鐘建軍（交通運(yùn)輸部上海打撈局，上海200090）

海上石油平臺(tái)管卡安裝同心度測(cè)量方法研究

鐘建軍（交通運(yùn)輸部上海打撈局，上海200090）

海上石油平臺(tái)在生產(chǎn)使用中需要安裝各類立管，用以連接水上水下生產(chǎn)設(shè)施，主要包括油管、氣管、注水管線、電纜護(hù)管等，這些立管一般在平臺(tái)建造時(shí)就與平臺(tái)主體同時(shí)裝配，同時(shí)安裝入水，但是在擴(kuò)大生產(chǎn)需要新開井口，或者原有立管損壞需要更換時(shí)，就需要安裝新的立管。這時(shí)一般需要首先在水上水下安裝固定立管的管卡，然后再安裝立管。管卡的安裝大多需要水下潛水作業(yè)完成，為了保證立管可以順利的安裝到管卡中，如何保證管卡安裝的同心度，就成了管卡安裝的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，本文即討論海上石油平臺(tái)管卡安裝同心度測(cè)量的幾種方法。

石油平臺(tái)；管卡；同心度

目前安裝護(hù)管與管卡的方式主要有兩種：①護(hù)管與立管先在駁船或陸地上裝配好，然后使用吊機(jī)一次性或者分節(jié)安裝到位，這種方法不需要考慮同心度的問題，但水下安裝工作的難度較大，增加了工程成本和不可控因素，這種安裝方法不在我們今天討論的范圍之內(nèi)。②先安裝管卡，然后再安裝護(hù)管，水下潛水工作較為簡(jiǎn)單，成本較低，因此也是目前最常用的安裝方法。

水下安裝管卡并不是在所有情況下都需要測(cè)量同心度，比如在東方某平臺(tái)的管卡安裝工程，管卡是雙臂結(jié)構(gòu)安裝在導(dǎo)管架兌成位置，這種情況下，只要管卡制作尺寸精確，管卡可以安裝到位，那么同心度一定可以得到保證。

圖1 東方某平臺(tái)管卡安裝位置示意圖

一般情況下，水下安裝完管卡后需要對(duì)同心度進(jìn)行復(fù)測(cè)，如文昌15-1A平臺(tái)管卡安裝工程，該工程需要在文昌15-1A平臺(tái)導(dǎo)管架的6個(gè)水平層上安裝隔水套管支撐結(jié)構(gòu) （帶1個(gè)井槽的管卡結(jié)構(gòu)），支撐結(jié)構(gòu)的標(biāo)高分別為：EL（+）7000、EL（-）12000、EL（-）34000、EL（-）58000、EL（-）83000、EL（-）110000，水上部分采用焊接方式安裝，水下部分需進(jìn)行潛水作業(yè)（管卡的螺栓連接）。該工程有5個(gè)水下管卡且深度較大，EL（-）34000、EL（-）58000、EL（-）83000、EL（-）110000的管卡都是安裝在導(dǎo)管架的單根支撐結(jié)構(gòu)上，雖然經(jīng)過安裝定位，但安裝精度仍然得不到保證，如果管卡的同心度出現(xiàn)問題，那么就會(huì)面臨隔水套管無法安裝，管卡不得不從新安裝的困境。

圖2 文昌15-1A平臺(tái)EL（-）58000管卡

為了復(fù)測(cè)管卡的同心度，我們考慮了以下幾種方法用以檢測(cè)同心度，并最終選定了一種性價(jià)比最高的方式完成了復(fù)測(cè)通過，取得了較好的效果。

1 中心線引繩校準(zhǔn)法

這種方法需要在最深處的管卡安裝一個(gè)撐架，使得撐架的中心基本上與管卡的中心重合，在全部管卡安裝完成后，從水面上用一個(gè)重錘帶著一根引繩穿過全部管卡下放到最深處，潛水員下水到最大深度，將引繩固定在撐架中心，水面帶緊繩子，做一個(gè)與隔水套管直徑相同的圓盤（如圖3所示），用一根繩子吊住，圓盤的下面固定一個(gè)水下攝像頭，攝像頭的位置基本在圓盤的中間位置，攝像頭的電纜與繩子綁固在一起。預(yù)先布置好的連接最底部撐架的引繩穿過圓盤的中心收緊，將圓盤沿引繩緩慢下放，開啟攝像頭，可以看到圓盤依次通過水下管卡的情況，根據(jù)圓盤與管卡的相對(duì)位置來判斷管卡安裝的同心度是否滿足要求。全程錄像后將圓盤回收至甲板，潛水員再次下水拆除撐架和導(dǎo)向繩，完成同心度復(fù)核。

圖3 撐架和圓盤示意圖

此方法最大的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，直觀準(zhǔn)確，但是需要潛水員兩次潛水至110m深位置，此深度已經(jīng)接近氦氧潛水的極限深度，增加兩次此深度下的潛水作業(yè)意味著給工程增加兩次巨大的風(fēng)險(xiǎn)，而且在管卡安裝前也沒有預(yù)先安裝撐架，水下安裝的話又增加了作業(yè)時(shí)間，因此項(xiàng)目組權(quán)衡利弊下放棄了此方法。

2 懸壁直線法

準(zhǔn)備一個(gè)鐵鉤，連接一段足夠長的繩子，待全部管卡安裝完成后在鐵鉤下連一個(gè)重錘，從管卡中間下放入水，依次通過全部管卡，當(dāng)鐵鉤通過最下面的管卡之后，停止下放，晃動(dòng)繩子，使鐵鉤勾住管卡的下沿，收緊繩子，使繩子緊貼水面上管卡側(cè)壁。

然后用一個(gè)重錘帶著水下攝像頭穿過管卡，逐漸下放，通過攝像頭觀察繩子與管卡內(nèi)壁的相對(duì)位置，全程錄像后，回收攝像頭。然后放松鐵鉤的繩子，使鐵鉤脫離管卡內(nèi)壁，回收繩子與鐵鉤，完成同心度復(fù)測(cè)。

這種方法操作最為簡(jiǎn)單，但是也存在很大的局限性，只有在全部管卡都在一條直線上，或者只有一個(gè)管卡偏移情況下才比較可靠，如果管卡是彼此錯(cuò)開的，那么這種方法只能檢測(cè)出同心度確實(shí)存在問題，卻不能確定應(yīng)該如何調(diào)整管卡以使同心度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 激光校準(zhǔn)法

在陸地大型設(shè)備安裝中，激光校準(zhǔn)同心度是一種較為常用的方法。激光測(cè)量儀的兩個(gè)測(cè)量工具通過磁性坐或鏈條安裝在需要測(cè)量的軸上，每個(gè)測(cè)量單元個(gè)發(fā)出一束激光指向?qū)Ψ?，顯示單元顯示動(dòng)態(tài)的對(duì)中數(shù)據(jù)。

圖4 常用激光對(duì)中儀

根據(jù)激光測(cè)量儀的工作原理，如果需要應(yīng)用在此次工程的同心度測(cè)量中，最便捷的方法就是在最上面的管錢上各設(shè)置兩個(gè)設(shè)備固定點(diǎn)，分別固定兩個(gè)激光發(fā)射設(shè)備，兩個(gè)設(shè)備之間的距離等于隔水套管的直徑，向水下垂直發(fā)射兩束激光，然后下放水下攝像頭，觀察兩束激光是否都可以從管卡內(nèi)部通過，如果可以則說明管卡的同心度符合設(shè)計(jì)要求。

激光測(cè)量儀法雖然方便、快捷、準(zhǔn)確，但是也有很大的缺陷：如果將激光發(fā)射器設(shè)置在水面以上，則激光入水時(shí)難免發(fā)生折射造成測(cè)量結(jié)果偏差；如果將發(fā)射器設(shè)置在水下的第一個(gè)管卡上，有需要解決它的水密性問題，而且即使水密性的問題得到解決，海水自身所含有的鹽分以及不同海水層的水流都有可能造成測(cè)量結(jié)果的偏差。因?yàn)橐陨显蛭牟?5-1A工程中并沒有使用這種方法，但是在經(jīng)過有效的試驗(yàn)驗(yàn)證之后，激光測(cè)量儀在水下同心度測(cè)量中的應(yīng)用在以后的施工中還是可以預(yù)期的。

4 懸錘法

制作一個(gè)重錘，中間有一個(gè)與隔水套管直徑相同的圓盤，在重錘的下面綁固一個(gè)水下攝像頭，攝像頭的電纜與下放重錘的繩子綁固在一起，使繩子沿水面上管卡的中心點(diǎn)下放，通過攝像頭觀察重錘上圓盤與水下管卡的相對(duì)位置判斷管卡安裝的同心度是否滿足要求，全程錄像后完成復(fù)測(cè)，回收重錘攝像頭。

懸錘法的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，但是缺點(diǎn)也同樣突出，那就是受水流的影響非常大。文昌15-1A屬于熱帶海域，潮流較小，在小潮汛平潮時(shí)存在一定長度的時(shí)間窗口基本上沒有任何水流，這就為懸錘法的實(shí)施創(chuàng)造了客觀條件。

我方在陸地預(yù)制了一個(gè)用與檢測(cè)同心度的重錘 （如圖5所示）：高1m，外圍直徑30英寸，與隔水套管外徑相同，自重800kg，為了使重錘在水中盡可能小的受到水流的影響，重錘上綁固200kg的壓重，使重錘的質(zhì)量達(dá)到1T。

圖5 懸錘示意圖

按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)贓L（+）7導(dǎo)管架上測(cè)量放樣，找出EL（+）7m管卡的中心點(diǎn)，繩子做一個(gè)交叉，確定中心點(diǎn)的位置，然后在此中心點(diǎn)處做一個(gè)剛性的支撐，固定此中心點(diǎn)在空間上的位置。在此中心點(diǎn)的位置做一個(gè)固定導(dǎo)向?yàn)橄路胖劐N做準(zhǔn)備。完成準(zhǔn)備后，選擇小潮汛高平潮時(shí)下放重錘依次通過水下的管卡，全程錄像。在幾乎沒有水流的情況下，重錘上的圓盤順利通過全部管卡，證明了管卡的同心度復(fù)合設(shè)計(jì)要求，安裝工程順利通過業(yè)主驗(yàn)收。

圖6 重錘通過管卡的截圖

5 結(jié)論

通過比較后我們發(fā)現(xiàn)懸臂直線法是最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的辦法，但是侑與其無法克服的缺點(diǎn)，在實(shí)際施工中基本不會(huì)采用；重錘法同樣簡(jiǎn)單，花費(fèi)也較小，但是對(duì)于水流要求很高，需要等待合適的時(shí)間窗口，只有在作業(yè)海域潮流很弱且工期不緊的情況下才可以選用，文昌15-1A工程中就用其取得了較好的工程效益；中心線引繩校準(zhǔn)法不受水流條件的影響，且測(cè)量準(zhǔn)確，但需要增加潛水工作量，在水深不大的情況下應(yīng)為首選方法；激光校準(zhǔn)法最為準(zhǔn)確，但在目前的海上施工中還沒有得到應(yīng)用，日后可以對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行水密性改造，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證后，激光校準(zhǔn)法在水下同心度測(cè)量方面具備較好的應(yīng)用前景。

[1]彭忠衛(wèi)，金桐君.深水雙管系整體安裝技術(shù)探索.航海，2012.

[2]鐘 偉，馬仕賢.安裝工程中同軸度測(cè)量方法探討.安裝，2011.

[3]劉 秀.激光在水中的衰減特性研究.科學(xué)時(shí)代，2011.

TE952

A

2095-2066（2016）05-0176-02

2016-2-2

鐘建軍（1983-），男，工程師，碩士，主要從事打撈及海洋工程工作。