專利名稱：海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法
技術領域：
本發明涉及海洋石油平臺的構筑方法，具體涉及一種海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，屬于海洋油氣開采技術領域。
背景技術：
當前石油和天然氣已成為國民經濟發展和日常生活不可缺少的資源，而尚未被完全開發的海洋油氣資源就日益顯得重要。海洋油氣的開發通常采用在海面上構筑固定平臺的形式。海洋石油平臺的構筑通常采用導管架鋼樁固定的方式，通過在導管架樁腿里面打入鋼樁的方式來固定導管架，然后將平臺和導管架連接起來進行油氣的開發。為了接入附近過來的油氣，經常需要在導管架上面安裝一些立管，和海底專門鋪設的海管連接起來用 于將附近的油氣輸送到平臺上面進行初步的加工處理。石油平臺導管架側管系的安裝，包括新建平臺管系的安裝、已有平臺原有管系的改造以及原有管系的擴建等，是作為海洋油氣開采和傳輸中最為關鍵的一個環節，這里所說的管系包括安裝在導管架上的油管、氣管、電纜管、臍帶纜護管等形式的管系。為了便于理解和說明本發明的內容，現對一些技術術語作出定義如下導管架型平臺——是由鋼管樁通過導管架固定于海底的結構物，導管架本身具有足夠的剛性，保證平臺結構的整體性，從而提高平臺抵抗自然載荷的能力。導管架——是由若干豎向立柱(圓鋼管)和橫向、斜向連接鋼管焊接結成的空間桁架結構，參見圖1，導管架I是海洋石油平臺中傳遞載荷的主要部件，其主體是鋼制桁架結構，是海洋石油平臺的固定基礎。橫撐和斜撐——參見圖1，導管架桁架結構中橫向和斜向的鋼管分別成為橫撐和斜撐4。管系——統指安裝在導管架桁架結構(橫撐或斜撐)上的圓鋼管結構。參見圖1，管系2分為立管和護管；根據功能和傳輸物質的不同，立管包括油管、氣管，護管包括電纜管和臍帶纜管等。同時包括有立管和護管的管系為雙管系。管卡——參見圖3，安裝在導管架橫撐或者斜撐4上用來固定管系2的鋼構件，其具有用以鎖合導管架I的大卡子31和用以鎖合管系2的小卡子。深水一是指超過空氣潛水深度的水深。目前國內海洋工程領域導管架上管系的安裝方式主要分為以下幾種I、導管架預制階段直接預裝在導管架陸地預制階段根據需要在導管架桁架結構上預先將管系安裝到位。此方式適用于新建導管架。2、管卡和管系拼裝將管系與用以固定管系的管卡分開進行安裝。此方式需預先進行詳細的水下調查，對管卡安裝位置和基線進行測量和標識；首先安裝管卡，隨后將預制完成的管系在水下與管卡進行連接、固定和安裝。該方法需使用施工船舶在平臺側進行施工，施工受限于平臺海域情況和氣象海況。3、管卡分組安裝，管系焊接下放后拼裝首先利用樣管(定位管)等將管卡分組安裝至導管架的橫撐和斜撐上，然后將管系在導管架平臺上分段焊接對接后下放入水并與管卡依次拼裝。此方式可以節省一定施工步驟和工作量，管系由導管架側下放入水安裝的方式解決了施工船舶受氣象海況的限制的不利，但是該方法對管系分段焊接工藝和檢驗有較高的要求，并受制于平臺交叉作業和熱工作業。上述現有的施工方式各有優缺點 第I種預制階段的施工方式雖然有安裝簡便、施工效率高等優點，但是只適用于新建的導管架。而實際情況是，大部分管系的安裝都是屬于設計外擴建或者改造范疇內的。第2種管卡和管系拼裝的施工方式，受施工船舶、導管架平臺海域以及導管架本身結構、尺寸的限制，在施工前期往往要做大量的水下調查和測量，考慮導管架桁架結構、犧牲陽極以及靠船護欄等諸多影響，然后確定相對比較理想的安裝路線，由于管卡的安裝精度、管系的預制精度以及兩者水下拼裝的過程中的精度控制都將直接影響安裝施工的精度，因此極有可能出現管系無法與管卡順利吻合的情況。第3種管卡分組安裝、管系焊接下放拼裝的施工方式，其一定程度上解決了安裝精度控制方面的問題，但是也存在施工工期較長(需分段焊接對接、打磨 、無損檢驗及防腐等復雜工序)以及熱工作業與平臺生產存在交叉作業的問題。此外，無論是管卡分組安裝還是管卡和管系拼裝，都是采用先安裝管卡，再安裝管系這樣的分步進行的方法，由于都屬水下施工作業范疇，不可避免地受氣象海況以及潛水作業方式等方面的限制，存在著施工效率低、受限因素多和潛水作業時間短等問題，相對來說該兩者比較適合在淺水海域的施工，并且只限于單管系安裝。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種管、卡一體，分段安裝的海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，在陸地上完成管卡和管系的拼裝工作，減少海上和水下作業的工作量，從而達到提高工作效率、降低作業風險、提升施工精度的效果。本發明是通過以下技術方案來解決其技術問題的一種海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，在施工前期水下調查的基礎上，先在陸地上按照預定的相對位置將包括立管和護管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業船舶運至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導管架連接，最后對接連成一體，完成在導管架平臺結構上的安裝。本發明所述的海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，其具體步驟如下(I)前期準備工作對導管架進行水下調查，清除安裝區域中的海生物，預制和組裝管卡，對立管和護管進行對接焊接、清管試壓；(2)管、卡陸上組裝，吊裝上船首先在平整的碼頭上畫出一條參考直線，將管卡放置在線上特定的位置，大卡子朝下且控制管卡之間的相對位置和管卡的角度，之后將小卡子打開，將需要安裝的管子起吊放置到管卡的預定位置上，之后將小卡子鎖合，從而將立管和護管與管卡組裝成上段組合體和下段組合體，每段組合體包括立管、護管和若干管卡，最后將兩組合體吊到作業船舶上;(3)上、下段組合體水平起吊入水
作業船舶到達施工現場拋錨布場之后，進行下、上段組合體的水平起吊入水，起吊時保證管子的強度；(4)上、下段組合體水中扶正在水中將中間的索具連接處連接好浮帶，通過控制外側的兩根索具將兩組合體在水中扶正，之后將浮袋解除；
(5)上、下段組合體平移就位承擔組合體重量的索具由船上逐步轉移到平臺上，然后在監控下通過平臺上的索具將上、下段組合體最終就位，潛水員入水將大卡子鎖合抱緊導管架；(6)上、下段組合體法蘭對接先松開上段組合體的立管和護管的小卡子，對該立管和護管下放，將之與下段組合體的立管和護管進行法蘭對接，之后重新將小卡子鎖緊；(7)清管測徑試壓合格后，雙管系的安裝工作結束。與現有技術相比，本發明具有如下顯著優勢I、貫徹了能夠在陸上完成的工作就不帶到海上去做的原則，將原有施工方式中大量的海上及水下施工的工作轉移至陸地，節省了大量的海上工作時間，避免了可能遇到的海況、潮汐等諸多不確定因素對工期和工作量產生的巨大不利影響，從而大大地縮短了施工工期、加快了施工角度和減少了工作量。2、由于管卡和管系的拼裝是在陸上進行，管卡的安裝和管子的安裝兩步并作一步，簡化了安裝管卡的步驟，節省了大量的潛水時間，降低了潛水帶來的風險，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，使深水管系安裝能夠付諸實施，潛水方式的不同擴充了潛水員水下施工作業的時間，大大提高了工作效率，尤其對雙管系的安裝更是如此；此外，由于在陸地上將管卡按照導管架的對應尺寸與立管和護管連接成了一個整體，因此可采取多種有效的方式對加工精度進行控制，從而極大地減少了在海上水下施工中的返工量。3、由于管子組合體是在陸地階段就完成了對接燒焊，因此降低了施工對平臺的依賴度，減少了海上施工對平臺占用的時間，同時大大減少了在油氣平臺上動火的時間，最大限度地減少了火災的可能。
圖I為海洋石油平臺導管架的示意圖。圖2為圖I的側視圖。圖3為管卡的示意圖。圖4為本發明的方法流程圖。圖5為本發明起吊步驟的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本發明所述的海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法是指在施工前期水下調查的基礎上，先在陸地上按照預定的相對位置將包括立管和護管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業船舶運至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導管架連接，最后對接連成一體，完成在導管架平臺結構上的安裝。請參閱圖4本發明的方法流程圖，該安裝方法的施工工藝按照時間先后順序需要經過以下幾道工序前期準備工作；管、卡陸上組裝，吊裝上船；下、上段組合體水平起吊入水；水中扶正；平移就位；下、上段組合體法蘭對接；清管試壓收尾工作。具體步驟如下(I)前期準備工作前期需要完成的準備工作包括施工前對導管架I進行水下調查；對影響管卡3安裝的導管架I樁腿區域中海生物的清除；管卡3的室內預制和結構組裝；構成雙管系2的立管和護管的對接焊接、清管試壓。(2)管、卡陸上組裝，吊裝上船前期準備工作完成之后，立管和護管兩根管子與管卡3要進行組裝，組裝工作需 要找一處平整的碼頭，碼頭長度至少要大于管子的長度(50m)。首先畫出一條長直線作為參考，然后將管卡3按照水下調查獲得的導管架I的尺寸放置在直線特定的位置上，注意大卡子31朝下，并且控制管卡3之間的相對位置和管卡3的角度，放置好管卡3之后將小卡子32打開；在需要安裝的管子上面用MARK筆標記出管卡3位置，接著起吊管子放置到管卡3的預定位置上面，放到位之后將小卡子32鎖合，以這種方式將立管和護管與管卡3組裝起來；由于管子過長，立管和護管與管卡3的組合體分成比較均勻的兩段一上段組合體和下段組合體，每段組合體均包括兩根管子和若干管卡3 ;組裝工藝參數管卡3相對距離公差控制在± lcm，接觸地面卡子角度公差控制在±2°。最后，使用起吊設備(履帶吊)將上段組合體和下段組合體吊到作業船舶上面，起吊要注意管子的強度。(3)上、下段組合體水平起吊入水下、上段組合體在陸地上組裝結束之后，作業船舶裝載著管子組合體去施工現場，到達現場并且拋錨布場之后，開始進行下、上段組合體的水平起吊入水，水平起吊狀態參見附圖5。由于組合體比較長，任何的晃動都可能對管子造成損壞，所以起吊挑選天氣條件比較好的時機浪高在I米以內，風速在3級以內。起吊索具的選擇要充分考慮管子的強度，在采用的起吊方式的條件下對管子進行ansys有限元分析，保證管子水平起吊入水時候的強度。(4)上、下段組合體水中扶正組合體浸入水中之后由于浮力的作用可以減輕管子的重量分布，接下來的工作是將組合體進行扶正作業。由于為了保證管子的強度，起吊階段連接了較多的索具，會不利于扶正，所以在水中將中間的幾根索具連接處連接好浮帶，充氣抵消部分重力之后再將中間幾根索具解除，只保留外側的兩根索具。通過控制外側的兩根索具，一根不動，另一根下放，將兩組合體在水中扶正，之后將浮袋解除。(5)上、下段組合體平移就位承擔管子組合體重量的索具由船上逐步轉移到平臺上去，這樣能夠消除作業船舶升沉對管子就位的不利影響。然后在ROV或者潛水員的監控下，通過操作平臺上的索具將上、下段組合體最終就位，最后潛水員入水將大卡子31鎖合抱緊導管架I。(6)上、下段組合體法蘭對接
在陸地組裝階段事先在上、下段管子之間預留了一定的間隙，在上、下段組合體就位之后，先后松開上段組合體的立管和護管的小卡子32，對立管和護管進行下放，將之與下段組合體的立管和護管進行法蘭對接，對接完成之后重新將小卡子32鎖緊。(7)清管試壓收尾工作經過清管測徑試壓合格后，雙管系2的安裝工作最后全部結束。某氣田開發項目立管、臍帶纜護管安裝工程采用了上述本發明的海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，收到了不錯的效果，實踐證明各步工序安全、高效、經濟，所述方法具有非常顯著的優勢I、陸地組裝可行精確采用控制管卡本身的精度和控制管卡相對之間的距離、角度，然后將立管和護管分別吊上管卡進行組裝的方式證明是可行、精確的。這種在陸地上進行組裝的方式節省了寶貴的海上施工時間，具有很大的優勢。2、上下段組合體起吊滿足強度要求實際施工中，索具的分布均勻對稱，在每個管卡上面至少設置一根索具，因此起吊過程當中沒有發生大的彎曲變形，沒有發生晃動現象，充分證明本發明所述方法起吊平穩
安全可靠。3、水中扶正過程安全可靠組合體起吊的時候處于水平狀態，而組合體與導管架連接的時候需要處于豎直狀態，因此組合體需要經歷一個扶正的過程。實踐證明，采用水中部分索具使用浮袋代替，只保留兩側兩根索具的方式進行扶正的方法是安全可行且高效的。4、索具轉交給平臺將支承組合體的索具從作業船舶轉移到平臺上面，一者是就位的需要，二者是組合體由平臺來支承消除了船舶晃動對就位的影響。施工過程證明這一步驟非常必要有效。權利要求
1.ー種海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，其特征在于在施工前期水下調查的基礎上，先在陸地上按照預定的相對位置將包括立管和護管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業船舶運至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導管架連接，最后對接連成一體，完成在導管架平臺結構上的安裝。
2.根據權利要求I所述的海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，其特征在于所述安裝方法的具體步驟如下 (1)前期準備工作 對導管架進行水下調查，清除安裝區域中的海生物，預制和組裝管卡，對立管和護管進行對接焊接、清管試壓； (2)管、卡陸上組裝，吊裝上船 首先在平整的碼頭上畫出一條參考直線，將管卡放置在線上特定的位置，大卡子朝下且控制管卡之間的相對位置和管卡的角度，之后將小卡子打開，將需要安裝的管子起吊放置到管卡的預定位置上，之后將小卡子鎖合，從而將立管和護管與管卡組裝成上段組合體和下段組合體，每段組合體包括立管、護管和若干管卡，最后將兩組合體吊到作業船舶上； (3)上、下段組合體水平起吊入水 作業船舶到達施工現場拋錨布場之后，進行下、上段組合體的水平起吊入水，起吊時保證管子的強度； (4)上、下段組合體水中扶正 在水中將中間的索具連接處連接好浮帶，通過控制外側的兩根索具將兩組合體在水中扶正，之后將浮袋解除； (5)上、下段組合體平移就位 承擔組合體重量的索具由船上逐步轉移到平臺上，然后在監控下通過平臺上的索具將上、下段組合體最終就位，潛水員入水將大卡子鎖合抱緊導管架； (6)上、下段組合體法蘭對接 先松開上段組合體的立管和護管的小卡子，對該立管和護管下放，將之與下段組合體的立管和護管進行法蘭對接，之后重新將小卡子鎖緊； (7)清管測徑試壓合格后，雙管系的安裝工作結束。
全文摘要
一種海洋石油平臺深水雙管系的安裝方法，在施工前期水下調查的基礎上，先在陸地上按照預定的相對位置將包括立管和護管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業船舶運至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導管架連接，最后對接連成一體，完成在導管架平臺結構上的安裝。本發明在陸地上完成了管卡和管系的拼裝工作，最大限度地減少了海上和水下作業的工作量，從而達到了提高工作效率、降低作業風險、提升施工精度的效果，適用于海洋石油平臺深水雙管系的安裝。
文檔編號F16L1/15GK102661444SQ20121012413
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者周東榮, 彭忠衛, 金桐君 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油(中國)有限公司湛江分公司, 交通運輸部上海打撈局