[发明专利]深水S型海底管道的铺设工艺

说明书

技术领域

本发明涉及海底管道的铺设工艺，尤其涉及一种深水S型海底管道的铺设工艺。属于海洋工程技术领域。

背景技术

海底管道铺设作为深海油气田开发建设的一个重要组成部分，对海上油气田的开发、生产和产品外输等方面起着十分重要的作用。

在实际工程中，常用的海底管道铺设方法主要有：S型铺管法、J型铺管法、卷管式铺管法和拖管法等四大类。而S型铺管方法是目前海底管道最为常用的铺设方法。

如图1所示，在S型铺管方法中，海底管道在铺管船1甲板作业线上从焊接、检验都在一个水平面内，海底管道的移动是通过铺管船1的船尾经托管架2到达海床5，海底管道的线形看上去像一个被拉长的“S”。整条海底管道一般分为两个区域：一为上弯段3，即：从设在铺管船1甲板上的张紧器开始，沿着作业线经托管架2向下延伸至反弯点为止的一段区域(反弯点一般就是管道受到弯矩为零的拐点)。另一段为下弯段4，即：从反弯点到海床面5着地点的一段区域。海底管道在下弯段4的曲率通过沿生产线放置的张紧器产生的拉力来控制，海底管道在上弯段3的曲率和弯曲应力则一般依靠合适的滑道支撑和托管架2的曲率来控制。托管架2主要作用就是减小管道离开船尾后的弯曲应力，通过选取不同的托管架2长度以及其与水平方向的角度，可以有效改善管道受到的弯矩和轴向拉力。

目前，S型铺管法主要应用于浅水铺设(＜300m)，浅水铺设的特点是管道的弯曲程度小，所需张紧力较小，整条管道变形都在弹性范围之内。浅水S型铺管船托管架一般为1-2段，因此，管道在水中一般与水平方向的夹角不大，铺设的深度也不大。

随着海洋石油开发不断向深水领域的迈进，海底管道的铺设水深越来越深，对于深水海底管道铺设技术要求也越来越高。目前，采油平台的作业水深已达3000m，钻井深度超过万米，海底管道的铺设水深也达到了3000m左右。

当海底管道铺设水深增加时，将会遇到拱弯段要求更大的转角以及垂弯段要求避免压力带来的失稳等技术问题。为了克服现有S型铺管法存在的问题，一方面通过加长托管架的长度以满足拱弯段的转角要求，而垂弯段的失稳问题仍然存在，这将严重影响到在深水中铺设海底管道的速度、工作效率及海底管道铺设的安全性和可靠性；使铺设水深受到限制，只能在较浅的海底进行铺设。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有海底管道的铺设方法存在的上述缺点，而提供一种深水S型海底管道的铺设工艺，其利用铺管船的动力系统并配合安装在铺管船上的张紧器及起始锚对海底管道进行下放，可以在深水中进行海底管道的铺设，提高了海底管道的铺设速度及工作效率，增强了海底管道铺设的安全性和可靠性。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种深水S型海底管道的铺设工艺，其特征在于：铺设前，铺管船应配备动力定位系统、监测系统、张紧器、应答器及托管架，铺设时，采用以下铺设步骤：

第一步，铺管船就位后，调整托管架并进行海底管道倒运；

第二步，把铺管船定位在海上指定位置，布置起始锚；

第三步，进入深水S型海底管道正常铺设阶段，

(1)将海底管道输送至焊接站，进行管道的坡口、焊接作业，

(2)进行海底管道的探伤检查，并涂装防腐层和放置屈曲探测器；

(3)利用铺管船自身动力定位系统的动力定位移船，使海底管道通过张紧器，在张紧器的夹紧下，慢慢通过托管架，并在托管架的引导下形成上弯段；

(4)继续下放海底管道、动力定位移船及释放海底管道，直至将海底管道下放至海床；

在实施上述管道铺设的每个步骤中，始终都要进行总体监测。

所述正常铺设阶段中，通过布置起始锚及起始缆与管端封头连接，控制海底管道形态成S型，以便进行正常铺设。

所述总体监测包括：

(1)环境条件监测，即：风、浪、流的监测；

(2)船舶自由度运动监测；

(3)张紧器张力监测，始终保持海底管道最大拉力与张紧器最大张力在设定安全的裕度内；

(4)托管架尾端动力监测，始终保持海底管道与托管架尾端的设定距离，并保持海底管道对托管架尾端压力小于滚轮承载力；

(5)水下海底管道状态监测，通过水下观测设备，监控水下海底管道形态及海底管道海床的着泥点，一旦发生破坏立刻停止铺设，进入弃管程序。

所述第二步中，起始锚布置过程如下：

(1)施工前确认天气、海况在极限允许范围内；

(2)起始锚起吊准备及水下机器人准备；

(3)起始锚挂平吊扣，切割固定，起吊旋转至船尾；