Chapter海洋管道的安装与施工

安装实例－拖拉法，用于登陆段
示意图
5.2.5 海洋管道施工步骤
组装托管架 管道的转运和准备 安装牵引头 海底管道铺设 海底管道与平台的连接 挖沟和掩埋
组装托管架
托 管 架 组 装
托 管 架 吊 装
托 管 架 入 水
管道的转运和准备
管道的转运和准备
bench slope machining
拖曳铺设
• 管道或立管束在岸上制造（垂直和平行）。 • 在车间里可以获得很好的焊接质量。 • 灵活的制造进度表与海上进度表没有冲突。 • 可使用非常廉价的拖船。 • 可使用各种各样的拖曳方法（水面、水面下、CDTM、底部
拖曳）。 • 可安装长度有限制。 • 需要三艘拖船用于安装（但是廉价）。 • 由于它非常大的重力所以在海床上非常稳定（不需挖沟）
第五章 海洋管道的安装与施工
5.1 立管的安装 5.2 海洋管道及立管的铺设方法 5.3 管道施工铺设中的典型受力分析
5.2 海洋管道及立管铺设方法
海底管道包括立管管道铺设方法主要有： 海底管道铺设方法包括： ① 拖曳法（浮拖法、近底拖法、底拖法）； ② 铺管船铺设法（S型铺管法、J型铺管法和卷筒 式铺管法） ③ 围堰法
5.水面下拖法： •此方法与浮拖法相似，只是为了避免波浪对管道的影响， 利用浮筒将管道悬浮在距海面一定深度下。相对于浮拖法， 此方法可使管道的运动和疲劳损伤都大大减小。
6.复合式拖法：
•复合式拖法是几种拖航方法的组合，根据离海岸距离及水 深的不同，综合采用多种拖管法，从而充分发挥各种拖管 法的优势。
• 张力减少很多，因此与S 型铺设 相比可以更好地控制。
• 对可处理的覆层类型有限制。
• 存在局限性，通常是由关系到装 载能力的容积引起。
• 需要岸上基地的支持。 • 典型铺设速度可高达1 千米/小
时，平均约600 米/小时。
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5.2.3 围堰法铺设管道及立管
围堰法铺设
通过围堰铺设管道时，不受波浪海流等环境荷载影响， 施工过程简便。
第二章-1
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1.浮拖法
•管道漂浮在水面，首部由首拖轮通过拖缆拖航，尾部用 尾拖船通过拖缆控制管道在水中的摇摆。这种方法适用 于海面平静、风浪较小的海域，拖航速度较快，但波浪 引起的管道疲劳损伤较大。
2.底拖法：
• 管道紧贴着海底，由拖船通过拖缆将管道拖航前进， 其需要的拖力最大，但疲劳损伤最小。
5.2.2 铺管船法铺设管道及立管
铺管船铺设法
最常用的海上安装方法之一，包括： S型铺设 J型铺设 卷筒式铺设
5.2.2 铺管船法铺设管道及立管
铺管船铺设法
铺设海底管道的最常用的方法是铺管船法。 目前有3种不同类型的铺管船，包括传统的箱型铺管船、 船型铺管船以及半潜式铺管船，按定位形式又可分为锚 泊定位和动力定位两种形式铺管船。 最常用的四种类型的铺管船：常规铺管船、半潜式铺 管船、动力定位式铺管船和卷筒式铺管船。
但围堰修建时施工难度较大，费用很高，工程量大， 工期长。
5.2.4 安装设备概述及安装实例 安装设备概述
5.2.4 安装设备概述及安装实例 安装实例－拖曳方法
某拖曳安装工程：2000 年在北海挪威海域实施的一个集束 立管系统工程。对于其它采用拖曳方法安装的管道和立管都 是完全适用的。
集束立管系统在工厂制 造和测试，使用了20 个扁 平封装排列装配，包括均 匀分布在全部立管长度上 的浮箱。
S 型铺设
屈曲传播
S 型铺设
• 管道在浮式装置上使用单或双接头进行装配。 • 需要一个可达100 米长的托管架； • 必须处理非常高的张力； • 有水深限制，因为： 更大水深＝更长的托管架＝稳定性丧失 更大水深＝更高的张力＝更大的风险 典型铺设速度约3.5 千米/天。
当水深增加，可采取J型铺设方式。
Area for welding preparation
牵引头的安装
pulling head installation
牵引头的安装
pulling head installation
牵引头的安装
pulling head installation
海底管道铺设
Initiation head
fit-up and alinement
5.1.2海上钢平台的立管安装
1.平台装有预装构件
5.1.2海上钢平台的立管安装
1.平台装有预装构件
（1）直接牵引法 正向牵引：从海洋平台把牵 引钢缆通过J形管将海底管道 硬拉过J形管。 反向牵引：从海底管道与立 管连接处进行
（2）铺管船辅助安装法
由潜水员将通过J形管的钢缆系在离平台10wk.baidu.com多米处的铺 管船拖管架的拖管头上，然后从平台上牵引，铺管船逐渐 放松管子，可将管道拉过J形管而成立管。
如图所示，装配好的 集束立管系统和一个连 接在立管底座上的大型 浮箱。
装配、测试和下水前检查完成后，集束立管系统就准备下 水了，下图为正在进行下水操作的全景。
集束立管系统的拖曳包括从制造地点到开阔水面的近岸水 面拖曳、从开阔水面到油田的海上CDTM 拖曳、油田海底之 上的拖曳。
当拖曳到安装停放区域后，集束立管降低速度，从拖船放 出钢丝来控制立管的下放速度，放置到海床。 一旦集束立管稳定在距海床2.5 米的状态时，所有的拖船开 始放出钢丝，将张力减到最小。
立管预制 起吊、翻身 悬挂 B 膨胀弯连接
水下测量 膨胀弯预制 起吊、下水 法兰组对、加力
主要设备：浮吊船、驳船、三用拖轮、膨胀弯角度测 量仪、空气潜水设备（浅水）、饱和潜水设备（深水）
浅海立管的安装-立管预制
浅海立管的安装悬挂立管
浅海立管的安装膨胀弯起吊下水
5.1.1内立管的安装
施工的关键问题: 1)管道牵引至预定位置定位; 2)内立管的垂直段与海底管道连接.
托管架stinger 垂弯区sagbend
S 型铺设
S型铺管法一般需要在船艉部增加一个很长的圆弧形托管 架，管道在重力和托管架的支撑作用下自然的弯曲成“S’’形 曲线。 S型铺管法是目前技术最成熟、应用最广泛的深水铺管法。 1998年建成的“Solitaire”号代表了最新一代的S型铺管船， 该船载重量达22 000 t，采用动力定位系统，已经完成了大 量海底管道铺设工程，保持着2 775 m 的海底管道铺设水深 最大纪录。
preheating
第一遍焊缝焊接（打底-氩弧焊）
stringer bead (argon welding)
接口焊缝焊接
welding
After welding examination
焊缝探伤
After welding examination
补口
field anti-corrosion coating
2.人工岛立管的现场安装
一般人工岛是堆砌或用回填土形成的，在建岛时预留装 立管的通道，这可按内立管的安装方法进行安装；
当岛心回填土已经固结时，可从岛上钻定向井缜密控制 钻头出土点使之与海底管道连接点相交，定向钻的钻井孔 将成为牵引立管上岛的通道。
为防止井孔坍塌堵塞，在井筒内的冲洗管出土后，就可 抽回钻杆，在冲洗管出土端接上扩孔器及要上岛的立管， 回拖冲洗管而将立管拖引至岛上。也可在钻内的井孔内先 下套管并固井，作为上岛立管的保护套管，现装立管可能 破坏岛体的完整性。
2.平台没有预装构件
外立管在水下连接的步骤： 首先用铺管船的高架吊吊起 立管并沿导管架垂直放至海底， 用立管卡把立管固定在导管架 上； 然后驳船锚泊定位，通过固 定在立管弯头处的定滑轮把管 道联到立管弯头处，再由潜水 员将立管与管道焊接起来。
2.平台没有预装构件
吊装过程分析： （1）强度分析： （2）吊点布置：
• 管道脱离角度非常接近于垂直， 所以张力较小。
• 主要用于深水。 • 不需船尾托管架。
• 所有操作都在垂直方向完成，稳 定性是一个难题。
• 典型铺设速度是1-1.5 千米/天。
J型铺设示意
Technip公司J型和 卷筒(Reeling)铺设船
卷筒铺设
卷筒式铺管在陆地将管道接长，卷 在专用滚筒上，然后送到海上进行铺 设。
5.1.3浅海登陆上岛立管的安装
1.浅海登陆上岛立管的安装 对大多数非岩基的平缓岸滩，多采用挖沟埋放办法用绞车牵 引管道，使其海底拖入管沟。
当岸滩为基岩或砾石时，可采用爆破法施工，之后用底拖法 将牵引管段牵引入沟，牵引定位，然后用压块、锚杆或用护 管堤等措施稳定立管。
5.1.3浅海登陆上岛立管的安装
5.2.1 拖曳法铺设管道及立管
拖曳法（牵引法铺设技术）
目前，拖管法又可分为以下几种方法： ① 浮拖法(surface tow)、 ② 水面下拖法(below surface tow)、 ③ 离底拖法(off-bottom tow)、 ④ 底拖法(bottom tow)、 ⑤ 控制深度拖法(CDTM) ⑥ 复合式拖法(combined tow)。
然后，集束立管准备进行海底之上的拖曳。集束立管从安 装停放区域被牵引到目标区，在那里浮箱被注水和回收。 牵引操作通过GFC 平台顶部的绞盘提供拉力和减少来自拖 船的反拉力。
ROV 用于监视J型管入口、立管底座和牵引拉头。必须保 证在通过ROV 监控的操作期间立管底座既不发生旋转也不 触礁。当立管底座进入目标盒子后牵引操作停止。立管系统 被观测。立管牵引到位后，临时悬挂夹具从GFC 平台顶部安 装到立管上，这样立管可以在密封壳体上静止。
3.离底拖法：
•利用浮筒和压载链将管道悬浮在距海床一定高度上，再由拖 轮拖航。这种方法适用于海底地形已知情况，需要的拖力很小， 疲劳损伤也较小。
4.控制深度拖法：
•管道被控制在水面以下一定深度悬浮着，由水面拖轮牵引。 拖航时水对压载链的拖曳力产生一种升力，减小了管道水 下重量。拖速越大，拖缆与垂直方向夹角也越大。这种方 法在国外应用最多，研究也最广泛。
5.2.1 拖曳法铺设管道及立管
拖曳法（牵引法铺设技术）
在近海浅水区铺设海底管道时，通常采用拖管法。 拖管法中的管道一般在陆上组装场地或在浅水避风水域 中的铺管船上组装成规定的长度，然后用起吊装置将管 道吊到发送轨道上，再绑上浮筒和拖管头，用拖船将管 道拖下水，按预定航线将管道就位、下沉，最后将各段 管道对接，完成管道铺设全过程。
卷筒式铺管效率高、费用低、可连 续铺设、作业风险小
卷筒法所用滚筒有水平放置和竖直 放置两种，为减小管道卷绕后的塑性 变形滚筒直径一般比较大。
受到铺管船尺寸和滚筒直径 的限制，卷筒式铺管法中的管 道直径较小。
卷筒铺设
• 管道在岸上的受控环境中焊接， 然后连续地缠绕在浮式装置上直 到全部完成或达到最大容量。
5.2.2 铺管船法铺设管道及立管
铺管船铺设法
普通船型式铺管船吃水深度相对较深，适合需要承载 较重设备或高起吊力时使用。
半潜式铺管船通常是非自航式，但也可采用动力定位 系统。半潜式铺管船船型巨大，作业线多设置在船的中 央，其最大的特点就是稳定性强，可以在比较恶劣的环 境中以及深海海域施工作业。
S型铺设 铺设施工时，管道呈S形状而得名
在铺管船安装完立管后，以此为铺管的始端，继续进行 铺管。立管直径不宜大于500mm.
2.平台没有预装构件
浅水立管的安装：
先将管道吊出海面， 与立管弯头对焊成一体， 呈L形。
焊形在驳船上进行， 用专门的管卡和定位对 中装置，以确保对口的 焊接质量。
对对焊接头加工完毕， 把连成一体的L形立管吊 起徐徐放入海底，并用 管子卡将立管固定在平 台腿柱或弦杆上。
J 型铺设
20世纪80年代以来为了适应铺管水深不断增加而发展起 来的一种铺管方法。 J型铺管法目前主要有2种：一种是钻井船J型铺管法；另 一种是带倾斜滑道的J型铺管法。 在铺设过程中，借助于调节托管架的倾角和管道承受的 张力来改善悬空管道的受力状态，达到安全作业目的。
J 型铺设 J 型铺设
• 焊接在浮式装置上进行，由于在 一个场所进行，速度慢。
海底管道工程
第1章 海底管道概述 第2章 管道工艺计算 第3章 管道稳定性分析 第4章 管道的强度设计 第5章 海底管道的施工 第6章 海底管道腐蚀与防护
第五章 海洋管道的安装与施工
5.1 立管的安装 5.2 海洋管道及立管的铺设方法 5.3 管道施工铺设中的典型受力分析
5.1 立管的安装
1）整体立管安装：只能在浅水区域运用目前很少采用 2）分体立管安装：广泛运用于各种水深 A 悬挂立管