何星，于銀海，黃昆，盧娓娓(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

海底管道是海上油氣田開采的油氣等介質輸送的重要途徑，立管在海底管道輸送系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，立管的下部連接水平管道，上部與開采生產(chǎn)或處理設施連接，對于位于導管架平臺上的立管通常是通過立管卡子[1-4]與導管架結構固定在一起，在保持立管在位和介質輸送狀態(tài)下的穩(wěn)定性起著至關重要的作用。目前立管卡子已有較為成熟的結構形式，通常情況下根據(jù)立管規(guī)格對卡子尺寸進行調整即滿足設計使用需求。隨著油田生產(chǎn)年限的不斷增加，很多管道已經(jīng)達到運營期限，或者在運營期間因腐蝕和其他原因需要更換，以及為保障油田產(chǎn)量需要在運營平臺新鋪海底管道，因此后安裝立管和立管卡子海上安裝逐漸增多，根據(jù)平臺結構形式的不同和確保立管在導管架上合理布置，可能會導致通常的立管卡子設計形式無法滿足海上立管和卡子正常安裝需要。本文以渤海某油田海底管道更換項目為例，介紹了一種新型的立管卡子設計結構，使立管安裝后再進行部分立管卡子的安裝成為了可能。

1 概述

渤海某油田擬在兩個在役平臺之間新鋪設一條混輸海底管道，并在兩側平臺導管架外側新增加立管及立管卡子，其中新鋪設海底管道一段的平臺周邊海床地形較為復雜，且該平臺導管架部分主結構上存在長度較長的貫穿性裂紋，導致該平臺側新增加立管需要設計在導管架橫拉筋外側，由于油田所在水深接近30 m，新增立管需要通過4 個卡子固定，結合導管架結構形式以及立管在運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性要求，其中中間2 個平臺側卡子需要固定在導管架斜拉筋上，另外兩個固定在導管架主樁腿結構上。立管及立管卡子布置如圖1 所示。

圖1 某平臺新增立管及卡子布置示意圖

該項目新鋪設海管為雙層保溫管，立管外徑711.2 mm，飛濺區(qū)氯丁橡膠防腐涂層13 mm，其他區(qū)域防腐涂層厚度4.2 mm。

由于平臺側立管卡子位于導管架不同的結構上，導致環(huán)抱立管的卡子在環(huán)向成61°夾角，如圖2 所示，即中間的2#、3#卡子與水上1#卡子和最下方4#卡子在同軸心方向投影的開口朝向成61°夾角，從而導致了開口寬度僅643 mm，而考慮立管防腐層后的立管最小外徑為719.6 mm，無法按照通常先完成全部立管卡子安裝后再安裝立管的方法，進行立管安裝，因此擬對2#、3#立管卡子連接形式進行創(chuàng)新設計，確保在先安裝1#和4#立管卡子，然后立管安裝后，再安裝2#和3#立管卡子具備較好的可操作性。

圖2 立管卡子軸向投影示意圖

2 立管卡子創(chuàng)新設計方案

2.1 立管卡子結構類型研究

立管卡子通常有陸地預安裝、預留對接法蘭和海上安裝幾種形式，如圖3 所示。陸地預安裝即立管卡子在導管架建造階段焊接在導管結構上，隨著導管架一同完成海上安裝。預留對接法蘭的立管卡子，即將一片法蘭和連接軸在導管架建造階段焊接在導管架上，等后續(xù)海上立管安裝前，將立管側卡子與預留法蘭對接完成立管卡子安裝。海上后安裝即立管卡子整體結構進行海上后安裝，將卡子的一側抱卡環(huán)抱固定在導管架相應結構上。

圖3 立管卡子常見結構形式

2.2 立管卡子結構創(chuàng)新設計

本項目施工涉及導管架上未預留立管卡子安裝法蘭，因1#和4#卡子在立管安裝前進行安裝，因此水上1#立管卡子采用直接焊接在導管架樁腿上，4#立管卡子采用常規(guī)海上安裝形式。位于水下的2#、3#卡子如也采用與4#同類型的立管卡子，在立管已經(jīng)安裝的情況下，無法進行安裝，因此只能設計成分體結構形式。

設計方案一：采用與常規(guī)海上安裝立管卡子類似結構，在兩側卡子之間的連接軸處增加法蘭，如圖4 所示。立管側卡子和導管架側卡子可以分開安裝，然后在在中間處進行法蘭連接。該種設計方案對卡子的制作精度要求較高，容易造成中間對接法蘭螺孔錯位，或者法蘭間隙較大，影響安裝效率和效果。

圖4 常規(guī)卡子增加連接法蘭設計方案

設計方案二：為了便于水下安裝，降低水下安裝難度和工作量，卡子結構采用分體設計(圖5)，在兩側卡子連接軸處額外增加一對中間抱卡焊接在導管架側抱卡結構上，立管側卡子的連接軸進入中間抱卡后可軸向伸縮和旋轉，允許加工制作上有一定的誤差，能大大降低水下作業(yè)難度。

圖5 分體結構卡子設計方案

根據(jù)以上兩種設計方案特點，為了減少水下作業(yè)難度，降低施工工期和成本，2#、3#卡子選用了設計方案二的形式。

3 海上安裝

按照設計方案二完成立管卡子制作后，進行海上安裝。為確保立管側卡子一次安裝到位，避免來回調整導致立管表面防腐涂層受損，采取先安裝導管架側抱卡，然后再進行立管側抱卡的安裝。具體流程包括：(1)導管架斜拉筋處抱卡安裝位置海生物清理，清理范圍比抱卡長度擴大0.5～1 m，滿足安裝過程中調整需求；(2)對導管架側抱卡配吊扣，通過卷揚機和倒鏈，將抱卡下放至安裝位置附近，潛水員通過導向把導管架側抱卡扣在安裝位置，安裝螺栓進行初步固定；(3)對立管側卡子配吊扣，通過卷揚機和倒鏈將卡子下放至安裝位置附近，潛水調整卡子開口方向環(huán)抱在立管上，并使立管側卡子連接軸進入中間抱卡，作業(yè)過程中可對導管架側抱卡進行適當調整；(4)導管架側抱卡、中間抱卡和立管側卡子的螺栓依次擰緊。

按照以上方式實現(xiàn)了立管在位狀態(tài)下立管卡子的分塊安裝，并將2#、3#立管卡子安裝推遲到管道投產(chǎn)后進行，節(jié)省了前期工作時間，保證管道的提前投產(chǎn)。

4 結語

立管卡子作為海上油氣田海底管道系統(tǒng)立管固定的普通結構形式，已具有較為成熟的設計形式，但海上油田開發(fā)建設過程中根據(jù)導管架結構形式和立管布置以及海上安裝的需要，也可能需要進行結構形式的優(yōu)化設計，本文創(chuàng)新設計的立管卡子較常規(guī)立管卡子不同點在于：采用分體設計，增加一對中間抱卡，實現(xiàn)立管在位下進行立管卡子安裝，并允許一側卡子調整軸線方向從而便于安裝。該創(chuàng)新設計可為以后類似立管及卡子安裝工程提供借鑒。