深水双管系整体安装技术探索

彭忠卫 金桐君

（交通运输部上海打捞局 上海 200090 ）

0 引言

崖城 13-4气田开发项目立管、脐带管护管安装及海管交叉处预处理工程是上海打捞局工程船队总包的一个海上安装项目，该项目是中海石油（中国）有限公司湛江分公司开发的崖城13-1气田中的一项配套工程，包括海管交叉处预处理中海管保护架的安装、AWA井口平台立管、脐带管护管的安装、试压等内容。本文介绍的就是立管、脐带管护管安装过程中创新采用的深水双管系整体安装技术。

1 技术背景及设计思路

为了节约成本，更有效地利用已铺设好的平台至陆地终端的海底管线，靠近已有平台的新建平台往往通过铺设较短的海底管线至已有平台，然后将处理后的原油和天然气已经有平台的海底管线输送至陆地终端。而已有平台在陆地预制的时候，没有考虑到将来会有新建平台海底管线登录该平台而在陆地预安装立管，因此要求在已有平台上新增立管。

传统的新增立管安装方法是先采用一定的控制方法将管卡安装到导管架上面，接着管卡进行必要的调整使所有管卡从上到下处于一条直线上面。最后进行立管的下放和管卡进行连接。传统立管安装方法的最大难度在于管卡同心度的调整，传统采用的钢丝绳定位法和样管定位法都不能算是非常高效可靠的方法。

在充分吸收传统安装工艺优势的基础上，本项目我们对管系安装的方式进行了创造和革新，提出了全新的深水双管系整体安装方法。深水双管系整体安装方法简单来说，即省略了原有施工方法中管卡和管段水下拼装、调整的步骤，将管卡和管段在水下安装前即组合为一个整体进行安装的施工方法。

该方法的提出不仅解决了管卡同心度调整的难题，由于节省了大量的水下潜水时间，具有非常大的优势。13-4气田开发项目投产日期非常紧迫，工程施工时间属于台风季节，平台改造以及钻完井等大量交叉作业对工程施工有很大干扰，因此迫切的需要减少海上安装的工期和工作量，尽量避免将可以陆地解决的事宜带到海上解决从而增加不必要的困难。深水双管系整体安装方法恰恰最大限度地节省了水下作业时间，具有非常大的优势。

为了解决管系长度较长（每根管系水下长度100m）、无法直接竖直起吊安装的问题，我们还将管系比较均匀地分成了两段。下文中我就着重根据崖城 13-4项目立管、脐带管护管安装工程的施工实际来介绍下深水双管系整体安装的方法。

2 崖城13-4气田项目新增立管安装方案

崖城13-1平台群图见标题。

崖城 13-4项目立管、脐带管护管安装工程计划在 13-1平台群 AWA进口平台 ROW 1侧安装一根立管和一根脐带管护管。详细的施工内容如下：

首先根据双管系整体安装的要求，将连接导管架横撑和斜撑、固定管系的管卡设计成多段式、多向可调节拼装的形式，而不是以往采用的固定结构形式，在实际的施工中，特别是管段安装过程中，这种设计给管卡的调整带来了极大的便利。管卡根据设计图纸在陆地进行放样和预制，并进行喷砂、防腐等工序。

图1 管卡设计示意图

管系的预制，包括焊接对接、打磨、无损检测、涂装、防腐等都是在陆地完成，并进行清管试压。由于管系太长，因此按照设计分为两段进行预制处理，并通过对接法兰进行两段管段的水下对接。

管系和管卡都预制完成后，在陆地进行拼装，根据设计图纸中管卡和管段的相对位置进行组装。利用全站仪等精确测量工具进行定位确保组装精度达标。组装精度将直接决定水下安装是否成功，所以在组装结束之后进行复核非常有必要。

利用施工船舶吊机将组装完成后的管系管卡组合体吊放至施工船舶甲板（也可是运输驳船）

绑扎并运输至施工海域进行安装。（参见图2）

图2 管卡组合体整体吊装至施工船舶甲板

图5 起吊、翻转和安装索具

图3 管、卡组合体吊装强度有限元分析应力云图

注意：采用何种管、卡组合体吊装方案保证管子强度是整管子的强度进行有限元校核，确保管子在吊装时具有充分的强度。（见图3）水下安装前，管卡、管系安装位置的精确定位以及安装位置和路由的清理是至关重要的。通过利用定位钢丝的方式，将计划安装管卡的导管架桁架结构上横撑和斜撑的范围划定出来并利用高压水枪等专业设备对安装位置进行海生物的清理，以及路由上牺牲阳极的切除和恢复。（参见图4）

图4 安装定位钢丝即海生物清除

海上安装过程中，克服了管系长度较长、无法直接竖直起吊安装以及管段水下安装精确定位的问题。主要是根据不同施工步骤配置了专用功能的起吊、翻转和安装吊索，并利用施工船舶的吊机进行协同作业。（参见图5）

整个施工过程包括了起吊、移位、下放、翻转、二次移位、调整、就位。首先利用起吊吊索，将管段组合体吊离施工船舶甲板；随后通过旋转吊机将管卡组合体移位至船舷海面上方；接着通过缓慢的下放将管段下放至水下 10m，目的是减轻自重、缓解接下来的翻转过程中节点受力情况；翻转是指利用施工船舶吊机的主钩和副钩，以及甲板履带吊的吊钩对管卡组合体进行转动，目的是将管段从水平姿态转换为竖直起吊状态。整个过程最关键的就是翻转过程中吊索的受力、管段组合体的应力变化。因此为了缓解个别吊点的受力情况，加装了数个浮带进行辅助提供充裕的附加浮力；翻转完成后，就直接切换为竖直起吊移位吊索，通过利用施工船舶吊机和平台吊索具等方式，将施工船舶的吊力转移至平台吊点。此种做法是考虑到恶劣海况对施工船舶产生的不利影响将直接关系到就位过程中管子的平稳性；在后续的调整、下放、在调整过程中，充分利用了平台绞车、葫芦以及潜水员 水下观察的优势，可以说是顺利、平稳地将管卡组合体安装到预定的位置。（参见图6、7、8）

图6 管、卡组合体起吊下放

图7 管、卡组合体移动

图8 管系水下连接

管卡组合体安装到位后则进行上下段对接法兰的连接。通过下放上段管系来进行法兰的对接安装（参考图 10），使用液压扳手等工具进行紧固。立管、脐带管护管对接法兰连接到位后需进行试压工作。

3 结束语

整个深水双管系整体安装过程的主要关键控制点在与，首先陆地预制很组装的精度必须得到严格的控制，其次管系整体起吊、下放和翻转、就位的过程中，管系的受力情况一定要得到全程的监控，最后则是在前期定位钢丝安装和定位测量的时候必须做到精确以及反复的校核，并对海生物清除的区域要保有一定的余量。

图9 对接法兰连接

图10 立管、脐带管护管安装到位

相对于原有施工方式，深水双管系整体安装技术将大量的海上、水下施工工作转移至陆地，避免了由于海上及水下工作可能遇到的海况、潮汐等诸多不确定因素可能对工期和工作量产生的巨大影响，大大地缩短了施工工期和减少了工作量。此外，由于管卡和管系的拼装是在陆上进行，对于精度可采取多种有效的方式进行控制，可以极大地减少在海上（水下）施工过程中的返工量。此外，由于管卡的设计是采用分段式、多向可调节的思路进行设计和预制的，在实际海上安装过程中可以根据偏差的情况进行灵活的调节。

此外，和原有施工方式相比，减少了管卡、管系水下定位拼装的步骤，特别是对于双管系的安装来说，更是极大较少了潜水工作量。另外，此施工方法中使用的是氦氧表面潜水或饱和潜水的方式，相对于原有空气潜水来说，使深水管系安装可以付诸实施，此外由于潜水方式的不同，极大的扩充了潜水员水下施工作业的时间，提高了工作效率。

崖城 13-4项目立管、脐带管护管安装工程中深水双管系整体安装技术的成功运用为我们开拓了一种全新的施工方法，也为今后相似的工程积累了宝贵的经验。目前，该项施工技术正在申请国家专利。