一種錨固盤式裸鋪海底管道整體屈曲控制方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于裸鋪管道整體屈曲控制領(lǐng)域，用于管道發(fā)生整體屈曲時進行側(cè)向位移控制。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋工程技術(shù)的發(fā)展和海洋油氣資源的開發(fā)，特別是深水油田和邊際油田的開采，海底管道的工作壓力不斷提高，其設(shè)計溫度普遍達到100°c以上，甚至150°C，出現(xiàn)了越來越多在高溫、高壓環(huán)境下工作的海底管道。在熱荷載和壓力荷載的聯(lián)合作用下，管道將發(fā)生軸向變形，在周圍土體的限制下，管道將承受較大的軸向應(yīng)力。當軸向應(yīng)力達到一定值時，管道將發(fā)生整體屈曲，包括軸向整體移動、垂向屈曲和側(cè)向屈曲。一般來說，埋設(shè)管道受周圍土體限制會發(fā)生垂向屈曲，向上隆起；而對于裸鋪在海床上的管道，發(fā)生側(cè)向屈曲的可能性較大。對已有海底管道的調(diào)查表明，管道屈曲變形的危害不容忽視。海底管道在高溫高壓作用下的整體屈曲變形控制問題成為管道設(shè)計的關(guān)鍵性問題。
[0003]對于高溫、高壓海底管道整體屈曲的設(shè)計通常存在兩種設(shè)計目標:第一種是完全限制管道發(fā)生整體屈曲；第二種是允許管道發(fā)生整體屈曲，但是管道發(fā)生屈曲的位置以及后屈曲的彎矩及應(yīng)力控制在允許的范圍內(nèi)，即管道在控制下屈曲。對于第一種設(shè)計目標，通常采用挖溝埋設(shè)或堆石的方法來限制管道發(fā)生整體屈曲，但是對于埋地管道，管道的埋深是設(shè)計的控制因素，只有在埋設(shè)深度滿足要求的情況下才能限制管道發(fā)生隆起屈曲，并且管道的軸向應(yīng)力得不到有效釋放。通過挖溝埋設(shè)或堆石以限制管道發(fā)生整體屈曲的方法在淺海施工中常采用。在深海中，挖溝埋設(shè)和堆石操作難度大，成本高。因此，對于深海裸鋪管道來說，允許管道發(fā)生整體屈曲的設(shè)計方法是深水油田開發(fā)中控制管道整體屈曲設(shè)計的唯一可行方法。
[0004]對于允許管道在控制下發(fā)生整體屈曲的設(shè)計目標，管道能否在預設(shè)位置發(fā)生整體屈曲非常重要。目前通常采用的方法有:蛇形鋪管法、枕木擾動法和分布浮力法。現(xiàn)存的激發(fā)海底管道發(fā)生整體屈曲的方法都只能通過增大初始缺陷或減小側(cè)向阻力來激發(fā)海底管道發(fā)生整體屈曲，將整體屈曲轉(zhuǎn)化為多段小屈曲從而保護管道不破壞。但是，當管道發(fā)生整體屈曲后，并不能控制海底管道整體屈曲的幅值。如果海底管道發(fā)生嚴重的側(cè)向屈曲，即使在采用了上述三種方法之后側(cè)向位移仍然過大。將導致管道中應(yīng)力過大，從而導致海底管道發(fā)生局部屈曲或者管道破裂等問題，這將引起管道泄漏或者使管道無法正常工作。此夕卜，上述三種方法僅適用于遠距離輸送管道，但對于油田內(nèi)部的集輸管道，由于其距離相對較短，上述三種方法將不再適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，本發(fā)明提出一種錨固盤式裸鋪海底管道整體屈曲控制方法，本發(fā)明提供的控制裸鋪海底管道發(fā)生較大位移的方案可以有效控制裸鋪海底管道的側(cè)向位移。該方法中的裝置在管道的側(cè)向移動距離達到設(shè)計的極限安全距離時，增大管道受到的側(cè)向土壤抗力，從而控制管道的側(cè)向位移進一步增大，有效解決深海裸鋪管道整體屈曲過程中側(cè)向位移過大的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種錨固盤式裸鋪海底管道整體屈曲控制方法，所采用的裝置包括用于承壓管道
(5)的錨固盤(I)、滑動軸承(2)、系泊纜(3)和自解鎖掛鉤(4)幾個部分，其中，
[0007]錨固盤⑴包括開設(shè)有孔洞的圓盤(6)、連接環(huán)(7)和數(shù)個底部開口的圓筒⑶，每個圓筒(8)固定連接在某個孔洞處的下方，各個圓筒(8)均勻排布，呈中心對稱設(shè)計；在圓盤(6)的中心固定有用于連接系泊纜(3)的中間連接件(7)，在其兩側(cè)還固定有用于連接自解鎖掛鉤(4)的另外兩個掛鉤連接件(7);
[0008]滑動軸承⑵包括軸承內(nèi)圈(9)、帶有凹槽(10)的軸承外圈(11)和保護層結(jié)構(gòu)(12)，軸承內(nèi)圈(9)的內(nèi)徑與管道(5)的外徑相配合，軸承內(nèi)圈(9)并固定在管道(5)上；軸承外圈(11)可以繞著軸承內(nèi)圈(9)轉(zhuǎn)動，軸承外圈(11)的外表面帶有凹槽(10)，用于纏繞系泊纜(3);保護層結(jié)構(gòu)(12)固定于軸承外圈(9)，將整個滑動軸承(2)包圍起來，在保護層結(jié)構(gòu)(12)的底部開有用于系泊纜(3)穿過的小孔；保護層結(jié)構(gòu)(12)上帶有兩個掛鉤孔(13);
[0009]自解鎖掛鉤(4)包括兩個掛鉤，掛鉤的一端開有銷軸孔，另外一端為鉤狀，采用銷軸將開有銷軸孔的一端與錨固盤(I)上的掛鉤連接件(7)連接起來；其鉤狀的一端鉤掛在保護層結(jié)構(gòu)(12)的掛鉤孔(13)上；
[0010]所述的方法包括下列的步驟:
[0011](I)在海底管道鋪設(shè)前，先將所采用的裝置固定連接于預定的管道位置處；
[0012](2)管道鋪設(shè)過程中，自解鎖結(jié)構(gòu)中的掛鉤掛在保護層結(jié)構(gòu)上的掛鉤孔上，錨固盤與管道形成一個整體，錨固盤隨著管道降落到海床上；
[0013](3)錨固盤首先降落在海床上，然后管道繼續(xù)下降，此時，自解鎖結(jié)構(gòu)中的掛鉤逐漸與保護層結(jié)構(gòu)上的掛鉤孔分離，管道壓在錨固盤上；
[0014](4)在自重及管道重量的作用下，錨固盤上的圓筒插入海床，增大管道側(cè)向運動土壤抗力，起到限制管道的側(cè)向位移的作用。
[0015]本方法可以在控制裸鋪管道整體屈曲中單獨使用，也可以與現(xiàn)存的激發(fā)海底管道發(fā)生整體屈曲的方法聯(lián)合使用，從而更好地控制海底管道整體屈曲變形，避免由于管道側(cè)向位移過大而導致海底管道完整性遭到破壞。具體而言，具有如下的有益效果:
[0016]1.本方法采用的所有裝置在水上加工完成，且將本方法采用的裝置焊接與管道后就不用對其進行任何操作，所以本方法簡單易行。
[0017]2.本方法采用軸承釋放系泊纜而不是直接將系泊纜纏繞在管道外壁上，使得系泊纜在釋放過程中與管道外壁不存在直接接觸，避免系泊纜對管道外壁的摩擦損傷，避免了系泊纜對管道施加額外扭矩。
[0018]3.軸承外壁設(shè)有保護層，保護滑動軸承正常工作，防止海底泥沙及海洋生物的附著。
[0019]4.依靠錨固盤固定，通過系泊纜長度控制管道最大側(cè)向位移，保證了管道在安全范圍內(nèi)的自由運動，消除軸向應(yīng)力的累積。
[0020]5.本方法中采用自解鎖結(jié)構(gòu)，在管道鋪設(shè)完成后，本方法采用的錨固盤自動與管道分離，無需人工水下操作。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖2為錨固盤的結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖3為滑動軸承的橫剖面示意圖
[0024]圖4為管道鋪設(shè)過程中