海上石油平臺管卡安裝同心度測量方法研究

鐘建軍（交通運(yùn)輸部上海打撈局，上海200090）

海上石油平臺管卡安裝同心度測量方法研究

鐘建軍（交通運(yùn)輸部上海打撈局，上海200090）

海上石油平臺在生產(chǎn)使用中需要安裝各類立管，用以連接水上水下生產(chǎn)設(shè)施，主要包括油管、氣管、注水管線、電纜護(hù)管等，這些立管一般在平臺建造時就與平臺主體同時裝配，同時安裝入水，但是在擴(kuò)大生產(chǎn)需要新開井口，或者原有立管損壞需要更換時，就需要安裝新的立管。這時一般需要首先在水上水下安裝固定立管的管卡，然后再安裝立管。管卡的安裝大多需要水下潛水作業(yè)完成，為了保證立管可以順利的安裝到管卡中，如何保證管卡安裝的同心度，就成了管卡安裝的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，本文即討論海上石油平臺管卡安裝同心度測量的幾種方法。

石油平臺；管卡；同心度

目前安裝護(hù)管與管卡的方式主要有兩種：①護(hù)管與立管先在駁船或陸地上裝配好，然后使用吊機(jī)一次性或者分節(jié)安裝到位，這種方法不需要考慮同心度的問題，但水下安裝工作的難度較大，增加了工程成本和不可控因素，這種安裝方法不在我們今天討論的范圍之內(nèi)。②先安裝管卡，然后再安裝護(hù)管，水下潛水工作較為簡單，成本較低，因此也是目前最常用的安裝方法。

水下安裝管卡并不是在所有情況下都需要測量同心度，比如在東方某平臺的管卡安裝工程，管卡是雙臂結(jié)構(gòu)安裝在導(dǎo)管架兌成位置，這種情況下，只要管卡制作尺寸精確，管卡可以安裝到位，那么同心度一定可以得到保證。

圖1 東方某平臺管卡安裝位置示意圖

一般情況下，水下安裝完管卡后需要對同心度進(jìn)行復(fù)測，如文昌15-1A平臺管卡安裝工程，該工程需要在文昌15-1A平臺導(dǎo)管架的6個水平層上安裝隔水套管支撐結(jié)構(gòu) （帶1個井槽的管卡結(jié)構(gòu)），支撐結(jié)構(gòu)的標(biāo)高分別為：EL（+）7000、EL（-）12000、EL（-）34000、EL（-）58000、EL（-）83000、EL（-）110000，水上部分采用焊接方式安裝，水下部分需進(jìn)行潛水作業(yè)（管卡的螺栓連接）。該工程有5個水下管卡且深度較大，EL（-）34000、EL（-）58000、EL（-）83000、EL（-）110000的管卡都是安裝在導(dǎo)管架的單根支撐結(jié)構(gòu)上，雖然經(jīng)過安裝定位，但安裝精度仍然得不到保證，如果管卡的同心度出現(xiàn)問題，那么就會面臨隔水套管無法安裝，管卡不得不從新安裝的困境。

圖2 文昌15-1A平臺EL（-）58000管卡

為了復(fù)測管卡的同心度，我們考慮了以下幾種方法用以檢測同心度，并最終選定了一種性價比最高的方式完成了復(fù)測通過，取得了較好的效果。

1 中心線引繩校準(zhǔn)法

這種方法需要在最深處的管卡安裝一個撐架，使得撐架的中心基本上與管卡的中心重合，在全部管卡安裝完成后，從水面上用一個重錘帶著一根引繩穿過全部管卡下放到最深處，潛水員下水到最大深度，將引繩固定在撐架中心，水面帶緊繩子，做一個與隔水套管直徑相同的圓盤（如圖3所示），用一根繩子吊住，圓盤的下面固定一個水下攝像頭，攝像頭的位置基本在圓盤的中間位置，攝像頭的電纜與繩子綁固在一起。預(yù)先布置好的連接最底部撐架的引繩穿過圓盤的中心收緊，將圓盤沿引繩緩慢下放，開啟攝像頭，可以看到圓盤依次通過水下管卡的情況，根據(jù)圓盤與管卡的相對位置來判斷管卡安裝的同心度是否滿足要求。全程錄像后將圓盤回收至甲板，潛水員再次下水拆除撐架和導(dǎo)向繩，完成同心度復(fù)核。

圖3 撐架和圓盤示意圖

此方法最大的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，直觀準(zhǔn)確，但是需要潛水員兩次潛水至110m深位置，此深度已經(jīng)接近氦氧潛水的極限深度，增加兩次此深度下的潛水作業(yè)意味著給工程增加兩次巨大的風(fēng)險，而且在管卡安裝前也沒有預(yù)先安裝撐架，水下安裝的話又增加了作業(yè)時間，因此項目組權(quán)衡利弊下放棄了此方法。

2 懸壁直線法

準(zhǔn)備一個鐵鉤，連接一段足夠長的繩子，待全部管卡安裝完成后在鐵鉤下連一個重錘，從管卡中間下放入水，依次通過全部管卡，當(dāng)鐵鉤通過最下面的管卡之后，停止下放，晃動繩子，使鐵鉤勾住管卡的下沿，收緊繩子，使繩子緊貼水面上管卡側(cè)壁。

然后用一個重錘帶著水下攝像頭穿過管卡，逐漸下放，通過攝像頭觀察繩子與管卡內(nèi)壁的相對位置，全程錄像后，回收攝像頭。然后放松鐵鉤的繩子，使鐵鉤脫離管卡內(nèi)壁，回收繩子與鐵鉤，完成同心度復(fù)測。

這種方法操作最為簡單，但是也存在很大的局限性，只有在全部管卡都在一條直線上，或者只有一個管卡偏移情況下才比較可靠，如果管卡是彼此錯開的，那么這種方法只能檢測出同心度確實(shí)存在問題，卻不能確定應(yīng)該如何調(diào)整管卡以使同心度滿足設(shè)計要求。

3 激光校準(zhǔn)法

在陸地大型設(shè)備安裝中，激光校準(zhǔn)同心度是一種較為常用的方法。激光測量儀的兩個測量工具通過磁性坐或鏈條安裝在需要測量的軸上，每個測量單元個發(fā)出一束激光指向?qū)Ψ?，顯示單元顯示動態(tài)的對中數(shù)據(jù)。

圖4 常用激光對中儀

根據(jù)激光測量儀的工作原理，如果需要應(yīng)用在此次工程的同心度測量中，最便捷的方法就是在最上面的管錢上各設(shè)置兩個設(shè)備固定點(diǎn)，分別固定兩個激光發(fā)射設(shè)備，兩個設(shè)備之間的距離等于隔水套管的直徑，向水下垂直發(fā)射兩束激光，然后下放水下攝像頭，觀察兩束激光是否都可以從管卡內(nèi)部通過，如果可以則說明管卡的同心度符合設(shè)計要求。

激光測量儀法雖然方便、快捷、準(zhǔn)確，但是也有很大的缺陷：如果將激光發(fā)射器設(shè)置在水面以上，則激光入水時難免發(fā)生折射造成測量結(jié)果偏差；如果將發(fā)射器設(shè)置在水下的第一個管卡上，有需要解決它的水密性問題，而且即使水密性的問題得到解決，海水自身所含有的鹽分以及不同海水層的水流都有可能造成測量結(jié)果的偏差。因為以上原因文昌15-1A工程中并沒有使用這種方法，但是在經(jīng)過有效的試驗驗證之后，激光測量儀在水下同心度測量中的應(yīng)用在以后的施工中還是可以預(yù)期的。

4 懸錘法

制作一個重錘，中間有一個與隔水套管直徑相同的圓盤，在重錘的下面綁固一個水下攝像頭，攝像頭的電纜與下放重錘的繩子綁固在一起，使繩子沿水面上管卡的中心點(diǎn)下放，通過攝像頭觀察重錘上圓盤與水下管卡的相對位置判斷管卡安裝的同心度是否滿足要求，全程錄像后完成復(fù)測，回收重錘攝像頭。

懸錘法的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，操作簡單，成本低廉，但是缺點(diǎn)也同樣突出，那就是受水流的影響非常大。文昌15-1A屬于熱帶海域，潮流較小，在小潮汛平潮時存在一定長度的時間窗口基本上沒有任何水流，這就為懸錘法的實(shí)施創(chuàng)造了客觀條件。

我方在陸地預(yù)制了一個用與檢測同心度的重錘 （如圖5所示）：高1m，外圍直徑30英寸，與隔水套管外徑相同，自重800kg，為了使重錘在水中盡可能小的受到水流的影響，重錘上綁固200kg的壓重，使重錘的質(zhì)量達(dá)到1T。

圖5 懸錘示意圖

按照設(shè)計圖紙在EL（+）7導(dǎo)管架上測量放樣，找出EL（+）7m管卡的中心點(diǎn)，繩子做一個交叉，確定中心點(diǎn)的位置，然后在此中心點(diǎn)處做一個剛性的支撐，固定此中心點(diǎn)在空間上的位置。在此中心點(diǎn)的位置做一個固定導(dǎo)向為下放重錘做準(zhǔn)備。完成準(zhǔn)備后，選擇小潮汛高平潮時下放重錘依次通過水下的管卡，全程錄像。在幾乎沒有水流的情況下，重錘上的圓盤順利通過全部管卡，證明了管卡的同心度復(fù)合設(shè)計要求，安裝工程順利通過業(yè)主驗收。

圖6 重錘通過管卡的截圖

5 結(jié)論

通過比較后我們發(fā)現(xiàn)懸臂直線法是最簡單、經(jīng)濟(jì)的辦法，但是侑與其無法克服的缺點(diǎn)，在實(shí)際施工中基本不會采用；重錘法同樣簡單，花費(fèi)也較小，但是對于水流要求很高，需要等待合適的時間窗口，只有在作業(yè)海域潮流很弱且工期不緊的情況下才可以選用，文昌15-1A工程中就用其取得了較好的工程效益；中心線引繩校準(zhǔn)法不受水流條件的影響，且測量準(zhǔn)確，但需要增加潛水工作量，在水深不大的情況下應(yīng)為首選方法；激光校準(zhǔn)法最為準(zhǔn)確，但在目前的海上施工中還沒有得到應(yīng)用，日后可以對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行水密性改造，經(jīng)過試驗驗證后，激光校準(zhǔn)法在水下同心度測量方面具備較好的應(yīng)用前景。

[1]彭忠衛(wèi)，金桐君.深水雙管系整體安裝技術(shù)探索.航海，2012.

[2]鐘 偉，馬仕賢.安裝工程中同軸度測量方法探討.安裝，2011.

[3]劉 秀.激光在水中的衰減特性研究.科學(xué)時代，2011.

TE952

A

2095-2066（2016）05-0176-02

2016-2-2

鐘建軍（1983-），男，工程師，碩士，主要從事打撈及海洋工程工作。