利用补偿吊安装膨胀弯的方法

高 峰，王海龙，汤炳然，邬智慧，王朋飞

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518067）

0 引言

水下膨胀弯是海底管道和基盘、管汇和平台管道等海底结构物的一段过渡管线，主要通过吸收海管因热胀冷缩导致的膨胀量，补偿海管长度上的变化，从而对海管进行有效保护。近年来，膨胀弯由于其特有的力学特性，得到了越来越广泛的使用。膨胀弯安装工作已是现代海洋石油工程中很常见的一种施工作业，在传统的膨胀弯安装中由于受海浪影响，在吊机吊着膨胀弯下放就位过程中船舶容易产出摇摆、升降运动。为防止膨胀弯法兰与海管法兰发生碰撞，法兰的组对需要由潜水员拖拉完成，而膨胀弯的拖拉工作占据了整个膨胀弯安装的大部分时间，大大减缓了膨胀弯安装速度。因此，快速、准确地将膨胀弯法兰组对就位是提高膨胀弯安装效率的关键。

随着我国海洋石油工程行业不断发展，逐渐与国际接轨，膨胀弯的安装方法也在不断改进。通过实践总结出一种补偿吊安装膨胀弯的方法，该方法可以快速组对膨胀弯法兰，减少潜水员拖拉时间，明显提高膨胀弯的安装效率。本文介绍补偿吊安装膨胀弯的方法，可以显著提高膨胀弯的安装效率。

1 补偿吊工作原理

受风、浪、流、涌等不确定因素影响，海上施工船舶相对于平台及海底管线的运动是相当复杂的，为简单化，本文只研究对升降运动的补偿。由于施工船舶相对于海底管线因海浪原因会相对上下运动，下放中的膨胀弯也会跟随船体相对于海底管线上下运动，这样就会对悬浮的膨胀弯造成损害。因此普通吊机因海浪的原因不能将膨胀弯放置就位，只能将膨胀弯放置在海管附近，由潜水员完成膨胀弯的拖拉就位工作。补偿吊可满足这种补给功能，使悬浮的膨胀弯相对于海底管线不会相对上下运动，进而完成膨胀弯法兰组对就位。

在吊机作业时，膨胀弯的下放速度v下=v0+（v1-v2），其中，v0是吊机绞车下放速度，v1是施工船舶摇晃速度，v2是膨胀弯下放位置海浪起伏速度。当v下和作业船舶相对于下放位置的相对速度v1-v2无关时，就可以将膨胀弯平稳下放到海底，这样就达到了波浪升沉补偿的目的。补偿吊在进行膨胀弯吊装时，会根据当前海况给予膨胀弯一个补偿上升和下放的速度。从而使膨胀弯相对于下放位置的速度为零。

2 传统安装方法的对比和使用DSV 安装的工艺

2.1 传统膨胀弯安装方法和DSV 安装膨胀弯的对比

传统的膨胀弯安装方法是利用浮吊船的主吊机或移动式履带吊进行吊装下放及水下组对工作，由于浮吊船主吊机及移动式履带吊不具备升沉补偿功能。在涌浪大的情况下，若浮吊船抗风能力较差，在膨胀弯水下安装组对过程中就会耗费大量时间。

使用补偿吊下放安装膨胀弯相对于传统的膨胀弯安装方法更具有灵活性，相对于没有补偿功能的履带吊或载重达几千吨的大吊更能体现出补偿吊的便利、快捷，不仅可以合理利用资源，还可大大缩减项目成本。

在传统的膨胀弯下放安装过程中，膨胀弯第一次着地后就很难再利用吊机调整膨胀弯位置，而补偿吊下放安装膨胀弯时，由于具有波浪补偿功能，因此可以在水下随意拖动膨胀弯，找到最佳位置后再使膨胀弯着地。这就大大减少了法兰组对时间，缩短了项目海上施工工期。

传统的膨胀弯安装时需要借助配重块的作用，通过手拉葫芦逐渐将膨胀弯法兰与平管法兰组对在一起。如果膨胀弯距离平管较远，这就会花费大量时间在膨胀弯拖拉上，无形中增加了膨胀弯的安装时间。补偿吊安装膨胀弯时可以将膨胀弯法兰直接与平管法兰组对在一起，省去了膨胀弯拖拉时间，也就大大节省了膨胀弯的安装时间。

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2.2 DSV 补偿吊安装膨胀弯的工艺

膨胀弯的安装工作需要饱和潜水员完成，因此租用了一艘带有升沉补偿吊的DSV（饱和潜水支持船）来完成所有的膨胀弯安装工作。

2.3 补偿吊安装膨胀弯施工步骤

（1）DSV 主吊机上安装声学信标。

（2）DSV 在右舷上摆放2 个靠船件，托运膨胀弯的拖轮靠上DSV 右舷，带缆完毕。

（3）DSV 甲板人员传递2 条50 m 的尼龙绳到拖轮上，拖轮上甲板人员将绳子穿过膨胀弯两侧法兰后再传递回DSV，对膨胀弯起限位作用。

（4）DSV 吊机移至膨胀弯上方，拖轮甲板人员安装膨胀弯索具。

（5）DSV 吊机吊起膨胀弯后拖轮离开，DSV 甲板人员通过膨胀弯两侧法兰上的牵引绳保持膨胀弯稳定，不晃动。

（6）DSV 吊机下放膨胀弯至水下30 m，回收牵引绳。

（8）潜水钟下放，潜水员出钟，拆除法兰保护板，在平管法兰5 点和7 点方向上安装法兰捕捉器。

（9）潜水员指挥DSV 吊机移动膨胀弯，当膨胀弯到达法兰捕捉器上方时，吊机开启升沉补偿。吊机在升沉补偿状态下，可以减缓膨胀弯上下摇晃。通过微调膨胀弯的位置，最终使膨胀弯法兰和平管端法兰尽量接近，为防止法兰受损不可以使两法兰发生碰撞。

（10）潜水员开始组对法兰，使用钢钎调整两法兰的同轴度。

（11）潜水员安装法兰下半部分螺栓。

（12）潜水员安装垫圈。

（13）潜水员安装法兰剩余螺栓。

（14）潜水员再次确认垫圈放置正确后，用敲击扳手对所有螺栓加力，保证法兰面均匀受力。

（15）潜水员确认法兰轴向的缝隙距离保持一致。

（16）安装液压拉伸头，备母。

（17）安装液压拉伸管线。

（18）按照液压拉伸程序对螺栓进行液压拉伸。

（19）潜水员填写液压压力表。

（20）拆卸浮袋、索具、所有拉伸头、备母、液压管线及工具。

（21）在两法兰上缠透明塑料带，以便试压时观察法兰是否泄漏。

（22）潜水员或ROV 做完工后调查。

3 结论

补偿吊下放安装膨胀弯相对于传统的膨胀弯安装方法更具有灵活性，对于没有补偿功能的履带吊或载重达几千吨的大吊更能体现出补偿吊的便利、快捷，可以减少在膨胀弯安装过程中产生的碰撞，确保施工安全，提高工程质量。由于具有波浪补偿功能，因此可以在水下随意拖动膨胀弯，找到最佳位置后再使膨胀弯就位。传统的膨胀弯安装方法需要2.5～3 d 完成一根膨胀弯安装，补偿吊安装方法用时1.5～2 d，缩短了项目海上施工工期，从而节约施工成本，增加效益。

补偿吊安装膨胀弯是目前相对较快的膨胀弯安装技术，在膨胀弯安装项目中得到广泛应用，为海上施工节约成本，缩短海上施工工期做出巨大贡献。