海上石油平臺雙立管的整體設計和安裝

張 棟，唐 坤，孫道青，張剛賓

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

隨著我國海上油田二次開發的不斷推進，海上油田區域性改造不斷增多，例如通過新增一個平臺或對多個平臺進行改造來提升整個油田區域的產量。這些區域性的整體產能提升改造通常需要在原有平臺增加立管，甚至增加多個立管。多個立管的安裝較單根立管要復雜很多，存在安裝空間狹小、安裝風險高等問題[1-2]。根據南堡35-2油田S-1井區開發項目的改造要求，需在一條樁腿上安裝兩根立管，本文提出的雙立管整體設計和安裝技術很好地解決了這些問題，它將兩根立管安裝在一根護管里，使其形成一個整體，既克服了安裝空間狹小問題，又節約了安裝成本，對海上大區域平臺改造項目中立管的設計和安裝具有一定的指導意義。

1 背景介紹

為了對南堡35-2油田進行區域性的產能升級，需要對多個平臺進行改造，需要在NB35-2 CEP平臺A1-3Z樁腿處安裝兩套立管，包括6/12 in（1 in=25.4 mm） 混輸管道和2 in化學藥劑管道。由于在一個樁腿上同時安裝兩根立管，且現場安裝空間有限，因此分體安裝施工難度大；另外，兩根立管安裝時相互影響，安裝風險增加，而且其中的2 in立管直徑太小，不便于吊裝。經過多方論證和討論，最終決定將兩根立管安裝在一個護管內部，立管通過懸掛法蘭與護管相連，使兩根立管形成一個整體，便于現場安裝。立管及護管主要參數見表1。

表1 立管及護管主要參數

2 立管整體設計

2.1 立管護管結構

立管、護管整體布置如圖1所示。考慮到兩個立管的直徑分別為323 mm和60.3 mm，將立管的護管直徑確定為711 mm，壁厚為20.6 mm，立管通過3個管卡與樁腿連接，兩個立管直接通過幾個子母管卡固定連接[3-5]。護管下端距離海底泥面5 m左右，上端距離海平面8 m左右（具體設計還要根據安裝平臺情況調整）。

圖1 立管、護管整體布置

2.2 懸掛法蘭結構

立管上部為懸掛法蘭結構，見圖2。

圖2 懸掛法蘭結構

懸掛法蘭分為兩部分，一部分與立管焊接，一部分與護管焊接，兩部分之間通過橡膠膠皮接觸連接，膠皮厚度為13 mm。由于立管的整體重量幾乎都是由懸掛法蘭來承擔，所以懸掛法蘭的設計要通過力學分析軟件進行強度校核。

2.3 子母管卡結構

兩個立管之間通過子母管卡固定。子母管卡分為兩種：一種是安裝在護管內部（見圖3），考慮到護管內部空間的限制，將卡子做成三部分，通過三套螺栓進行拼接；另一種是安裝在護管外部的卡子（其結構見圖4），卡子沿著兩個立柱中心線分成對稱的兩個部分，通過兩套螺栓進行拼接，較護管內部卡子結構簡單，該類型卡子安裝在立管豎直段和水平段。通過子母管卡子使兩個立管成為一個整體，增強了兩個立管的強度，有利于延長立管的使用壽命和后期吊裝安裝[5-6]。

圖3 子母管卡 （護管內安裝）

圖4 子母管卡（護管外安裝）

2.4 護管的限位裝置

在護管上端，限位裝置通過懸掛法蘭來限制立管的軸向和徑向位移。在護管的下端將兩個呈扇形的鋼板焊接在大直徑的立管上（扇形鋼板的外徑小于護管的內徑，兩者之間的間隙為5 mm），從而限制立管徑向位移。該限位裝置可以限制立管在護管內部隨海浪等發生晃動，以避免造成破壞，具有非常重要的作用[6-7]，具體結構見圖5。

圖5 護管內部限位裝置

3 海上安裝

雙立管海上吊裝之前，需要在護管上、下兩端安裝臨時裝置，限制立管沿軸向移動，確保吊裝的安全。通過采用計算軟件OUTPIPE對雙立管結構進行吊裝分析，載荷計算需要考慮立管、護管及子母管卡的重量以及20%的附屬結構物的重量。確定吊裝繩索的長度及固定位置，需要保證吊裝過程中立管的彎管與長管段處在一個水平面內。具體吊裝布置如圖6所示。

4 結論

本文對雙立管提出了創新性的設計和安裝，通過采用護管及子母管卡將兩個立管設計成為一個整體。通過護管設計加強了對立管的保護，提高了安全性；通過子母管卡設計增強了立管的整體強度及抵御海浪作用的能力。同時，一次吊裝完成兩根立管的安裝，提高了項目安裝的效率，節省了安裝船舶工期和費用。該技術對今后雙立管的設計和安裝具有一定的指導意義。

圖6 雙立管整體吊裝布置