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(lái)，隨著海上油田開(kāi)發(fā)的迅速發(fā)展，平臺(tái)的增多，海底管道也越來(lái)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(guò)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(gè)項(xiàng)目中需要安裝數(shù)個(gè)膨脹彎，而膨脹彎安裝過(guò)程在項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目為例，介紹膨脹彎安裝前的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備和施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。

1.膨脹彎的參數(shù)

圖1 膨脹彎?rùn)M截面示意圖

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

膨脹彎設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

2.膨脹彎的安裝設(shè)計(jì)

膨脹彎施工前，需要進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)，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(jiǎn)要介紹。

膨脹彎吊裝過(guò)程，首先，需要根據(jù)膨脹彎的設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)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(diǎn)位置，并確定吊高和鋼絲繩長(zhǎng)度，便于施工前的索具配扣準(zhǔn)備。該過(guò)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(jì)參數(shù)

表2 吊鉤和鋼絲繩計(jì)算結(jié)果匯總

圖2 膨脹彎水下測(cè)量計(jì)算

該節(jié)膨脹彎的鋼絲繩長(zhǎng)度和受力結(jié)果如表2所示。

最后，采用DNV-OS-F101規(guī)范對(duì)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(jì)算通過(guò)。

3.膨脹彎施工過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)

以渤海灣某油田膨脹彎吊裝項(xiàng)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(cè)量

在膨脹彎海上安裝過(guò)程中，實(shí)際管線路由與設(shè)計(jì)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(cè)量，對(duì)于只有一節(jié)的膨脹彎，首先進(jìn)行測(cè)量后才能預(yù)制，對(duì)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(cè)量后預(yù)制，使用法蘭測(cè)量?jī)x進(jìn)行膨脹彎數(shù)據(jù)水下測(cè)量。

根據(jù)水下測(cè)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(cè)量?jī)x測(cè)量預(yù)制膨脹彎，與水下測(cè)量結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

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

膨脹彎的水下測(cè)量，是施工過(guò)程中的關(guān)鍵一環(huán)，如果測(cè)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(duì)接時(shí)，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(duì)接。

膨脹彎水下安裝過(guò)程需要潛水員調(diào)整膨脹彎對(duì)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(duì)角的方式對(duì)螺栓進(jìn)行初步加力，至墊圈擠壓足夠緊，然后一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)加力，確保每個(gè)螺母都不再旋轉(zhuǎn)，加力過(guò)程中測(cè)量法蘭間隙值，避免出現(xiàn)偏口；最后采用液壓拉伸器，對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行液壓拉伸；加力完成后，潛水員測(cè)量?jī)煞ㄌm3、6、9、12點(diǎn)位置最終間隙并記錄。

4.結(jié)語(yǔ)

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