[發明專利]一種分階段兩次挖溝預熱止屈的海底管道施工方法

有效

• 申請號: 201110447850.2
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102777686A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 趙天奉
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: F16L1/16
• 分類號: F16L1/16;F16L53/00;F16L57/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種分階段兩次挖溝的海底管道施工方法，尤其是一種利用預熱側向屈曲的冷卻回彈引發預拉應力，從而避免服役后管道發生垂向屈曲失效的施工方法。

背景技術

出于流動保障的要求，海洋石油需要在高溫條件下實現管道輸送，不可避免地，熱荷載將在管壁內引發顯著的軸向力，并可能導致管道發生垂向的或者側向的屈曲而失效。為避免海底管道在海床上發生垂向的熱屈曲，常用的工程方案是將管道埋設在海底或者在管道上方堆積石塊約束管道，但對于長距離海底管道來說，類似的止屈措施成本很高，并給后期檢測維修帶來困難。盡管無法減少垂向屈曲失效的風險，但為確保管道在海床上就位穩定(不被海流沖離原位置)，限制側向屈曲，以及減少對路由海域海洋作業的影響，現有海底管道常采用挖溝沉管后等待自然回填的施工方案對已鋪設就位的海底管道加以約束。

結合現有的施工方案，若能夠在挖溝前對管道預熱，使管道發生一定程度的可接受的側向屈曲后再挖溝約束，預熱結束后管道的冷卻回彈將被管溝限制，從而在管道內引發一定的預拉應力，即可緩解正式服役后熱荷載引發的管壁內軸向壓應力，從而避免垂向上的管道熱屈曲失效。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種海底管道施工方法，利用挖溝和預熱工序在側向屈曲后冷卻回彈的管道內誘發拉應力，增加管道投產后的垂向熱穩定性。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

海底管道鋪設完畢并安裝好終端膨脹彎以后，選擇管道路由中的若干管段作為預熱屈曲段保留，對其他管道段挖溝沉管，此為第一階段挖溝工程。待第一階段挖溝工程結束后選擇合適溫度、壓力的熱水通管，對管道進行預熱，在確保管道不發生垂向屈曲的前提下，使未挖溝的管道段發生輕微幅度的側向屈曲。待管道屈曲變形穩定以后，開始第二階段的挖溝，使屈曲段的管道沉入溝中。然后結束預熱，管道將冷卻收縮，但其回彈受到了管溝的約束，因此在管道內部引發了一定的拉應力。待到清管結束管道投產輸送熱介質時，上述預留的拉應力將抵消一部分輸送熱荷載引發的管壁內的軸向壓應力，故可減少管道發生垂向屈曲的風險，增加管道的垂向熱穩定性。另外在管道鋪設階段，若能夠將預熱屈曲管道段事先鋪設出一定弧度，那么該段管道的側向屈曲臨界載荷將會有所降低，到預熱時其側向屈曲發生的突然性將減小，同時屈曲變形也會更為穩定，整個施工方法也更容易獲得成功。

附圖說明

圖1是本發明海底管道鋪設后的第一階段挖溝示意圖；

圖2是本發明第一階段未挖溝管道段預熱后側向屈曲的示意圖；

圖3是本發明第二階段的挖溝示意圖；

圖4是本發明預熱結束后屈曲段管道冷卻回彈引發張力的示意圖；

圖5是挖溝、未挖溝兩個位置的管道剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。

如圖1所示，海底管道鋪設過程中將3、5、7三位置處管道段在海床上呈弧線鋪設，將這三段管道作為預留的管道段，在管道其他位置挖溝沉管。3、5、7三段管道的預留長度應滿足以下兩個條件：①在該長度下管道段一般只發生一階模態的側向屈曲；②該段管道預熱后發生的側向屈曲波長足夠長，屈曲幅度不太大，發生過程緩慢，所引發的應力集中是可以接受的。因此3、5、7三段管道的預留長度應根據管道的剛度和海床海土摩擦屬性事先計算。

圖1中，4、6位置為預留管道段(3、5、7段)之間的間隔段，需要在第一階段挖溝中沉入溝中。這兩段管道長度也應該足夠，確保在預熱后3、5、7管道段發生的側向屈曲穩定而不匯合。

第一階段挖溝結束后，需用一定溫度和壓力的熱水對管道預熱，預熱溫度的選擇需要滿足以下兩個條件①使有初始撓度的3、5、7段管道在海床平面上發生一定幅度的側向屈曲，該側向屈曲不會引發管道屈服或損傷；②預熱溫度不會過高而導致其他位置管溝內的管道直接發生垂向屈曲，應小于管道的投產溫度。

預熱過程中需要對3、5、7段管道的側向屈曲實施監測，并同步調節升溫速度和熱水壓力，確保側向屈曲的過程緩慢穩定。由于預熱中管道充滿水，其重量大于輸油狀態下的管道重量，預熱溫度低于管道的投產溫度，因此預熱中直接發生垂向屈曲的可能性比較小，另外3、5、7段管道具有初始鋪設撓度，其側向屈曲的臨界溫度比較低，因此在一般條件下，容易得到一定的可行范圍來選擇預熱溫度。

3、5、7段管道在海床上發生屈曲并獲得一定的側向位移量以后(見圖2)，開始實施第二階段的挖溝，并使3、5、7段管道沉入溝中，見圖3。在第二階段的挖溝作業中，預熱的水溫和壓力需要保持。