海底管线膨胀弯安装关键技术分析

姜学录 李晓明 黄峰 宏常军 韩敬艳 海洋石油工程股份有限公司

近年来，随着海上油田开发的迅速发展，平台的增多，海底管道也越来越多，膨胀弯作为海底管道的重要组成部分，起着避免管道由于热胀冷缩作用而产生应力损坏的作用。

膨胀弯安装之前和安装过程中，需要完成一系列的关键工作，需要用到一系列辅助工具。由于膨胀弯安装往往是成套出现，一个项目中需要安装数个膨胀弯，而膨胀弯安装过程在项目中，往往处在海上施工的关键路径上，施工效率直接影响项目进度，因此，研究如何提高这些关键技术的效率，可以保证施工的顺利进行。

下面以渤海某油田安装膨胀弯施工项目为例，介绍膨胀弯安装前的设计准备和施工过程中的关键技术。

1.膨胀弯的参数

图1 膨胀弯横截面示意图

以本项目中其中一节膨胀弯为例进行介绍，该节膨胀弯横截面结构如图1所示。

膨胀弯设计参数如表1所示。

2.膨胀弯的安装设计

膨胀弯施工前，需要进行安装设计，主要工作是进行膨胀弯吊装分析。这里以一种基于SACS软件和DNV-OS-F101规范相结合的方法为例进行简要介绍。

膨胀弯吊装过程，首先，需要根据膨胀弯的设计参数，进行建模和加载，模型中包含了膨胀弯套管和钢丝绳，膨胀弯内管及隔热层和防腐层只模拟重量，采用等效密度的方法加载到套管上，模型中包括钢丝绳。并进行加载和施加约束，如法兰重量。将吊钩进行完全约束，为了避免计算分析中刚度矩阵的奇异性，弹簧单元被添加到模型上。

其次，通过试算和调整钢丝绳的位置，得到最适合的钢丝绳数量和吊点位置，并确定吊高和钢丝绳长度，便于施工前的索具配扣准备。该过程要保证钢丝绳与水平面角度要大于60°，满足规范要求。并提取出膨胀弯轴力和弯矩，供下一步规范校核使用。

表1 膨胀弯设计参数

表2 吊钩和钢丝绳计算结果汇总

图2 膨胀弯水下测量计算

该节膨胀弯的钢丝绳长度和受力结果如表2所示。

最后，采用DNV-OS-F101规范对其进行规范校核，分别根据荷载控制条件和位移控制条件进行屈曲校核。采用荷载控制条件下的屈曲校核更加保守。因此，本次选用荷载控制条件。校核结果UC值小于1.0，即为计算通过。

3.膨胀弯施工过程的关键技术

以渤海湾某油田膨胀弯吊装项目为例，介绍膨胀弯安装的施工关键技术。

3.1 膨胀弯的水下测量

在膨胀弯海上安装过程中，实际管线路由与设计路由可能存在误差，因此在最后一节膨胀弯预制前需要由潜水员进行水下测量，对于只有一节的膨胀弯，首先进行测量后才能预制，对于两节或三节的膨胀弯，则在最后一节膨胀弯安装前进行测量后预制，使用法兰测量仪进行膨胀弯数据水下测量。

根据水下测量数据进行最后一节膨胀弯预制，预制结束后再使用法兰测量仪测量预制膨胀弯，与水下测量结果进行复核。

膨胀弯的水下测量又分为一个弯头的测量和两个弯头的测量，根据测量结果由三角函数计算得出膨胀弯预制尺寸，测量原理如图2所示。

膨胀弯的水下测量，是施工过程中的关键一环，如果测量不准确，预制的最后一节膨胀弯安装不上，将导致返工。

3.2 膨胀弯的水下安装

预制完成后的膨胀弯吊装下水前，当膨胀弯与平管段对接时，如果平管端部入泥，还需使用充气浮袋或克令吊将平管法兰吊出泥面约50公分，方便膨胀弯对接。

膨胀弯水下安装过程需要潜水员调整膨胀弯对接处两法兰盘间隙，使两法兰处于平行状态，将垫圈夹紧；用液压扳手采用对角的方式对螺栓进行初步加力，至垫圈挤压足够紧，然后一个方向旋转加力，确保每个螺母都不再旋转，加力过程中测量法兰间隙值，避免出现偏口；最后采用液压拉伸器，对法兰螺栓进行液压拉伸；加力完成后，潜水员测量两法兰3、6、9、12点位置最终间隙并记录。

4.结语

本文以渤海湾某工程项目为例，介绍了膨胀弯安装前和安装过程中的关键技术。包括膨胀弯安装设计的方法，膨胀弯安装过程中，水下膨胀弯测量的方法和适用的工具，以及膨胀弯水下安装过程中的重点事项。为今后的类似工程项目的设计和施工，提供参考。