赵刚 孙玉雯 朱武 郑松贤 张刚宾

【摘要】本文主要针对海洋石油工程中后装立管的海上安装工艺做了详细分析，其中包括预制、浮吊船舶就位、焊接吊耳、甲板配扣、吊装、调整角度等具体工序，尤其是对后装立管的吊装过程及立管角度的调整进行了深入计算与研究，较为全面地阐述了后装立管的整个海上施工流程，对立管的海上后安装施工具有较强的指导性意见。

【关键词】后装立管；工艺流程；吊装分析；角度调整

1、背景描述

伴随着中国海洋石油渤海油田提出了建设海上大庆的奋斗目标，渤海的石油开發进入了高峰期。渤海油田的开采也将进入了综合化、大规模开发开采阶段。

为了节约成本，实现原有老平台价值利用的最大化，很多新建平台依托于原有老平台的油气处理和集输系统。新旧平台间通过海底管道和电缆连接，输送油、气、水、电等资源。海底管道和老平台之间需要通过安装在老平台导管架桩腿上的立管来连接，而立管的后安装通常需要动用浮吊船舶来配合施工。本文就以BZ28/34油田综合调整项目BZ34-2/4CEPA至KL3-2CEPA输油管线KL3-2CEPA平台侧B3桩腿处立管后期海上安装详细阐述利用浮吊船舶安装立管的施工方法及流程，重点是后装立管海上吊装过程及角度调整的计算分析方法。

2、立管陆地预制的程度

由于立管本身较长，一般地，整根运输的话成本较高，所以在陆地进行分节预制（一般来讲，尽可能地在陆地进行较多的预制工作以减少海上的预制工作量，留下两道口进行海上最后的焊接），待运输至施工现场且进行水下实际测量后再在浮吊甲板上进行最终预制，立管陆地预制工作量一般如下：

①立管底部焊径法兰、单层管短节、锚固件、双层管短节与弯头进行组对焊接，焊口打磨

②立管顶部双层管、锚固件与单层管短节进行焊接，焊口打磨

③悬挂法兰预制，磁粉检验

④焊接节点处进行检验（一般地，立管内层管节点处进行射线探伤检验，套管节点处包括半瓦节点处进行超声波探伤检验）

⑤焊接节点处进行防腐（一般地，飞溅区处缠绕氯丁橡胶板，非飞溅区处缠绕热缩带）

3、平台上立管登陆位置处布置吊点及倒链等

3.1立管吊装吊耳设计及计算

根据所吊装立管的重量，一般考虑2倍的动力放大系数来计算作用在此吊耳上的载荷，用以校核吊耳的强度是否满足规范要求，从而设计出合适吨位、适当型式的吊耳。

该项目所安装立管重量为11T，那么考虑2倍的动力放大系数来计算作用在此吊耳上的载荷为：

F1=11000×9.8×2N=215600N=215.6KN

方向：与吊耳主板在同一平面内垂直向上

同时考虑此吊耳受到面外力，取值为

F2=F1×5% KN =215.6KN×5% KN=10.78 KN

方向：垂直于吊耳主板所在平面向外

利用ANSYS有限元计算分析软件进行加载计算，吊耳的最大节点应力为207.652MPa，小于板材许用应力（0.66×355MPa =234.3MPa），因此吊耳的强度满足规范要求。

3.2现场搭设脚手架、焊接吊耳及布置倒链等工机具

4、潜水预调查及水下测量

4.1浮吊抛锚带缆就位

根据立管在平台安装的位置，选择合适的浮吊船舶就位方式，按照设计锚位图在施工现场进行抛锚带缆就位。

4.2潜水探摸

待浮吊船舶就位之后潜水员沿导管架桩腿下水探摸，清除立管卡子上附着的海生物及立管弯脖安装位置处其它障碍物（可以沿着立管设计弯脖处向外探摸10米左右，确保无明显障碍物），拧开所有立管卡子螺栓，打开所有立管卡子合页，必要时用铁丝等工具暂时固定，确保管卡在立管下放过程中始终处于敞开的状态，避免立管安装时碰撞管卡使其闭合；

检查立管卡子里面的胶皮垫（氯丁橡胶板）是否完好无损。

4.3确定立管安装高度

水下测量悬挂法兰处管卡环板上表面距泥面的垂直高度，从而确定悬挂法兰在立管上的实际位置（即立管的实际安装高度）。

以KL3-2 CEPA平台B3桩腿立管安装为例：

潜水员实际测量泥面距悬挂法兰处立管卡子环板上表面的垂直高度为20.4m

为了后续方便安装膨胀弯，须保证立管弯脖端法兰底面距泥面垂直高度为0.5m

那么就可以确定悬挂法兰在立管上的位置：

设计图纸立管长度+法兰半径+0.5m-20.4m即为悬挂法兰下表面距离立管顶部锚固件中心线的距离，在此焊接悬挂法兰。

5、立管海上甲板最终预制

立管海上最终预制工作量一般如下：

①剩余两处节点进行组对焊接，焊口打磨

②立管弯头处内口焊接完成后进行角度复测

③焊接临时吊耳，磁粉检验

④焊接悬挂法兰，磁粉检验，并在其表面粘贴氯丁橡胶板

⑤焊接阳极（阳极爪与套管表面焊接），阳极爪处磁粉检验

⑥立管焊接节点处进行检验（一般的，立管内层管节点处进行射线探伤检验，套管节点处包括半瓦节点处进行超声波探伤检验）

⑦立管焊接节点处进行防腐（一般的，飞溅区处缠绕氯丁橡胶板，非飞溅区处缠绕热缩带）

⑧整根立管进行防腐测漏，包胶修补，连接并紧固立管底部法兰盲板（安装盲法兰）

⑨悬挂法兰与水上卡子环板表面接触处氯丁橡胶板切割下料、粘贴

6、立管吊装分析计算

立管的吊装计算分析时，利用SACS软件可进行立管吊装模型的模拟，立管钢管结构自重包括立管套管、内管、隔热层和防腐层的重力之和，其中，内管、隔热层和防腐层的重量通过修正套管的密度实现，修正套管密度后由程序自动计算，立管底部法兰重量以集中力的方式进行加载。

6.1等效密度的计算

立管钢管结构自重包括立管套管、内管、隔热层和防腐层的重力之和，其中，内管、隔热层和防腐层的重量通过修正套管的密度实现，修正套管密度后由程序自动计算，该立管分三部分计算等效密度，计算结果详见表6-1。

6.2基本荷载

基本荷载由SACS软件程序自动计算，包含立管及端部法兰重量

6.3钢丝绳张力值

6.4杆件UC值

杆件最大UC值见见附表6-4

6.5变形量

杆件最大变形量见见附表6-5

7、根据吊装计算分析结果进行甲板配扣作业

7.1甲板配扣图绘制

对SACS软件计算结果中所有杆件的轴力及弯矩进行深入分析，不断优化立管上吊点的布置，结合计算结果中钢丝绳的张力值选择适当规格尺寸、适当型号的带有检验合格标志的吊带、倒链、卡环及钢丝绳等吊索具绘制吊装配扣图，并进行甲板配扣作业。

7.2立管顶部绑系吊带

在立管顶部焊接临时吊耳处，绑系吊带，以备下放立管及调整立管位置。

8、立管甲板吊装

8.1甲板试吊

立管起吊过程中调节倒链，确保立管处于水平平衡状态。

8.2甲板正式吊装

在吊装过程当中，保证立管水平且缓慢靠近平台安装位置处，直至立管顶部（锚固件以上）所焊接的吊耳处绑系的吊带连接至平台吊点处预先悬挂的倒链上，然后浮吊吊机不断下放立管直至该倒链完全承重立管重量，同时不断收紧吊点下方的倒链，直至立管完全进入立管卡子内，必要时潜水员下水利用手板葫芦等工机具配合使立管靠近并进入到立管卡子内；

潜水员下水闭合所有立管卡子及穿卡子螺栓，并水下配合卸扣，回收吊装索具。

9、立管角度调整

利用浮吊锚机或者在浮吊甲板布置卷扬机，潜水员下水将锚机或者卷扬机钢丝绳连接至立管弯脖处（用吊带绑系在锚固件处），启动绞车后转动立管使其与设计图纸上的安装角度吻合即可，具体操作方法如下。

可预先用记号笔在立管管体上打上标记线（备线），其次按照详细设计图纸上的立管弯脖朝向计算出卡子中心线与弯脖朝向之间的角度，而后用记号笔在水上立管卡子环板表面做一标记，转动立管后使其标记线（备线）与水上立管卡子环板表面标线重合即可。

10、结束语

目前立管的后安装一般都需要动用浮吊船舶来配合施工，属于常规做法，本篇论文即是对这种方法进行详细分析与总结，随着科学技术的发展及海上施工工艺的日臻成熟，利用平台吊机安装立管、立管海上分段安装、立管与膨胀弯进行整体安装等方法也會日益普及，从节约成本等角度考虑，这几种方法也将会在实践中得以检验与比较。

作者简介

赵刚，男，1988年生，大学本科，助理工程师，工作单位：海洋石油工程股份有限公司维修公司，主要从事海洋工程结构专业方面的工作。