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        限制空間安裝膨脹彎的推薦方法

        2021-08-27 12:31:24崔占明于銀海方龍盤劉建峰
        石油工程建設(shè) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:甲板鋼絲繩吊裝

        劉 朋,崔占明,于銀海,方龍盤,韓 劍,劉建峰

        海洋石油工程股份有限公司,天津 300461

        海底管道是海上油氣輸送最高效、最安全的方式之一,根據(jù)輸送的介質(zhì)不同,海底管道可分為:注水管道、輸氣管道、油氣水混輸管道[1-2]。膨脹彎是海底管道的重要組成部分,其結(jié)構(gòu)形式是具有一個或多個彎頭的管段,通過膨脹彎將平臺立管與水下平管連接,使整條海底管道貫通[3]。膨脹彎在外力作用下可以產(chǎn)生一定程度的變形,釋放海底管道平管因熱膨脹等因素產(chǎn)生的應(yīng)力,保障海底管道安全運行。膨脹彎一般位于平臺的正下方,在油田開發(fā)的設(shè)計階段,考慮鉆井作業(yè)因素通常將膨脹彎路由設(shè)計在有飛機(jī)甲板或火炬臂一側(cè),以便為鉆井船騰出操作空間。膨脹彎的重心有可能會與平臺結(jié)構(gòu)物如飛機(jī)甲板、火炬臂等有重疊,安裝膨脹彎時無法通過浮吊船直接吊裝到位。本文以渤海某油田開發(fā)工程項目為背景,詳細(xì)介紹兩種在限制空間安裝膨脹彎的方法。

        1 工程概況

        2020年渤海某油田新建兩條海底管道,分別為D 12 in(1in=25.4mm)輸氣管道和D 6/12 in混輸海底管道。安裝海底管道時組塊平臺已經(jīng)安裝,平臺東西兩側(cè)各有1艘鉆井船進(jìn)行鉆井作業(yè)。每條海底管道在平臺處分別設(shè)計2節(jié)膨脹彎,輸氣海底管道第一節(jié)膨脹彎位于平臺火炬臂下方,混輸海底管道第一節(jié)膨脹彎位于飛機(jī)甲板下方。2條海底管道的膨脹彎路由位置如圖1所示。

        圖1 膨脹彎路由

        由于飛機(jī)甲板和火炬臂的影響,兩條管道的第一節(jié)膨脹彎均無法由浮吊船直接吊裝到位,為此針對膨脹彎的實際情況,設(shè)計了2種安裝方法。

        安裝混輸管道膨脹彎時,在膨脹彎上增加配重,將整體的重心調(diào)整到平臺飛機(jī)甲板外側(cè),由浮吊船直接將膨脹彎吊裝到設(shè)計路由完成安裝。安裝輸氣管道膨脹彎前,在平臺導(dǎo)管架樁腿上布置導(dǎo)向,在遠(yuǎn)離平臺膨脹彎的另一端兩側(cè)布置配重塊安裝導(dǎo)向,膨脹彎吊裝下水后用浮袋將膨脹彎浮起至懸浮狀態(tài),通過導(dǎo)向?qū)⑴蛎洀澱{(diào)整至設(shè)計路由完成安裝。膨脹彎參數(shù)見表1。

        表1 膨脹彎參數(shù)

        2 調(diào)整重心安裝

        2.1 配重設(shè)置

        D6/12 in混輸管道第一節(jié)膨脹彎位于平臺飛機(jī)甲板的下方,根據(jù)膨脹彎的尺寸和材質(zhì)屬性進(jìn)行三維建模,以彎頭為坐標(biāo)原點,計算出膨脹彎的重心坐標(biāo)為G(6 450 mm,2 150 mm)。在設(shè)計路由上膨脹彎的重心位于飛機(jī)甲板下方,距飛機(jī)甲板邊緣為1 864 mm。浮吊船吊裝膨脹彎時吊點位于膨脹彎重心的正上方,規(guī)范要求吊裝膨脹彎時鋼絲繩水平角度不大于60°,根據(jù)水深及吊裝要求選取吊高為30 m[4-5]。在膨脹彎的末端增加配重,使膨脹彎的重心從G點移動到G1點,位于飛機(jī)甲板外側(cè),且與飛機(jī)甲板邊緣最小距離不小于1.5 m,如圖2所示。

        圖2 膨脹彎重心相對飛機(jī)甲板位置

        在膨脹彎上增加8 m H200×200×8×12型鋼和1 500 kg的配重塊,與膨脹彎之間用盲法蘭進(jìn)行間接。增加配重塊之后的整體重心G1坐標(biāo)為(11 926 mm,1 586 mm),總體重心在飛機(jī)甲板外側(cè),與飛機(jī)甲板水平距離為1 629 mm,滿足吊裝條件,如圖3所示。膨脹彎與配重吊裝下水后,由潛水員完成立管測法蘭對接,將配重拆卸后吊裝出水。

        圖3 膨脹彎配重示意

        2.2 吊裝計算

        膨脹彎增加配重后采用4根鋼絲繩總體吊裝,其中膨脹彎上裝配3根鋼絲繩,配重塊上裝配1根鋼絲繩,吊點位置坐標(biāo)為(11 926 mm,1 586 mm,30 000 mm)。

        膨脹彎鋼絲繩裝配位置如圖4所示。

        圖4 整體吊裝鋼絲繩裝配位置俯視

        使用SCAS軟件對膨脹彎整體吊裝計算,4根鋼絲繩的拉力及長度如表2所示。

        表2 荷載效應(yīng)因子和荷載組合

        吊裝膨脹彎時對膨脹彎整體強(qiáng)度進(jìn)行屈曲校核。根據(jù)DNVGL-ST-F101《海底管道系統(tǒng)》規(guī)范把載荷分類為:功能載荷、環(huán)境載荷、偶然載荷和壓力荷載,按照最不利的荷載組合進(jìn)行計算,不同極限狀態(tài)下的荷載效應(yīng)因子和荷載組合如表3所示[6-7]。

        表3 荷載效應(yīng)因子和荷載組合

        荷載組合計算結(jié)果如表4所示。

        從表4可以看出膨脹彎及配重部分的UC值都小于1,膨脹彎的強(qiáng)度滿足計算要求。

        表4 荷載組合計算結(jié)果

        3 導(dǎo)向安裝

        D12 in輸氣管道第一節(jié)膨脹彎的重心位于平臺火炬臂的邊緣,距火炬臂的垂直距離為0.187 m,吊裝膨脹彎時浮吊船的吊鉤距離平臺太近,無法直接吊裝到位,如圖5所示。采用水下導(dǎo)向調(diào)整的方法進(jìn)行安裝。根據(jù)膨脹彎的尺寸和材質(zhì)屬性進(jìn)行三維建模,以彎頭為坐標(biāo)原點,計算出膨脹彎的重心坐標(biāo)為G(4 517 mm,1 927 mm),如圖6所示。

        圖5 膨脹彎重心與平臺火炬臂的相對位置

        圖6 輸氣管道第一節(jié)膨脹彎配重重心

        3.1 水下導(dǎo)向布置

        布置水下導(dǎo)向時,用于調(diào)整膨脹彎位置的導(dǎo)向繩不宜過長或過短。水下導(dǎo)向的作用是膨脹彎入水后調(diào)整平移和旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)向繩過長時有可能與水下結(jié)構(gòu)物纏繞,水下能見度較低,不便于潛水員水下調(diào)整;導(dǎo)向繩過短時導(dǎo)向繩與膨脹彎的夾角過小,調(diào)整膨脹彎水下位置時的水平力過大。水下導(dǎo)向布置如圖7所示。

        圖7 水下導(dǎo)向布置

        在導(dǎo)管架底部中間節(jié)點上用扁平吊帶和3 t手扳葫蘆布置導(dǎo)向1,在導(dǎo)管架B2樁腿根部布置導(dǎo)向2,用于調(diào)整膨脹彎近平臺端的位置;在膨脹彎遠(yuǎn)平臺端設(shè)計路由的左右兩側(cè)海底各放置1個10 t配重塊,連接扁平吊帶和手扳葫蘆用于調(diào)整膨脹彎遠(yuǎn)平臺端的位置。導(dǎo)向1的可調(diào)長度為5~8 m,導(dǎo)向2~4的可調(diào)長度為3~6 m。

        3.2 膨脹彎對接

        為了便于調(diào)整膨脹彎的位置,吊裝下水前在膨脹彎上綁扎3個浮力為9.8 kN的浮袋,浮袋的浮力可以根據(jù)充氣量進(jìn)行調(diào)整,浮袋位置如圖8所示。

        圖8 浮袋固定位置

        吊裝下水對浮袋進(jìn)行充氣使膨脹彎處于懸浮狀態(tài),便于調(diào)整膨脹彎的水下位置。膨脹彎兩端各綁扎一個USBL信標(biāo),通過水上終端顯示其水下位置[8-9]。

        膨脹彎吊裝下水后,通過USBL顯示的膨脹彎水下位置,將膨脹彎擺放在膨脹彎設(shè)計路由附近,保證吊裝膨脹彎的鋼絲繩與平臺火炬臂的距離大于1.5 m,將膨脹彎放置在海床上。潛水員將4個導(dǎo)向連接在膨脹彎上,對膨脹彎上的浮袋進(jìn)行充氣,使膨脹彎上浮至懸浮狀態(tài)。充氣的過程中浮吊船的吊機(jī)吊力逐漸減小,吊力趨近為0時停止充氣,潛水員檢查膨脹彎的狀態(tài),膨脹彎處于一個水平面后摘掉吊機(jī)的吊扣,通過調(diào)整水下導(dǎo)向長度使膨脹彎移動至設(shè)計路由位置,膨脹彎吊裝入水位置如圖9所示。

        圖9 膨脹彎吊裝入水位置

        將導(dǎo)向3放長1.5 m、導(dǎo)向4放長0.5 m,收緊導(dǎo)向2使膨脹彎整體向斜下方移動,調(diào)整導(dǎo)向1使膨脹彎移動到設(shè)計位置,如圖10所示。安裝螺栓后將浮袋、導(dǎo)向拆卸,擰緊螺栓完成法蘭對接,將水下的導(dǎo)向、浮袋及配重塊回收。

        圖10 膨脹彎調(diào)整到位

        4 兩種方法對比

        調(diào)整重心法和導(dǎo)向調(diào)節(jié)法均能夠在限制空間安裝膨脹彎,但兩種方法區(qū)別如下:

        (1)調(diào)整重心法通過增加配重,可較大程度上調(diào)整膨脹彎的整體重心,但需要進(jìn)行強(qiáng)度校核計算,對于較大尺寸的膨脹彎增加配重后不便于吊裝。

        (2)導(dǎo)向調(diào)節(jié)法適用于所有限制空間位置的膨脹彎安裝,但是調(diào)整位置較遠(yuǎn)時,調(diào)整時間過長導(dǎo)致施工成本增加。

        (3)可以根據(jù)膨脹彎重心與平臺結(jié)構(gòu)物的相對位置選擇不同的安裝方法,膨脹彎重心與平臺結(jié)構(gòu)物重疊較多并且能通過強(qiáng)度校核計算時,優(yōu)先選用調(diào)整重心法;膨脹彎重心與平臺結(jié)構(gòu)物重疊較少時,優(yōu)先選用導(dǎo)向調(diào)節(jié)法。

        5 結(jié)束語

        以渤海某油田工程項目為例,介紹兩種在限制空間安裝膨脹彎的方法并得到成功應(yīng)用,其中膨脹彎重心與平臺結(jié)構(gòu)物重疊較多時采用調(diào)整重心法,通過增加配重調(diào)整重心外移,可利用浮吊船直接吊裝到位進(jìn)行膨脹彎法蘭對接工作;膨脹彎重心與平臺結(jié)構(gòu)物重疊較少時,在水下布置導(dǎo)向,先將膨脹彎吊裝下水后通過水下導(dǎo)向調(diào)整膨脹彎位置,完成膨脹彎法蘭對接工作。

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