一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明属于裸铺管道整体屈曲控制领域，用于管道发生整体屈曲时进行侧向位移控制。
【背景技术】
[0002]随着海洋工程技术的发展和海洋油气资源的开发，特别是深水油田和边际油田的开采，海底管道的工作压力不断提高，其设计温度普遍达到100°c以上，甚至150°C，出现了越来越多在高温、高压环境下工作的海底管道。在热荷载和压力荷载的联合作用下，管道将发生轴向变形，在周围土体的限制下，管道将承受较大的轴向应力。当轴向应力达到一定值时，管道将发生整体屈曲，包括轴向整体移动、垂向屈曲和侧向屈曲。一般来说，埋设管道受周围土体限制会发生垂向屈曲，向上隆起；而对于裸铺在海床上的管道，发生侧向屈曲的可能性较大。对已有海底管道的调查表明，管道屈曲变形的危害不容忽视。海底管道在高温高压作用下的整体屈曲变形控制问题成为管道设计的关键性问题。
[0003]对于高温、高压海底管道整体屈曲的设计通常存在两种设计目标:第一种是完全限制管道发生整体屈曲；第二种是允许管道发生整体屈曲，但是管道发生屈曲的位置以及后屈曲的弯矩及应力控制在允许的范围内，即管道在控制下屈曲。对于第一种设计目标，通常采用挖沟埋设或堆石的方法来限制管道发生整体屈曲，但是对于埋地管道，管道的埋深是设计的控制因素，只有在埋设深度满足要求的情况下才能限制管道发生隆起屈曲，并且管道的轴向应力得不到有效释放。通过挖沟埋设或堆石以限制管道发生整体屈曲的方法在浅海施工中常采用。在深海中，挖沟埋设和堆石操作难度大，成本高。因此，对于深海裸铺管道来说，允许管道发生整体屈曲的设计方法是深水油田开发中控制管道整体屈曲设计的唯一可行方法。
[0004]对于允许管道在控制下发生整体屈曲的设计目标，管道能否在预设位置发生整体屈曲非常重要。目前通常采用的方法有:蛇形铺管法、枕木扰动法和分布浮力法。现存的激发海底管道发生整体屈曲的方法都只能通过增大初始缺陷或减小侧向阻力来激发海底管道发生整体屈曲，将整体屈曲转化为多段小屈曲从而保护管道不破坏。但是，当管道发生整体屈曲后，并不能控制海底管道整体屈曲的幅值。如果海底管道发生严重的侧向屈曲，即使在采用了上述三种方法之后侧向位移仍然过大。将导致管道中应力过大，从而导致海底管道发生局部屈曲或者管道破裂等问题，这将引起管道泄漏或者使管道无法正常工作。此夕卜，上述三种方法仅适用于远距离输送管道，但对于油田内部的集输管道，由于其距离相对较短，上述三种方法将不再适用。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术上的不足，本发明提出一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法，本发明提供的控制裸铺海底管道发生较大位移的方案可以有效控制裸铺海底管道的侧向位移。该方法中的装置在管道的侧向移动距离达到设计的极限安全距离时，增大管道受到的侧向土壤抗力，从而控制管道的侧向位移进一步增大，有效解决深海裸铺管道整体屈曲过程中侧向位移过大的问题。本发明的技术方案如下:
[0006]一种锚固盘式裸铺海底管道整体屈曲控制方法，所采用的装置包括用于承压管道
(5)的锚固盘(I)、滑动轴承(2)、系泊缆(3)和自解锁挂钩(4)几个部分，其中，
[0007]锚固盘⑴包括开设有孔洞的圆盘(6)、连接环(7)和数个底部开口的圆筒⑶，每个圆筒(8)固定连接在某个孔洞处的下方，各个圆筒(8)均匀排布，呈中心对称设计；在圆盘(6)的中心固定有用于连接系泊缆(3)的中间连接件(7)，在其两侧还固定有用于连接自解锁挂钩(4)的另外两个挂钩连接件(7);
[0008]滑动轴承⑵包括轴承内圈(9)、带有凹槽(10)的轴承外圈(11)和保护层结构(12)，轴承内圈(9)的内径与管道(5)的外径相配合，轴承内圈(9)并固定在管道(5)上；轴承外圈(11)可以绕着轴承内圈(9)转动，轴承外圈(11)的外表面带有凹槽(10)，用于缠绕系泊缆(3);保护层结构(12)固定于轴承外圈(9)，将整个滑动轴承(2)包围起来，在保护层结构(12)的底部开有用于系泊缆(3)穿过的小孔；保护层结构(12)上带有两个挂钩孔(13);
[0009]自解锁挂钩(4)包括两个挂钩，挂钩的一端开有销轴孔，另外一端为钩状，采用销轴将开有销轴孔的一端与锚固盘(I)上的挂钩连接件(7)连接起来；其钩状的一端钩挂在保护层结构(12)的挂钩孔(13)上；
[0010]所述的方法包括下列的步骤:
[0011](I)在海底管道铺设前，先将所采用的装置固定连接于预定的管道位置处；
[0012](2)管道铺设过程中，自解锁结构中的挂钩挂在保护层结构上的挂钩孔上，锚固盘与管道形成一个整体，锚固盘随着管道降落到海床上；
[0013](3)锚固盘首先降落在海床上，然后管道继续下降，此时，自解锁结构中的挂钩逐渐与保护层结构上的挂钩孔分离，管道压在锚固盘上；
[0014](4)在自重及管道重量的作用下，锚固盘上的圆筒插入海床，增大管道侧向运动土壤抗力，起到限制管道的侧向位移的作用。
[0015]本方法可以在控制裸铺管道整体屈曲中单独使用，也可以与现存的激发海底管道发生整体屈曲的方法联合使用，从而更好地控制海底管道整体屈曲变形，避免由于管道侧向位移过大而导致海底管道完整性遭到破坏。具体而言，具有如下的有益效果:
[0016]1.本方法采用的所有装置在水上加工完成，且将本方法采用的装置焊接与管道后就不用对其进行任何操作，所以本方法简单易行。
[0017]2.本方法采用轴承释放系泊缆而不是直接将系泊缆缠绕在管道外壁上，使得系泊缆在释放过程中与管道外壁不存在直接接触，避免系泊缆对管道外壁的摩擦损伤，避免了系泊缆对管道施加额外扭矩。
[0018]3.轴承外壁设有保护层，保护滑动轴承正常工作，防止海底泥沙及海洋生物的附着。
[0019]4.依靠锚固盘固定，通过系泊缆长度控制管道最大侧向位移，保证了管道在安全范围内的自由运动，消除轴向应力的累积。
[0020]5.本方法中采用自解锁结构，在管道铺设完成后，本方法采用的锚固盘自动与管道分离，无需人工水下操作。
【附图说明】
[0021]图1为本发明装置的整体结构示意图
[0022]图2为锚固盘的结构示意图
[0023]图3为滑动轴承的横剖面示意图
[0024]图4为管道铺设过程中