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        海上石油平臺(tái)管卡安裝同心度測(cè)量方法研究

        2016-12-28 10:01:39鐘建軍交通運(yùn)輸部上海打撈局上海200090
        低碳世界 2016年5期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量

        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。

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