海上石油平臺雙立管的整體設(shè)計和安裝

張 棟，唐 坤，孫道青，張剛賓

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

隨著我國海上油田二次開發(fā)的不斷推進，海上油田區(qū)域性改造不斷增多，例如通過新增一個平臺或?qū)Χ鄠€平臺進行改造來提升整個油田區(qū)域的產(chǎn)量。這些區(qū)域性的整體產(chǎn)能提升改造通常需要在原有平臺增加立管，甚至增加多個立管。多個立管的安裝較單根立管要復(fù)雜很多，存在安裝空間狹小、安裝風(fēng)險高等問題[1-2]。根據(jù)南堡35-2油田S-1井區(qū)開發(fā)項目的改造要求，需在一條樁腿上安裝兩根立管，本文提出的雙立管整體設(shè)計和安裝技術(shù)很好地解決了這些問題，它將兩根立管安裝在一根護管里，使其形成一個整體，既克服了安裝空間狹小問題，又節(jié)約了安裝成本，對海上大區(qū)域平臺改造項目中立管的設(shè)計和安裝具有一定的指導(dǎo)意義。

1 背景介紹

為了對南堡35-2油田進行區(qū)域性的產(chǎn)能升級，需要對多個平臺進行改造，需要在NB35-2 CEP平臺A1-3Z樁腿處安裝兩套立管，包括6/12 in（1 in=25.4 mm） 混輸管道和2 in化學(xué)藥劑管道。由于在一個樁腿上同時安裝兩根立管，且現(xiàn)場安裝空間有限，因此分體安裝施工難度大；另外，兩根立管安裝時相互影響，安裝風(fēng)險增加，而且其中的2 in立管直徑太小，不便于吊裝。經(jīng)過多方論證和討論，最終決定將兩根立管安裝在一個護管內(nèi)部，立管通過懸掛法蘭與護管相連，使兩根立管形成一個整體，便于現(xiàn)場安裝。立管及護管主要參數(shù)見表1。

表1 立管及護管主要參數(shù)

2 立管整體設(shè)計

2.1 立管護管結(jié)構(gòu)

立管、護管整體布置如圖1所示?？紤]到兩個立管的直徑分別為323 mm和60.3 mm，將立管的護管直徑確定為711 mm，壁厚為20.6 mm，立管通過3個管卡與樁腿連接，兩個立管直接通過幾個子母管卡固定連接[3-5]。護管下端距離海底泥面5 m左右，上端距離海平面8 m左右（具體設(shè)計還要根據(jù)安裝平臺情況調(diào)整）。

圖1 立管、護管整體布置

2.2 懸掛法蘭結(jié)構(gòu)

立管上部為懸掛法蘭結(jié)構(gòu)，見圖2。

圖2 懸掛法蘭結(jié)構(gòu)

懸掛法蘭分為兩部分，一部分與立管焊接，一部分與護管焊接，兩部分之間通過橡膠膠皮接觸連接，膠皮厚度為13 mm。由于立管的整體重量幾乎都是由懸掛法蘭來承擔(dān)，所以懸掛法蘭的設(shè)計要通過力學(xué)分析軟件進行強度校核。

2.3 子母管卡結(jié)構(gòu)

兩個立管之間通過子母管卡固定。子母管卡分為兩種：一種是安裝在護管內(nèi)部（見圖3），考慮到護管內(nèi)部空間的限制，將卡子做成三部分，通過三套螺栓進行拼接；另一種是安裝在護管外部的卡子（其結(jié)構(gòu)見圖4），卡子沿著兩個立柱中心線分成對稱的兩個部分，通過兩套螺栓進行拼接，較護管內(nèi)部卡子結(jié)構(gòu)簡單，該類型卡子安裝在立管豎直段和水平段。通過子母管卡子使兩個立管成為一個整體，增強了兩個立管的強度，有利于延長立管的使用壽命和后期吊裝安裝[5-6]。

圖3 子母管卡 （護管內(nèi)安裝）

圖4 子母管卡（護管外安裝）

2.4 護管的限位裝置

在護管上端，限位裝置通過懸掛法蘭來限制立管的軸向和徑向位移。在護管的下端將兩個呈扇形的鋼板焊接在大直徑的立管上（扇形鋼板的外徑小于護管的內(nèi)徑，兩者之間的間隙為5 mm），從而限制立管徑向位移。該限位裝置可以限制立管在護管內(nèi)部隨海浪等發(fā)生晃動，以避免造成破壞，具有非常重要的作用[6-7]，具體結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 護管內(nèi)部限位裝置

3 海上安裝

雙立管海上吊裝之前，需要在護管上、下兩端安裝臨時裝置，限制立管沿軸向移動，確保吊裝的安全。通過采用計算軟件OUTPIPE對雙立管結(jié)構(gòu)進行吊裝分析，載荷計算需要考慮立管、護管及子母管卡的重量以及20%的附屬結(jié)構(gòu)物的重量。確定吊裝繩索的長度及固定位置，需要保證吊裝過程中立管的彎管與長管段處在一個水平面內(nèi)。具體吊裝布置如圖6所示。

4 結(jié)論

本文對雙立管提出了創(chuàng)新性的設(shè)計和安裝，通過采用護管及子母管卡將兩個立管設(shè)計成為一個整體。通過護管設(shè)計加強了對立管的保護，提高了安全性；通過子母管卡設(shè)計增強了立管的整體強度及抵御海浪作用的能力。同時，一次吊裝完成兩根立管的安裝，提高了項目安裝的效率，節(jié)省了安裝船舶工期和費用。該技術(shù)對今后雙立管的設(shè)計和安裝具有一定的指導(dǎo)意義。

圖6 雙立管整體吊裝布置