[发明专利]油气管段快速更换方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于一种油气管段快速更换方法与装置。

背景技术

海洋石油产业在我国占有重要地位和良好的发展前景，我国海洋石油勘探生产已有40多年历史，目前，许多海洋石油平台、油气处理终端的管网系统及其设施正逐步进入维修更换与技术改造的高峰期。以中海油南海西部石油公司为例，目前每年需要为钻井、采油平台和油气处理终端的油气管线改造更换的工作量大约10000米/年，直接年产值约2亿元，而且，今后几年管线维修改造工作量约以10％增长率持续增长。

海洋石油油气管线维修更换属于易燃易爆危险作业，安全操作与防爆措施十分重要，同时海洋石油平台中需要维修更换的油气管段分布在密集的管网中，其空间形状往往较复杂，每一段都是非标产品，这些为海洋平台油气管段的维修更换带来许多困难。传统油气管段更换方法是：方法一，首先在油气管线停止运行的状态下对需要更换管段周围的管网进行严格的油气隔离(采用水隔离法或气囊隔离法)，然后将需要更换的管段从管线中拆除，由于在管网现场严禁动火作业，必须将其运离管网现场，送到陆地维修基地对其进行精确复制，当经过测量后确认复制后的管段准确无误，再将复制好的管段运回到管线现场，通过简单的工具操作将其安装复原，在密封、耐压都满足管网工作要求的条件下，正式恢复油气管网的生产运行。方法二，如果石油平台远离维修基地，一定要在油气管网现场进行管段制作和更换的施工作业，为了确保油气管网安全，需要整个管网停止生产、安全隔开局部管道、做好防明火和防静电火花引起的爆炸措施，拆除损坏管段，对拆下的管段在管网现场边直接进行测量，然后下料、组对、拼管、焊接制成新管段、将新管段安装到管网中，经过密封和耐压试验后，恢复管网运行。

采用上述这两种换管工艺，都要以拆下来的管段为样本来复制替换管段，用简单的测量工具和焊接设备，采用边测量、边下料、边焊接的工艺方法来逐步完成对管段的复制。因此，传统油气管段更换技术的工作效率低下，需要停产作业，造成整个或局部管网较长时间停产(视被替换管段的复杂程度不同，一般停产5-10天)，以中海油南海西部公司为例，每年因更换管段使得管网被迫停产造成的经济损失达800万元以上；另外，由于复制管段的测量手段落后，复制后的管段精度较低，更换安装时往往造成替换管段很难与管线上原有连接法兰上的螺栓孔完全对正，需要在管线现场采用热校正方法才能对管段完成安装，由于在管网现场动火，对油气管线存在极大的明火引起爆炸安全隐患，为此，在管线维修期间必须采取严格的管线隔离措施和防爆防护措施，由此带来极大浪费和对周围环境的污染。

同样，在采用连续生产的各类石化产品流体管网的维修更换中，也存在类似问题需要解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气管段快速更换方法与装置，解决了：①实现被维修更换管段的在线(工作状况下)空间几何形状的快速、精确测量，获取管段的测量数据；②通过管段空间几何形状数据-图形转换专用软件(自主开发的专用软件)技术处理，将测量数据自动转化成被替换管段的三维、二维机械图(焊接施工图)；③通过焊接施工技术图和激光全站仪的现场检测与校正，完成预制管段的离线精确预制；④将预制好的管段运到管网现场，使用简单安装工具，便可快速、安全拆下旧管段，更换上预制好的新管段，完成管段的维修更换。

本发明在线激光精确测量管段、数据-图形转换、离线管段精确预制、现场快速更换管段，包括如下步骤：

①测量管段，获取管段几何数据，在管线工作现场选择需要更换的管段，用测量误差小于2mm/5m的激光全站仪、专用测量标的和被测管段三者之间建立起测量系统，测量管段时，在管段两端的法兰端面和管段弯曲处选择至少四个以上的关键测量点，在测量标的准确指引下，用激光全站仪对需更换管段的空间形态进行在线、快速、精确测量，以获取该管段的关键点的空间几何尺寸形态数据，尤其是管段两端法兰和其上螺栓孔的精确数据；

②管段几何数据图形转换，用自主开发的专用数据-图形处理软件，将上述测量获取的管段几何形态数据自动转换成三维或二维机械图，即焊接施工图，为离线精确预制管段提供技术图纸；

③进行预制管段的离线、精确制造，用管段法兰端面精确定位焊接装置、标的和全站仪精确引导，确保预制管段两端面法兰与更换管段法兰的空间几何尺寸和形态一致，尤其是法兰的空间位置、角度和螺栓孔误差在制造允许范围内，预制过程主要有以下几点：

1)备料，根据焊接施工图，选取符合尺寸、规格、材料等要求符合预制管段两端面的连接法兰，中间的弯头、直管段等管段的基本管件，然后将它们进行下料处理成具有一定长度、角度、工艺坡口等要求的管件，为后面的组管备好料；