海底管線膨脹彎安裝關(guān)鍵技術(shù)分析

姜學(xué)錄 李曉明 黃峰 宏常軍 韓敬艷 海洋石油工程股份有限公司

近年來，隨著海上油田開發(fā)的迅速發(fā)展，平臺的增多，海底管道也越來越多，膨脹彎作為海底管道的重要組成部分，起著避免管道由于熱脹冷縮作用而產(chǎn)生應(yīng)力損壞的作用。

膨脹彎安裝之前和安裝過程中，需要完成一系列的關(guān)鍵工作，需要用到一系列輔助工具。由于膨脹彎安裝往往是成套出現(xiàn)，一個項目中需要安裝數(shù)個膨脹彎，而膨脹彎安裝過程在項目中，往往處在海上施工的關(guān)鍵路徑上，施工效率直接影響項目進(jìn)度，因此，研究如何提高這些關(guān)鍵技術(shù)的效率，可以保證施工的順利進(jìn)行。

下面以渤海某油田安裝膨脹彎施工項目為例，介紹膨脹彎安裝前的設(shè)計準(zhǔn)備和施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

1.膨脹彎的參數(shù)

圖1 膨脹彎橫截面示意圖

以本項目中其中一節(jié)膨脹彎為例進(jìn)行介紹，該節(jié)膨脹彎橫截面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

膨脹彎設(shè)計參數(shù)如表1所示。

2.膨脹彎的安裝設(shè)計

膨脹彎施工前，需要進(jìn)行安裝設(shè)計，主要工作是進(jìn)行膨脹彎吊裝分析。這里以一種基于SACS軟件和DNV-OS-F101規(guī)范相結(jié)合的方法為例進(jìn)行簡要介紹。

膨脹彎吊裝過程，首先，需要根據(jù)膨脹彎的設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行建模和加載，模型中包含了膨脹彎套管和鋼絲繩，膨脹彎內(nèi)管及隔熱層和防腐層只模擬重量，采用等效密度的方法加載到套管上，模型中包括鋼絲繩。并進(jìn)行加載和施加約束，如法蘭重量。將吊鉤進(jìn)行完全約束，為了避免計算分析中剛度矩陣的奇異性，彈簧單元被添加到模型上。

其次，通過試算和調(diào)整鋼絲繩的位置，得到最適合的鋼絲繩數(shù)量和吊點位置，并確定吊高和鋼絲繩長度，便于施工前的索具配扣準(zhǔn)備。該過程要保證鋼絲繩與水平面角度要大于60°，滿足規(guī)范要求。并提取出膨脹彎軸力和彎矩，供下一步規(guī)范校核使用。

表1 膨脹彎設(shè)計參數(shù)

表2 吊鉤和鋼絲繩計算結(jié)果匯總

圖2 膨脹彎水下測量計算

該節(jié)膨脹彎的鋼絲繩長度和受力結(jié)果如表2所示。

最后，采用DNV-OS-F101規(guī)范對其進(jìn)行規(guī)范校核，分別根據(jù)荷載控制條件和位移控制條件進(jìn)行屈曲校核。采用荷載控制條件下的屈曲校核更加保守。因此，本次選用荷載控制條件。校核結(jié)果UC值小于1.0，即為計算通過。

3.膨脹彎施工過程的關(guān)鍵技術(shù)

以渤海灣某油田膨脹彎吊裝項目為例，介紹膨脹彎安裝的施工關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 膨脹彎的水下測量

在膨脹彎海上安裝過程中，實際管線路由與設(shè)計路由可能存在誤差，因此在最后一節(jié)膨脹彎預(yù)制前需要由潛水員進(jìn)行水下測量，對于只有一節(jié)的膨脹彎，首先進(jìn)行測量后才能預(yù)制，對于兩節(jié)或三節(jié)的膨脹彎，則在最后一節(jié)膨脹彎安裝前進(jìn)行測量后預(yù)制，使用法蘭測量儀進(jìn)行膨脹彎數(shù)據(jù)水下測量。

根據(jù)水下測量數(shù)據(jù)進(jìn)行最后一節(jié)膨脹彎預(yù)制，預(yù)制結(jié)束后再使用法蘭測量儀測量預(yù)制膨脹彎，與水下測量結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

膨脹彎的水下測量又分為一個彎頭的測量和兩個彎頭的測量，根據(jù)測量結(jié)果由三角函數(shù)計算得出膨脹彎預(yù)制尺寸，測量原理如圖2所示。

膨脹彎的水下測量，是施工過程中的關(guān)鍵一環(huán)，如果測量不準(zhǔn)確，預(yù)制的最后一節(jié)膨脹彎安裝不上，將導(dǎo)致返工。

3.2 膨脹彎的水下安裝

預(yù)制完成后的膨脹彎吊裝下水前，當(dāng)膨脹彎與平管段對接時，如果平管端部入泥，還需使用充氣浮袋或克令吊將平管法蘭吊出泥面約50公分，方便膨脹彎對接。

膨脹彎水下安裝過程需要潛水員調(diào)整膨脹彎對接處兩法蘭盤間隙，使兩法蘭處于平行狀態(tài)，將墊圈夾緊；用液壓扳手采用對角的方式對螺栓進(jìn)行初步加力，至墊圈擠壓足夠緊，然后一個方向旋轉(zhuǎn)加力，確保每個螺母都不再旋轉(zhuǎn)，加力過程中測量法蘭間隙值，避免出現(xiàn)偏口；最后采用液壓拉伸器，對法蘭螺栓進(jìn)行液壓拉伸；加力完成后，潛水員測量兩法蘭3、6、9、12點位置最終間隙并記錄。

4.結(jié)語

本文以渤海灣某工程項目為例，介紹了膨脹彎安裝前和安裝過程中的關(guān)鍵技術(shù)。包括膨脹彎安裝設(shè)計的方法，膨脹彎安裝過程中，水下膨脹彎測量的方法和適用的工具，以及膨脹彎水下安裝過程中的重點事項。為今后的類似工程項目的設(shè)計和施工，提供參考。