專利名稱：海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋石油平臺(tái)的構(gòu)筑方法，具體涉及一種海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法，屬于海洋油氣開采技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前石油和天然氣已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活不可缺少的資源，而尚未被完全開發(fā)的海洋油氣資源就日益顯得重要。海洋油氣的開發(fā)通常采用在海面上構(gòu)筑固定平臺(tái)的形式。海洋石油平臺(tái)的構(gòu)筑通常采用導(dǎo)管架鋼樁固定的方式，通過在導(dǎo)管架樁腿里面打入鋼樁的方式來固定導(dǎo)管架，然后將平臺(tái)和導(dǎo)管架連接起來進(jìn)行油氣的開發(fā)。為了接入附近過來的油氣，經(jīng)常需要在導(dǎo)管架上面安裝一些立管，和海底專門鋪設(shè)的海管連接起來用 于將附近的油氣輸送到平臺(tái)上面進(jìn)行初步的加工處理。石油平臺(tái)導(dǎo)管架側(cè)管系的安裝，包括新建平臺(tái)管系的安裝、已有平臺(tái)原有管系的改造以及原有管系的擴(kuò)建等，是作為海洋油氣開采和傳輸中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，這里所說的管系包括安裝在導(dǎo)管架上的油管、氣管、電纜管、臍帶纜護(hù)管等形式的管系。為了便于理解和說明本發(fā)明的內(nèi)容，現(xiàn)對(duì)一些技術(shù)術(shù)語作出定義如下導(dǎo)管架型平臺(tái)——是由鋼管樁通過導(dǎo)管架固定于海底的結(jié)構(gòu)物，導(dǎo)管架本身具有足夠的剛性，保證平臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體性，從而提高平臺(tái)抵抗自然載荷的能力。導(dǎo)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(jié)成的空間桁架結(jié)構(gòu)，參見圖1，導(dǎo)管架I是海洋石油平臺(tái)中傳遞載荷的主要部件，其主體是鋼制桁架結(jié)構(gòu)，是海洋石油平臺(tái)的固定基礎(chǔ)。橫撐和斜撐——參見圖1，導(dǎo)管架桁架結(jié)構(gòu)中橫向和斜向的鋼管分別成為橫撐和斜撐4。管系——統(tǒng)指安裝在導(dǎo)管架桁架結(jié)構(gòu)(橫撐或斜撐)上的圓鋼管結(jié)構(gòu)。參見圖1，管系2分為立管和護(hù)管；根據(jù)功能和傳輸物質(zhì)的不同，立管包括油管、氣管，護(hù)管包括電纜管和臍帶纜管等。同時(shí)包括有立管和護(hù)管的管系為雙管系。管卡——參見圖3，安裝在導(dǎo)管架橫撐或者斜撐4上用來固定管系2的鋼構(gòu)件，其具有用以鎖合導(dǎo)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(nèi)海洋工程領(lǐng)域?qū)Ч芗苌瞎芟档陌惭b方式主要分為以下幾種I、導(dǎo)管架預(yù)制階段直接預(yù)裝在導(dǎo)管架陸地預(yù)制階段根據(jù)需要在導(dǎo)管架桁架結(jié)構(gòu)上預(yù)先將管系安裝到位。此方式適用于新建導(dǎo)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(jìn)行安裝。此方式需預(yù)先進(jìn)行詳細(xì)的水下調(diào)查，對(duì)管卡安裝位置和基線進(jìn)行測(cè)量和標(biāo)識(shí)；首先安裝管卡，隨后將預(yù)制完成的管系在水下與管卡進(jìn)行連接、固定和安裝。該方法需使用施工船舶在平臺(tái)側(cè)進(jìn)行施工，施工受限于平臺(tái)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(dǎo)管架的橫撐和斜撐上，然后將管系在導(dǎo)管架平臺(tái)上分段焊接對(duì)接后下放入水并與管卡依次拼裝。此方式可以節(jié)省一定施工步驟和工作量，管系由導(dǎo)管架側(cè)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(duì)管系分段焊接工藝和檢驗(yàn)有較高的要求，并受制于平臺(tái)交叉作業(yè)和熱工作業(yè)。上述現(xiàn)有的施工方式各有優(yōu)缺點(diǎn) 第I種預(yù)制階段的施工方式雖然有安裝簡便、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是只適用于新建的導(dǎo)管架。而實(shí)際情況是，大部分管系的安裝都是屬于設(shè)計(jì)外擴(kuò)建或者改造范疇內(nèi)的。第2種管卡和管系拼裝的施工方式，受施工船舶、導(dǎo)管架平臺(tái)海域以及導(dǎo)管架本身結(jié)構(gòu)、尺寸的限制，在施工前期往往要做大量的水下調(diào)查和測(cè)量，考慮導(dǎo)管架桁架結(jié)構(gòu)、犧牲陽極以及靠船護(hù)欄等諸多影響，然后確定相對(duì)比較理想的安裝路線，由于管卡的安裝精度、管系的預(yù)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(xiàn)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(duì)接、打磨 、無損檢驗(yàn)及防腐等復(fù)雜工序)以及熱工作業(yè)與平臺(tái)生產(chǎn)存在交叉作業(yè)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(jìn)行的方法，由于都屬水下施工作業(yè)范疇，不可避免地受氣象海況以及潛水作業(yè)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(yè)時(shí)間短等問題，相對(duì)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種管、卡一體，分段安裝的海洋石油平臺(tái)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(yè)的工作量，從而達(dá)到提高工作效率、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提升施工精度的效果。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來解決其技術(shù)問題的一種海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法，在施工前期水下調(diào)查的基礎(chǔ)上，先在陸地上按照預(yù)定的相對(duì)位置將包括立管和護(hù)管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業(yè)船舶運(yùn)至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導(dǎo)管架連接，最后對(duì)接連成一體，完成在導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的安裝。本發(fā)明所述的海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法，其具體步驟如下(I)前期準(zhǔn)備工作對(duì)導(dǎo)管架進(jìn)行水下調(diào)查，清除安裝區(qū)域中的海生物，預(yù)制和組裝管卡，對(duì)立管和護(hù)管進(jìn)行對(duì)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(duì)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(yù)定位置上，之后將小卡子鎖合，從而將立管和護(hù)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(hù)管和若干管卡，最后將兩組合體吊到作業(yè)船舶上;(3)上、下段組合體水平起吊入水
作業(yè)船舶到達(dá)施工現(xiàn)場拋錨布場之后，進(jìn)行下、上段組合體的水平起吊入水，起吊時(shí)保證管子的強(qiáng)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(cè)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(dān)組合體重量的索具由船上逐步轉(zhuǎn)移到平臺(tái)上，然后在監(jiān)控下通過平臺(tái)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(dǎo)管架；(6)上、下段組合體法蘭對(duì)接先松開上段組合體的立管和護(hù)管的小卡子，對(duì)該立管和護(hù)管下放，將之與下段組合體的立管和護(hù)管進(jìn)行法蘭對(duì)接，之后重新將小卡子鎖緊；(7)清管測(cè)徑試壓合格后，雙管系的安裝工作結(jié)束。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)勢(shì)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(zhuǎn)移至陸地，節(jié)省了大量的海上工作時(shí)間，避免了可能遇到的海況、潮汐等諸多不確定因素對(duì)工期和工作量產(chǎn)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(jìn)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(jié)省了大量的潛水時(shí)間，降低了潛水帶來的風(fēng)險(xiǎn)，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(duì)于原有空氣潛水來說，使深水管系安裝能夠付諸實(shí)施，潛水方式的不同擴(kuò)充了潛水員水下施工作業(yè)的時(shí)間，大大提高了工作效率，尤其對(duì)雙管系的安裝更是如此；此外，由于在陸地上將管卡按照導(dǎo)管架的對(duì)應(yīng)尺寸與立管和護(hù)管連接成了一個(gè)整體，因此可采取多種有效的方式對(duì)加工精度進(jìn)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(duì)接燒焊，因此降低了施工對(duì)平臺(tái)的依賴度，減少了海上施工對(duì)平臺(tái)占用的時(shí)間，同時(shí)大大減少了在油氣平臺(tái)上動(dòng)火的時(shí)間，最大限度地減少了火災(zāi)的可能。
圖I為海洋石油平臺(tái)導(dǎo)管架的示意圖。圖2為圖I的側(cè)視圖。圖3為管卡的示意圖。圖4為本發(fā)明的方法流程圖。圖5為本發(fā)明起吊步驟的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所述的海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法是指在施工前期水下調(diào)查的基礎(chǔ)上，先在陸地上按照預(yù)定的相對(duì)位置將包括立管和護(hù)管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業(yè)船舶運(yùn)至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導(dǎo)管架連接，最后對(duì)接連成一體，完成在導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的安裝。請(qǐng)參閱圖4本發(fā)明的方法流程圖，該安裝方法的施工工藝按照時(shí)間先后順序需要經(jīng)過以下幾道工序前期準(zhǔn)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(duì)接；清管試壓收尾工作。具體步驟如下(I)前期準(zhǔn)備工作前期需要完成的準(zhǔn)備工作包括施工前對(duì)導(dǎo)管架I進(jìn)行水下調(diào)查；對(duì)影響管卡3安裝的導(dǎo)管架I樁腿區(qū)域中海生物的清除；管卡3的室內(nèi)預(yù)制和結(jié)構(gòu)組裝；構(gòu)成雙管系2的立管和護(hù)管的對(duì)接焊接、清管試壓。(2)管、卡陸上組裝，吊裝上船前期準(zhǔn)備工作完成之后，立管和護(hù)管兩根管子與管卡3要進(jìn)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(diào)查獲得的導(dǎo)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(duì)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(biāo)記出管卡3位置，接著起吊管子放置到管卡3的預(yù)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(hù)管與管卡3組裝起來；由于管子過長，立管和護(hù)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(shù)管卡3相對(duì)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(shè)備(履帶吊)將上段組合體和下段組合體吊到作業(yè)船舶上面，起吊要注意管子的強(qiáng)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(jié)束之后，作業(yè)船舶裝載著管子組合體去施工現(xiàn)場，到達(dá)現(xiàn)場并且拋錨布場之后，開始進(jìn)行下、上段組合體的水平起吊入水，水平起吊狀態(tài)參見附圖5。由于組合體比較長，任何的晃動(dòng)都可能對(duì)管子造成損壞，所以起吊挑選天氣條件比較好的時(shí)機(jī)浪高在I米以內(nèi)，風(fēng)速在3級(jí)以內(nèi)。起吊索具的選擇要充分考慮管子的強(qiáng)度，在采用的起吊方式的條件下對(duì)管子進(jìn)行ansys有限元分析，保證管子水平起吊入水時(shí)候的強(qiáng)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(jìn)行扶正作業(yè)。由于為了保證管子的強(qiáng)度，起吊階段連接了較多的索具，會(huì)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(cè)的兩根索具。通過控制外側(cè)的兩根索具，一根不動(dòng)，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(dān)管子組合體重量的索具由船上逐步轉(zhuǎn)移到平臺(tái)上去，這樣能夠消除作業(yè)船舶升沉對(duì)管子就位的不利影響。然后在ROV或者潛水員的監(jiān)控下，通過操作平臺(tái)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(dǎo)管架I。(6)上、下段組合體法蘭對(duì)接
在陸地組裝階段事先在上、下段管子之間預(yù)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(hù)管的小卡子32，對(duì)立管和護(hù)管進(jìn)行下放，將之與下段組合體的立管和護(hù)管進(jìn)行法蘭對(duì)接，對(duì)接完成之后重新將小卡子32鎖緊。(7)清管試壓收尾工作經(jīng)過清管測(cè)徑試壓合格后，雙管系2的安裝工作最后全部結(jié)束。某氣田開發(fā)項(xiàng)目立管、臍帶纜護(hù)管安裝工程采用了上述本發(fā)明的海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法，收到了不錯(cuò)的效果，實(shí)踐證明各步工序安全、高效、經(jīng)濟(jì)，所述方法具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)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(duì)之間的距離、角度，然后將立管和護(hù)管分別吊上管卡進(jìn)行組裝的方式證明是可行、精確的。這種在陸地上進(jìn)行組裝的方式節(jié)省了寶貴的海上施工時(shí)間，具有很大的優(yōu)勢(shì)。2、上下段組合體起吊滿足強(qiáng)度要求實(shí)際施工中，索具的分布均勻?qū)ΨQ，在每個(gè)管卡上面至少設(shè)置一根索具，因此起吊過程當(dāng)中沒有發(fā)生大的彎曲變形，沒有發(fā)生晃動(dòng)現(xiàn)象，充分證明本發(fā)明所述方法起吊平穩(wěn)
安全可靠。3、水中扶正過程安全可靠組合體起吊的時(shí)候處于水平狀態(tài)，而組合體與導(dǎo)管架連接的時(shí)候需要處于豎直狀態(tài)，因此組合體需要經(jīng)歷一個(gè)扶正的過程。實(shí)踐證明，采用水中部分索具使用浮袋代替，只保留兩側(cè)兩根索具的方式進(jìn)行扶正的方法是安全可行且高效的。4、索具轉(zhuǎn)交給平臺(tái)將支承組合體的索具從作業(yè)船舶轉(zhuǎn)移到平臺(tái)上面，一者是就位的需要，二者是組合體由平臺(tái)來支承消除了船舶晃動(dòng)對(duì)就位的影響。施工過程證明這一步驟非常必要有效。權(quán)利要求
1.ー種海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法，其特征在于在施工前期水下調(diào)查的基礎(chǔ)上，先在陸地上按照預(yù)定的相對(duì)位置將包括立管和護(hù)管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業(yè)船舶運(yùn)至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導(dǎo)管架連接，最后對(duì)接連成一體，完成在導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海洋石油平臺(tái)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(zhǔn)備工作 對(duì)導(dǎo)管架進(jìn)行水下調(diào)查，清除安裝區(qū)域中的海生物，預(yù)制和組裝管卡，對(duì)立管和護(hù)管進(jìn)行對(duì)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(duì)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(yù)定位置上，之后將小卡子鎖合，從而將立管和護(hù)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(hù)管和若干管卡，最后將兩組合體吊到作業(yè)船舶上； (3)上、下段組合體水平起吊入水 作業(yè)船舶到達(dá)施工現(xiàn)場拋錨布場之后，進(jìn)行下、上段組合體的水平起吊入水，起吊時(shí)保證管子的強(qiáng)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(cè)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(dān)組合體重量的索具由船上逐步轉(zhuǎn)移到平臺(tái)上，然后在監(jiān)控下通過平臺(tái)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(dǎo)管架； (6)上、下段組合體法蘭對(duì)接 先松開上段組合體的立管和護(hù)管的小卡子，對(duì)該立管和護(hù)管下放，將之與下段組合體的立管和護(hù)管進(jìn)行法蘭對(duì)接，之后重新將小卡子鎖緊； (7)清管測(cè)徑試壓合格后，雙管系的安裝工作結(jié)束。
全文摘要
一種海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝方法，在施工前期水下調(diào)查的基礎(chǔ)上，先在陸地上按照預(yù)定的相對(duì)位置將包括立管和護(hù)管的雙管系與管卡拼裝為上、下兩段組合體，然后利用作業(yè)船舶運(yùn)至海上，將該兩組合體起吊入水、扶正就位、與導(dǎo)管架連接，最后對(duì)接連成一體，完成在導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的安裝。本發(fā)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(yè)的工作量，從而達(dá)到了提高工作效率、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提升施工精度的效果，適用于海洋石油平臺(tái)深水雙管系的安裝。
文檔編號(hào)F16L1/15GK102661444SQ20121012413
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者周東榮, 彭忠衛(wèi), 金桐君 申請(qǐng)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(yùn)輸部上海打撈局