灌浆袋20的折叠。支管101可以方便ROV拖拽，也可以维持展开后灌浆袋边缘形状。支管101根据灌浆袋20的大小选用不同材质管子，一般选用不锈钢管。

S2.2、在灌浆袋20底层的四周侧边装上配重链102，在配重链102和支管101的连接处还设置浮球。

配重链102要沿灌浆袋20底层边缘穿插一周，终端用卸扣连接。配重链102的作用是配重，使灌浆袋20形状易于维持和调整，方便定位且不漂浮，还利于灌浆袋20不设有支管的柔性侧边的展开，不影响灌浆袋20的折叠。在配重链102和支管101的连接处捆绑浮球，便于ROV抓取，展开和调整灌浆袋位置。

此外，还可用将绳子103(粗三股尼龙绳)与支管101连接，拖拽点位于中间，通过绳子103连接一根钢棒104，钢棒104与绳子103一起构成拖拉头。灌浆袋20折叠后，钢棒104应位于最外面，便于ROV水下抓取，从而进行灌浆袋20的展开、摆放操作。

该步骤S2.2后，还包括：

对灌浆袋20顶层表面中心及垂直于支管的灌浆袋20侧边中点位置进行标记，用于定位及观察灌浆袋。标记线105的宽度取决于海管直径；若灌浆袋20为多层多次灌浆，每层分割处应划分分隔标记(标记线)，便于灌浆记录和灌浆成型效果观察。在灌浆袋20侧边中点位置标记的两条标记线105之间的距离取决于灌浆袋20顶层表面面积的大小，标记线105长度不应过长，否则会随灌浆袋20的浮动弯曲。

将注浆管40连接在灌浆袋20的每一灌浆层21的灌浆口22上。注浆管40为可折叠的软管，其连接头连接在灌浆口22上后，整个折叠定位在灌浆袋20上，后续由ROV拉开以利于灌浆。

S2.3、将吊架50装配在灌浆袋20上，吊架50连接灌浆袋20顶层(最上方的灌浆层21)的至少相对两侧，如图3、4所示。灌浆袋20顶层一侧的吊架50具有锁链，另一侧的吊架50具有锁扣，吊起灌浆袋20时，ROV抓取锁链越过海底管道10上方，提升灌浆袋10，使灌浆袋10顶层紧贴海底管道10，将锁链穿过锁扣反扣在锁扣中。图4中，(1)为吊架50悬挂海底管道10上吊起灌浆袋20的结构示意图，(2)为(1)的俯视图；在水下操作时，吊架50可通过ROV(水下机器人)200悬挂在海底管道10上，将放置在海底管道10下方的灌浆袋20吊起展开，利于灌浆袋20在高度方向上展开且不漂浮、堆积，对灌浆袋20进行成型控制，保证灌浆袋20的顶部有效支撑到海底管道10。

S2.4、将灌浆袋20折叠后固定在配重转盘30上，从而在船100上将配重转盘30下放到水下，将灌浆袋20带下水中。

该步骤S2中，灌浆袋20在水中可上浮，因此通过配重转盘30将灌浆袋20放入海中，通过ROV将灌浆袋20展开并拖至海底管道10下方。

具体地，在该步骤S2中，如图1所示，在船100上通过吊机(未图示)及吊绳31将配重转盘30下放到海中并间隔海底管道10；间隔为5-8m。注浆管40通过注浆管线60连接船100上的注浆系统70，注浆管线60沿着吊绳延伸，并通过数个间隔的连接件32与吊绳31间隔连接(间隔5-10m)，避免注浆管线60随海流波动而影响水泥浆的通过。在配重转盘30下放到位后，可通过ROV 200操作配重转盘30，调节灌浆袋20与海底管道10的水平位置；ROV 200将配重转盘30上的灌浆袋20解下展开，并拖至海底管道10下方，如图4所示。

此外，对于海底管道10的大悬跨情况，其处理定位较普通悬跨处理要困难得多，由于灌浆袋20大、高度高、易漂浮，在海流的影响下还会产生浮动，不能通过ROV的直接观察来确定灌浆袋20是否精确摆放到位。进一步地，在步骤S2中，通过ROV 200将灌浆袋20放置并展开在海底管道10下方，对灌浆袋20进行初步定位后，还通过校准链106对灌浆袋20进行二次定位。

二次定位的具体操作如下：如图5所示，其中，(1)为校准链106对灌浆袋20进行二次定位的结构示意图，(2)为(1)的侧视图；通过ROV 200将校准链106悬挂在海底管道10上，沿海底管道10延伸方向的灌浆袋20两侧分别对应有一条校准链106，每一条校准链106的两端分别向灌浆袋20方向垂下，下垂端刚好贴近海床为宜；观察校准链106的两个下垂端是否位于灌浆袋20的标记(标记线105)区间内；位于标记区间内，则说明灌浆袋20在海底管道10下方放置到位；不位于标记区间内，则通过ROV 200对灌浆袋20进行摆放调整，直至位于标记区间内。校准链106上可设有浮球方便ROV抓取。

S3、通过注浆管线60将水泥浆注入灌浆袋20的灌浆层21内，自下而上逐层灌浆，使灌浆袋20扩充、成型为灌浆支撑体，支撑在海底管道10下方。

灌浆支撑体在海底管道10下方与海底管道10紧密接触，形成“马鞍”形包裹，不仅能在垂向上对海底管道10进行支撑，还为海底管道10提供侧向限位，对海底管道10的支撑稳定可靠。其中，由于灌浆支撑体由水泥浆在灌浆袋20中自由成型，可以形成对海底管道10的有效包裹(通过灌浆袋20顶部灌浆层21对海底管道10进行包裹)，包裹海底管道10的灌浆层21与下层的灌浆层21为连续一体，从而可以有效地抵抗海底管道10横向位移(提供侧向限位)。

结合图1、6，步骤S3中，在完成每一层灌浆层21的灌浆后，待水泥浆初凝后进行下一层灌浆层21的灌浆。在完成每一层灌浆层21的灌浆后，通过ROV 200断开注浆管40，取下回收注浆接头。

另外，在灌浆袋20中，上下相邻的两层灌浆层21之间的隔层上分布有数个通孔。在该步骤S3中，在对上一层的灌浆层21灌浆时，水泥浆通过通孔与下一层的灌浆层21中的水泥浆融合，从而使得上下相邻的灌浆层21可形成连续一体，结构稳固。

注浆管线60和注浆管40的连接，以及在灌浆完成后注浆管40自灌浆袋20上切断，灌浆口22封闭等操作均由ROV 200进行，ROV 200的操作情况可通过在船100上等进行远程观察、控制。

灌浆时，将吊架50悬挂在海底管道10上，吊起灌浆袋20，如图3中所示。优选地，吊架50的悬挂在底层的灌浆层21灌浆后进行。将底层灌浆层21灌浆后对灌浆袋20进行初步固定，吊架50吊起灌浆袋20后再进行上一层等逐层的灌浆，保证灌浆袋20的成型，更好克服海底管道10的大悬跨、有坡度的悬跨等情况。

为保证注浆管线60的正常使用，在步骤S4前，对注浆管线60进行注水测试，确认注浆管线60通畅，无打扭。

步骤S3中的灌浆操作，水泥浆在船100上调配。如图1中所示，注浆系统70包括储灰罐71、搅拌机72、泥浆泵73、连接管道等；水泥浆由水泥与海水混合搅拌而成，将水泥灰从储灰罐71吹入搅拌机72中，将海水通过水管74泵入搅拌机72与水泥灰进行搅拌混合，水泥灰和海水的调配比重根据设计要求进行调配。调平好的水泥浆通过泥浆泵73泵进注浆管线60。

需注意的是：搅拌泥浆或进行灌浆过程中因意外因素造成施工中断，中断时间超过20分钟-30分钟，应放弃现有泥浆，待恢复正常作业后，重新搅拌，具体时间应根据施工当时的温度、湿度等环境因素决定。

本发明的悬跨处理方法可以适应复杂海床地貌，能够进行各种不同坡度处理。进一步地，对于不平整海床面，在放置灌浆袋20前先进行找平。

因此本发明的方法中，在步骤S2前还包括找平：通过ROV将找平袋放置到海底管道10下方的海床上，通过注浆管线60将水泥浆注入找平袋内且不灌满找平袋，通过灌注有水泥浆的找平袋对海床进行找平。

由于水泥浆的流动性，通过对找平袋的不完全灌浆，进而对海底管道10下方的基底(海床面)进行找平，形成找平基底，再在找平基底上放置灌浆袋20进行悬跨处理。

步骤S2中的灌浆袋20放置展开在找平袋上。找平袋在船100上甲板准备及安装过程与灌浆袋20一样，只是不需要安装吊架50。找平袋可由聚丙烯材料制成，内部可只具有一层空间供水泥浆容纳。在找平袋的相对两侧边装上的支管，可选用塑料管。

在完成灌浆袋20所有灌浆层21的灌浆后，对灌浆管线60、注浆系统进行清洗，回收；撤去吊架50、校准链106。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种海底管道悬跨处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、测量海底管道的悬跨高度；

S2、通过ROV将灌浆袋放置并展开在所述海底管道下方；所述灌浆袋内包括上下设置的多个灌浆层；

S3、通过注浆管线将水泥浆注入所述灌浆袋的灌浆层内，自下而上逐层灌浆，使所述灌浆袋扩充、成型为灌浆支撑体，支撑在所述海底管道下方；其中，在完成所述灌浆袋最下方的灌浆层的灌浆后，通过吊架将所述灌浆袋吊起撑开再进行下一层的所述灌浆层的灌浆。

2.根据权利要求1所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过配重转盘将所述灌浆袋放入海中，通过ROV将所述灌浆袋展开并拖至所述海底管道下方。

3.根据权利要求1所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述灌浆袋上对应每一所述灌浆层的位置设有灌浆口和透气孔，灌浆口和透气孔分别连通对应的所述灌浆层；

上下相邻的两层所述灌浆层之间的隔层上分布有数个通孔；在所述步骤S3中，在对上一层的所述灌浆层灌浆时，水泥浆通过所述通孔与下一层的所述灌浆层中的水泥浆融合。

4.根据权利要求3所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，下放所述灌浆袋前还包括以下步骤：

S2.1、在所述灌浆袋底层的相对两侧边装上支管，所述支管的长度等于或大于所述底层侧边的边长；

S2.2、在所述灌浆袋底层的四周侧边装上配重链，在所述配重链和支管的连接处还设置浮球；

S2.3、将吊架装配在所述灌浆袋上，所述吊架连接所述灌浆袋顶层的至少相对两侧；

S2.4、将所述灌浆袋折叠后固定在配重转盘上。

5.根据权利要求4所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S2.2后，还包括：

对所述灌浆袋顶层表面中心及垂直于所述支管的所述灌浆袋侧边中点位置进行标记，用于定位及观察所述灌浆袋；

将注浆管连接在所述灌浆袋的每一灌浆层的灌浆口上。

6.根据权利要求5所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S2 中，在船上通过吊机及吊绳将所述配重转盘下放到海中并间隔所述海底管道；所述注浆管通过注浆管线连接船上的注浆机，所述注浆管线沿着所述吊绳延伸，并通过数个间隔的连接件与所述吊绳间隔连接。

7.根据权利要求5所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过所述ROV将所述灌浆袋放置并展开在所述海底管道下方，对所述灌浆袋进行初步定位后，还通过校准链对所述灌浆袋进行二次定位；

所述二次定位操作如下：通过所述ROV将校准链悬挂在所述海底管道上，沿所述海底管道延伸方向的所述灌浆袋两侧分别对应有一条所述校准链，每一条所述校准链的两端分别向所述灌浆袋方向垂下；观察所述校准链的两个下垂端是否位于所述灌浆袋的标记区间内，位于所述标记区间内，则所述灌浆袋在所述海底管道下方放置到位。

8.根据权利要求1所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，在完成每一层灌浆层的灌浆后，待水泥浆初凝后进行下一层灌浆层的灌浆。

9.根据权利要求1所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S3前，对所述注浆管线进行注水测试，确认所述注浆管线通畅。

10.根据权利要求1-9任一项所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S2前还包括找平：通过ROV将找平袋放置到所述海底管道下方的海床上，通过注浆管线将水泥浆注入所述找平袋内且不灌满所述找平袋，通过灌注有水泥浆的所述找平袋对海床进行找平；

所述步骤S2中的所述灌浆袋放置展开在所述找平袋上。

11.根据权利要求1-9任一项所述的海底管道悬跨处理方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：对灌浆袋的结构稳定性进行计算；

所述结构稳定性计算包括：海床面沉降计算、灌浆袋垂向承载计算、灌浆袋横向承载计算、灌浆袋整体稳定性计算、灌浆袋整体倾覆稳定性计算、灌浆袋层间滑移计算。