海底柔性管道的安装及应用

海底柔性管道的安装及应用石磊;李文年【摘要】柔性管道与普通钢管相比,在抗腐蚀性和铺设速度等方面有许多优势，其在海洋石油行业的应用广泛.以实际生产项目为例，介绍了海底柔性管道作为油气混输管道时的安装方法和过程.海底柔性管道将逐步应用于深海油田开发领域，为今后海底柔性管道在深海的安装和应用提供参考.【期刊名称】《管道技术与设备》【年（卷），期】2014（000）001【总页数】3页（P26-28）【关键词】柔性管道;安装;应用;注水;通球【作者】石磊;李文年【作者单位】海洋石油工程股份有限公司，天津300451;中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518067【正文语种】中文【中图分类】TE80引言柔性管道在国际海洋石油工业中已得到广泛的应用，如用于连接平台、浮体、海底装置等的跨接管线和油气水输送管线。据统计，国际上FPSO（浮式生产存储装置）的海底立管采用柔性管的比例已占85%以上［1］。据OFFSHORE报道，截至2006年，国外已建成3600多套水下井口装置，石油公司已把目光投向3km深海［2］。在许多情况下，必须使用或优先考虑柔性管道［3］。目前，柔性管道在国内油气田开发中的应用也在逐渐增多，文中以某项目新建柔性管道的安装为例，介绍柔性管道在海底油水混输管道中的应用。1海底柔性管道的主要设计参数柔性管道主要由起密封作用的高分子材料与起加强作用的金属材料组成，加强结构可以采用粘结与非粘结两种形式［4］。粘结管的密封橡胶材料与加强金属材料通过粘结剂粘结在一起，而非粘结管的密封聚合物材料与加强金属材料之间无粘结剂，可以发生相对滑动［5］。在此项目中，新建柔性管道为非粘结形式，其主要设计基础数据为：设计压力6.26MPa，出厂测试压力10.5MPa，安装后水压试验压力7.07MPa，设计温度105°C,最大操作温度98°C,设计水深150m，管道内径298.5mm，管道外径446.8mm，长度为1070m.柔性管道的结构和工艺较为复杂［6］。柔性管道的选材及制造等工作由专业厂家完成。新建柔性管道主要性能参数为：滚筒直径10.2m,每卷柔性管道的长度535m（共2卷），每卷柔性管道的质量188.8t,空气中空管质量254.3kg/m，空气中注水后管道质量330.8kg/m，海底空管质量93.6kg/m，海底注水后质量170.0kg/m,存储时的最小弯曲半径3.22m,安装时的最小弯曲半径3.8m,弯曲刚度797.9kN・m2，最大工作载荷42.63t.两端柔性管道中间接头采用Grayloc法兰进行连接。2海底柔性管道的安装方法介绍海底管道的铺设方法主要有：拖拽式铺管法、卷盘式铺管法、J型铺管法和S型铺管法。柔性管道自身柔性好的特点适用于卷盘式铺管法。柔性管道在出厂前已经缠绕到厂家提供的专用滚筒上，滚筒的转动轴与铺管船的甲板保持水平，因此柔性管道铺设采用的是垂直式卷管铺设法。2.1船舶资源和安装工具2.1.1船舶资源的选择柔性管道铺设到海底后，需要在水下进行法兰连接工作，因此如果饱和潜水支持船(DSV，DiveSupportVessel)的吊机能力、甲板承载能力和甲板面积等能够满足要求，那么用于柔性管铺设将非常合适。该项目柔性管道的滚筒尺寸和整卷管的质量较大，在施工期间，没有找到完全合适的DSV.因此选择了采用MSV(MultifunctionalPurposeVessel)和DSV联合作业的方式。MSV主要负责柔性管道的运输和铺设，而DSV主要负责柔性管道在海底的通球、注水和法兰连接等相关工作。受MSV船甲板空间和强度限制，一次只能运输1卷柔性管道到施工现场。为了保证柔性管道在海底的稳定性，其铺设到海底之后，需要往柔性管道中注入加有防腐剂的海水。为确保后续的试压工作能顺利进行，须确保柔性管道中完全充满加有防腐剂的海水。为此，专门设计了适用于海底通球和注水的收球筒和发球筒，铺设时分别安装在柔性管道的两端。2.1.2安装设备和工具在MSV上主要配置如下设备和工具：滚筒驱动装置、滚筒驱动液压动力站、张紧器及其动力站和控制室、绞车及其动力站、入水桥、ROV(RemotelyOperatedVehicle)及其下放回收装置、绞车、动力站、控制室等。在DSV上主要配置如下设备和工具：饱和潜水设备、注水泵及其相关设备、ROV及其相关设备、配重块(DMA，DeadManAnchor)、液压扳手等。2.2柔性管道装船固定及铺设前的准备工作2.2.1柔性管道装船固定柔性管道的装船可以使用大型履带吊来完成，柔性管道和滚筒一起直接吊装至铺设船舶甲板上的滚筒驱动装置上。从码头运输至铺设地点时，可将滚筒利用铁链斜拉在甲板上，通过计算，滚筒两侧可分别使用6根铁链进行斜拉，此固定方式可以抵御船体有20°的摇摆。2.2.2铺设前的准备工作为了节省海上的施工时间，滚筒在驱动装置上就位后开展如下工作：拆除滚筒底部的2根撑杆，便于滚筒的旋转；切割滚筒上的固定钢板（用于防止滚筒运输时旋转）；驱动滚筒到合适位置，将柔性管道法兰端下放到甲板；打开张紧器；使用吊机将柔性管道法兰端穿过张紧器；关闭张紧器；固定柔性管道法兰端和滚筒。这样，柔性管道铺设前的装船及在码头的相关准备工作基本完毕。2.3柔性管道铺设的基本过程新建的柔性管道分为2卷，这2卷柔性管道的铺设方法基本相同，在此主要介绍第1卷柔性管道铺设的基本过程。2.3.1ANSI法兰端入水柔性管道端部入水前，需要在海底先设置一处受力点，用于防止柔性管道端部在铺设过程中移位。第1卷柔性管道的铺设可以使用导管架作为受力点，第2卷柔性管铺设时需要先向海底放置DMA作为受力点。柔性管道端部和受力点处的连接可以通过潜水员或ROV来完成。ANSI法兰端入水主要工作如下：铺管船到达施工现场后，先拆除固定滚筒用的铁链和固定柔性管道的绑带等；安装限弯器；拆除柔性管道运输和存储时的临时堵头;安装发球筒装置；在发球筒装置上安装钢缆；使用吊机将ANSI法兰端下放到入水桥；ROV入水；ANSI法兰端下放入水；利用ROV将发球筒装置上的钢缆连接到DMA.2.3.2柔性管道铺设柔性管道铺设时，过程较简单，主要是控制船舶的移动速度、张紧器和滚筒驱动装置的速度，同时采用船舶的动力定位（DP,DynamicPositioning）来保证柔性管道的实际铺设路径满足设计要求。柔性管道正常铺设时的情景如图1所示，图中喷射的消防水主要起润滑和冷却柔性管道的作用。图1柔性管道铺设2.3.3Grayloc法兰端下水Grayloc法兰端下水的过程与ANSI法兰端下水类似，主要区别是在Grayloc法兰处需要安装收球筒装置，此外需要利用绞车跟着柔性管道一起入水，直到Grayloc法兰和收球筒装置到达海底之后，再利用ROV将收球筒装置和绞车连接的钢缆剪断，然后回收绞车上的钢缆。最后，需要利用ROV将收球筒装置上的钢缆连接到DMA上（由于柔性管道是空管铺设，防止柔性管道在海流的影响下移位），通过上述工作，第1段柔性管道的铺设工作基本完成。在柔性管道的铺设过程中，需要特别注意滚筒驱动装置的速度、张紧器驱动速度、作用力大小的控制以及船的移动速度，从而保证柔性管道铺设路径和精度要求。2.4通球、测径和注水2.4.1通球和测径由于海底柔性管道铺设到海底之后处于空管状态。从柔性管道完成铺设到油田投产还有较长时间，为了保证柔性管道在海底的稳定性，防止海底的浪和流对柔性管道造成损伤（尤其是台风期间），需要对柔性管道注入含有防腐剂的海水。为了后续试压工作的顺利进行，需要保证柔性管道中注满水，同时为了验证柔性管道的铺设过程中没有对管子的内径和椭圆度等造成损伤，利用发球和收球装置对柔性管道进行通球，同时测径。图2为回收的测径板，从4个收球筒中回收的球和测径板均没有损伤，证明了柔性管道铺设过程没有问题。图2回收的测径板2.4.2注水注水工作其实是和测径工作同时进行的，利用注入的加有防腐剂的海水将球和测径板从发球筒中推出，经过柔性管道后到达收球筒中。注水管线从DSV直接下放到海底，连接到发球筒上，并从发球筒上引回1根管线回到DSV甲板，用于观测柔性管道中的压力变化。在收球筒上专门设置了小孔，便于潜水员确定球是否已经达到收球筒。2.4.3柔性管道接头处Grayloc法兰连接由于2卷柔性管道是分开铺设的，那么2段柔性管道中间接头处的Grayloc法兰的连接工作也要在海底进行，这增加了连接的难度。为了保证连接工作的顺利进行，设计了如图3所示的〃门形”框架来配合完成Grayloc法兰的连接工作。连接完毕后，可以通过Grayloc法兰上的小孔往法兰里面通入液压油或者气体，通过观察压力是否下降来判断Grayloc法兰连接的密封性能是否符合要求。图3Grayloc法兰连接2.5水压试验Grayloc法兰连接完毕后，需要将柔性管道与钢管进行连接。整条新建管道连接完毕后，需要进行海底的水压试验。按相关规格书要求，柔性管道安装完毕后，需要进行水压试验，水压试验压力为7.07MPa，需要保压24h且压降不超过4%。3结束语随着海洋油气勘探开发的发展，柔性管道将得到越来越广泛的应用。目前，国内能够满足柔性管道安装的船舶、滚筒驱动装置和张紧器等很少，柔性管道的安装技术也需要更多工程经验的积累，铺设方法的完善对柔性管道在深海油气开发中的应用非常关键。参考文献：张晓灵，梁国庆，赵敬考，等.JZ9-3油田海底柔性管道铺设方法研究.中国科技纵横，2012(9):111-113.中国科学技术协会.2007-2008海洋科学学科发展报告.北京：中国科学出版社，2008.闫嗣伶，