海上石油平台管卡安装同心度测量方法研究

钟建军（交通运输部上海打捞局，上海200090）

海上石油平台管卡安装同心度测量方法研究

钟建军（交通运输部上海打捞局，上海200090）

海上石油平台在生产使用中需要安装各类立管，用以连接水上水下生产设施，主要包括油管、气管、注水管线、电缆护管等，这些立管一般在平台建造时就与平台主体同时装配，同时安装入水，但是在扩大生产需要新开井口，或者原有立管损坏需要更换时，就需要安装新的立管。这时一般需要首先在水上水下安装固定立管的管卡，然后再安装立管。管卡的安装大多需要水下潜水作业完成，为了保证立管可以顺利的安装到管卡中，如何保证管卡安装的同心度，就成了管卡安装的技术关键点，本文即讨论海上石油平台管卡安装同心度测量的几种方法。

石油平台；管卡；同心度

目前安装护管与管卡的方式主要有两种：①护管与立管先在驳船或陆地上装配好，然后使用吊机一次性或者分节安装到位，这种方法不需要考虑同心度的问题，但水下安装工作的难度较大，增加了工程成本和不可控因素，这种安装方法不在我们今天讨论的范围之内。②先安装管卡，然后再安装护管，水下潜水工作较为简单，成本较低，因此也是目前最常用的安装方法。

水下安装管卡并不是在所有情况下都需要测量同心度，比如在东方某平台的管卡安装工程，管卡是双臂结构安装在导管架兑成位置，这种情况下，只要管卡制作尺寸精确，管卡可以安装到位，那么同心度一定可以得到保证。

图1 东方某平台管卡安装位置示意图

一般情况下，水下安装完管卡后需要对同心度进行复测，如文昌15-1A平台管卡安装工程，该工程需要在文昌15-1A平台导管架的6个水平层上安装隔水套管支撑结构 （带1个井槽的管卡结构），支撑结构的标高分别为：EL（+）7000、EL（-）12000、EL（-）34000、EL（-）58000、EL（-）83000、EL（-）110000，水上部分采用焊接方式安装，水下部分需进行潜水作业（管卡的螺栓连接）。该工程有5个水下管卡且深度较大，EL（-）34000、EL（-）58000、EL（-）83000、EL（-）110000的管卡都是安装在导管架的单根支撑结构上，虽然经过安装定位，但安装精度仍然得不到保证，如果管卡的同心度出现问题，那么就会面临隔水套管无法安装，管卡不得不从新安装的困境。

图2 文昌15-1A平台EL（-）58000管卡

为了复测管卡的同心度，我们考虑了以下几种方法用以检测同心度，并最终选定了一种性价比最高的方式完成了复测通过，取得了较好的效果。

1 中心线引绳校准法

这种方法需要在最深处的管卡安装一个撑架，使得撑架的中心基本上与管卡的中心重合，在全部管卡安装完成后，从水面上用一个重锤带着一根引绳穿过全部管卡下放到最深处，潜水员下水到最大深度，将引绳固定在撑架中心，水面带紧绳子，做一个与隔水套管直径相同的圆盘（如图3所示），用一根绳子吊住，圆盘的下面固定一个水下摄像头，摄像头的位置基本在圆盘的中间位置，摄像头的电缆与绳子绑固在一起。预先布置好的连接最底部撑架的引绳穿过圆盘的中心收紧，将圆盘沿引绳缓慢下放，开启摄像头，可以看到圆盘依次通过水下管卡的情况，根据圆盘与管卡的相对位置来判断管卡安装的同心度是否满足要求。全程录像后将圆盘回收至甲板，潜水员再次下水拆除撑架和导向绳，完成同心度复核。

图3 撑架和圆盘示意图

此方法最大的优点是操作简便，直观准确，但是需要潜水员两次潜水至110m深位置，此深度已经接近氦氧潜水的极限深度，增加两次此深度下的潜水作业意味着给工程增加两次巨大的风险，而且在管卡安装前也没有预先安装撑架，水下安装的话又增加了作业时间，因此项目组权衡利弊下放弃了此方法。

2 悬壁直线法

准备一个铁钩，连接一段足够长的绳子，待全部管卡安装完成后在铁钩下连一个重锤，从管卡中间下放入水，依次通过全部管卡，当铁钩通过最下面的管卡之后，停止下放，晃动绳子，使铁钩勾住管卡的下沿，收紧绳子，使绳子紧贴水面上管卡侧壁。

然后用一个重锤带着水下摄像头穿过管卡，逐渐下放，通过摄像头观察绳子与管卡内壁的相对位置，全程录像后，回收摄像头。然后放松铁钩的绳子，使铁钩脱离管卡内壁，回收绳子与铁钩，完成同心度复测。

这种方法操作最为简单，但是也存在很大的局限性，只有在全部管卡都在一条直线上，或者只有一个管卡偏移情况下才比较可靠，如果管卡是彼此错开的，那么这种方法只能检测出同心度确实存在问题，却不能确定应该如何调整管卡以使同心度满足设计要求。

3 激光校准法

在陆地大型设备安装中，激光校准同心度是一种较为常用的方法。激光测量仪的两个测量工具通过磁性坐或链条安装在需要测量的轴上，每个测量单元个发出一束激光指向对方，显示单元显示动态的对中数据。

图4 常用激光对中仪

根据激光测量仪的工作原理，如果需要应用在此次工程的同心度测量中，最便捷的方法就是在最上面的管钱上各设置两个设备固定点，分别固定两个激光发射设备，两个设备之间的距离等于隔水套管的直径，向水下垂直发射两束激光，然后下放水下摄像头，观察两束激光是否都可以从管卡内部通过，如果可以则说明管卡的同心度符合设计要求。

激光测量仪法虽然方便、快捷、准确，但是也有很大的缺陷：如果将激光发射器设置在水面以上，则激光入水时难免发生折射造成测量结果偏差；如果将发射器设置在水下的第一个管卡上，有需要解决它的水密性问题，而且即使水密性的问题得到解决，海水自身所含有的盐分以及不同海水层的水流都有可能造成测量结果的偏差。因为以上原因文昌15-1A工程中并没有使用这种方法，但是在经过有效的试验验证之后，激光测量仪在水下同心度测量中的应用在以后的施工中还是可以预期的。

4 悬锤法

制作一个重锤，中间有一个与隔水套管直径相同的圆盘，在重锤的下面绑固一个水下摄像头，摄像头的电缆与下放重锤的绳子绑固在一起，使绳子沿水面上管卡的中心点下放，通过摄像头观察重锤上圆盘与水下管卡的相对位置判断管卡安装的同心度是否满足要求，全程录像后完成复测，回收重锤摄像头。

悬锤法的优点非常明显，操作简单，成本低廉，但是缺点也同样突出，那就是受水流的影响非常大。文昌15-1A属于热带海域，潮流较小，在小潮汛平潮时存在一定长度的时间窗口基本上没有任何水流，这就为悬锤法的实施创造了客观条件。

我方在陆地预制了一个用与检测同心度的重锤 （如图5所示）：高1m，外围直径30英寸，与隔水套管外径相同，自重800kg，为了使重锤在水中尽可能小的受到水流的影响，重锤上绑固200kg的压重，使重锤的质量达到1T。

图5 悬锤示意图

按照设计图纸在EL（+）7导管架上测量放样，找出EL（+）7m管卡的中心点，绳子做一个交叉，确定中心点的位置，然后在此中心点处做一个刚性的支撑，固定此中心点在空间上的位置。在此中心点的位置做一个固定导向为下放重锤做准备。完成准备后，选择小潮汛高平潮时下放重锤依次通过水下的管卡，全程录像。在几乎没有水流的情况下，重锤上的圆盘顺利通过全部管卡，证明了管卡的同心度复合设计要求，安装工程顺利通过业主验收。

图6 重锤通过管卡的截图

5 结论

通过比较后我们发现悬臂直线法是最简单、经济的办法，但是侑与其无法克服的缺点，在实际施工中基本不会采用；重锤法同样简单，花费也较小，但是对于水流要求很高，需要等待合适的时间窗口，只有在作业海域潮流很弱且工期不紧的情况下才可以选用，文昌15-1A工程中就用其取得了较好的工程效益；中心线引绳校准法不受水流条件的影响，且测量准确，但需要增加潜水工作量，在水深不大的情况下应为首选方法；激光校准法最为准确，但在目前的海上施工中还没有得到应用，日后可以对相关设备进行水密性改造，经过试验验证后，激光校准法在水下同心度测量方面具备较好的应用前景。

[1]彭忠卫，金桐君.深水双管系整体安装技术探索.航海，2012.

[2]钟 伟，马仕贤.安装工程中同轴度测量方法探讨.安装，2011.

[3]刘 秀.激光在水中的衰减特性研究.科学时代，2011.

TE952

A

2095-2066（2016）05-0176-02

2016-2-2

钟建军（1983-），男，工程师，硕士，主要从事打捞及海洋工程工作。