國(guó)內(nèi)外鋪管方法計(jì)劃鋪管船研究現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)

1、國(guó)內(nèi)外鋪管方法計(jì)劃及鋪管船研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨向國(guó)內(nèi)外鋪管方法計(jì)劃及鋪管船研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨向22/22國(guó)內(nèi)外鋪管方法計(jì)劃及鋪管船研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨向WORD格式國(guó)內(nèi)外鋪管方法與鋪管船研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨向一、鋪管方法跟著世界大海石油的大面積開發(fā)，對(duì)深水起重鋪管船的需求垣愈來(lái)愈大。隨著世界大海石油不停向深水發(fā)展，對(duì)深水起蘑鋪管船的性能要求也愈來(lái)愈高。世界大海石油工業(yè)的高速發(fā)展推進(jìn)了深水起霞鋪管船的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了起重鋪管船裝備的快速發(fā)展。我國(guó)的深水油氣開發(fā)固然起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭之猛、發(fā)展速度之快，令世人矚目。但我國(guó)的深水油氣田開發(fā)的施工裝備與外國(guó)仍有必然的差距。近來(lái)幾年來(lái)，國(guó)家加大了研發(fā)投入力度，有關(guān)

2、的公司也加速了市場(chǎng)開發(fā)步伐，希望可以為此供給一些有利的參照。鋪管方法主要有拖管法、S形鋪管法(S-lay)、J形鋪管法(J1ay)、卷簡(jiǎn)式鋪管法(ReellayandCarousellay)以及垂直鋪管法：(verticallay)1、拖管法在近海淺水區(qū)鋪設(shè)海底管道時(shí)，平常采納拖管法，拖管法中的管道一般在路上組裝場(chǎng)所或在淺水避風(fēng)水域中的鋪管船上組裝成規(guī)定的長(zhǎng)度，此后用起吊裝置將管道吊到發(fā)送軌道上，再綁上調(diào)筒和托管頭，用拖船將管道拖下水，按預(yù)約航線將管道就位、下沉，最后將各管道對(duì)接，達(dá)成管道鋪設(shè)全過(guò)程。當(dāng)前拖管法已經(jīng)發(fā)展為4種方式：浮拖、水面下拖行、離地拖和底托。1.1浮拖浮拖是利用浮筒調(diào)理管道

3、浮力使其飛揚(yáng)在水面上，此后再用大馬力主拖牽引管道首段延既定航線航行，尾拖輪牽引管道尾端控制其橫向漂移以保證管道安全。浮拖法主要應(yīng)用于海面風(fēng)波較小的海疆，受管道尺寸、海水流速、拖輪大小等要素限制，每次浮拖的管道長(zhǎng)度從幾百米到幾千米不等。1.2水面下拖行水面下拖行與浮拖法相像，但是將管道地點(diǎn)調(diào)整到水面下必然深度進(jìn)行拖行。與浮拖法比較，水面下拖行的管道受風(fēng)、波濤等環(huán)境載荷的直接作用較小，管道更安全。1.3離底托離底托是利用浮筒和拖鏈將管道懸浮在海床以上必然高度，再由水面拖輪進(jìn)行牽引行進(jìn)，既減小了海面風(fēng)波的影響，又避開了海底阻攔和地形起伏，因此適專業(yè)資料整理WORD格式應(yīng)范圍較廣。離底托法中需要依據(jù)管

4、道尺寸、贊成及還留等環(huán)境條件計(jì)算浮筒、拖鏈的個(gè)數(shù)和間距，施工工藝比較復(fù)雜。1.4底托在底托中，管道直接擱置在海底由水面拖輪牽引至部署場(chǎng)所。這類方法施工簡(jiǎn)單，但是受海底地形起伏和海床土壤種類等影響較大，需要馬力較大的拖輪，一般只合用于海底平展的海疆，管道長(zhǎng)度和拖航距離也較短。圖1拖管法的四種方式2、S型托管法S-lay鋪管時(shí)，管線在甲板或船艙內(nèi)達(dá)成焊接和焊縫的防腐保溫層混凝土重力層施工，此后經(jīng)過(guò)懸掛在船體外的托管架入水，形成一條S形曲線。托管架上的管線稱為上弓段，托管架尾端至海底的管線稱為懸垂段。上弓段的曲線形狀是受托管架的形狀控制的，因此，是位移控制的。而懸垂段的曲線形狀是張力和彎矩控制的，因

5、此，是荷載控制的。上弓段和懸垂段的應(yīng)變(應(yīng)力)是S-lay的關(guān)鍵控制參數(shù)。因此，S-lay鋪管船的托管架和張緊器決定了鋪管能力直徑和水深。因?yàn)樯瞎蔚膹埩h(yuǎn)遠(yuǎn)大于懸垂段，因此，上弓段的應(yīng)變是S-1ay控制的重點(diǎn)，它取決于托管架形狀和控制懸垂段應(yīng)變所需的張力。深水鋪管時(shí)，上弓段的應(yīng)變平常大于彈性應(yīng)變，產(chǎn)生必然的塑性應(yīng)變，因此，現(xiàn)行規(guī)范要求將累計(jì)塑性應(yīng)變控制在03以下。專業(yè)資料整理WORD格式圖2S型鋪管法圖3J型鋪管法3、J型鋪管法J-1av鋪管法是為解決S-lay的上弓段大應(yīng)變問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的一種深水鋪管法，它將管線的接長(zhǎng)作業(yè)由S-lay的水平川址調(diào)整為豎直地點(diǎn)，在豎直的J-lay塔上達(dá)成管線

6、連結(jié)后直接入水，形成一條J形曲線。經(jīng)過(guò)調(diào)整J-1ay塔的傾角，使管線的連結(jié)作業(yè)姿態(tài)與人水姿態(tài)同樣，進(jìn)而除去了S-lay的上弓段。因?yàn)橛龅絁-lay塔高度的限制，J-1ay鋪管時(shí)，管線在甲板上接長(zhǎng)至J-1ay塔可以容納的長(zhǎng)度，此后吊至J-lay塔達(dá)成與已鋪設(shè)段的連結(jié)，因此，J-lay法的鋪管速度較慢。圖4Reellay鋪管表示圖圖5Carousellay鋪管表示圖4、卷筒鋪管法卷筒鋪管法是柔性管鋪設(shè)方法的直接拓展，它采納陸地前一次達(dá)成管線接長(zhǎng)并環(huán)繞到卷筒上，此后在海上張開并拉直后連續(xù)鋪人海底。依據(jù)卷筒在鋪管船上的擱置方式，卷筒鋪管法分為垂直Reellay和水平Carousellay。Reella

7、y的卷簡(jiǎn)立式擱置。Carousellay的卷簡(jiǎn)臥式擱置。因?yàn)闆]有管線接長(zhǎng)作業(yè)，從而鋪管船不需要錨泊，因此，Reellay法的鋪管速度快。同時(shí)，陸地的管線接長(zhǎng)作業(yè)也大大提升了焊接質(zhì)量。但是，因?yàn)楣芫€的環(huán)繞和拉直惹起塑性變形，因此，Reellay法對(duì)管線的損害較大，必然經(jīng)過(guò)大批的計(jì)算來(lái)保證管線的塑性應(yīng)專業(yè)資料整理WORD格式變和橢圓變形知足規(guī)范要求。Reellay法的鋪管長(zhǎng)度和直徑均遇到卷簡(jiǎn)尺寸的限制，鋪管長(zhǎng)度是卷筒的可環(huán)繞管線長(zhǎng)度，直徑則必然知足曲折應(yīng)變和橢圓變形要求。5、其余方法上述四種鋪管方法主要用于剛性管(rigidpipe)的鋪設(shè)，此中Reellay也可用于柔性管鋪設(shè)。關(guān)于柔性管和臍帶纜

8、的鋪設(shè)，還有Carousellay(見圖4)和Verticallay(見圖5)兩種方法，此中，Carousellay也可用于剛性管鋪設(shè)?。Carousellay和Verticallay鋪管法與Reellay鋪管法相像，管線張開后經(jīng)過(guò)一個(gè)矯直機(jī)構(gòu)入水。Carousellay的入水方式與Slay相像，管線矯直后經(jīng)托管架入水。Verticallay的入水方式與Reellay相像，但矯直機(jī)構(gòu)是垂直的，且管線是經(jīng)過(guò)鋪管船中部的月池入水的。6、發(fā)展趨向鑒于當(dāng)前的鋪管船，S-lay的鋪管直徑最大，Reellay的鋪管直徑最小。Reellay的鋪管速度最快，J-1ay的鋪管速度最慢。鋪管速度的快慢主要取決于管

9、線的接長(zhǎng)方式，S-Lay的管線接長(zhǎng)是水平川址施工的，因此，可同時(shí)進(jìn)行多條焊縫的焊接，且不同樣連結(jié)段的焊接和防腐保溫層混凝土重力層施工可同時(shí)進(jìn)行。J-lay的管線連結(jié)是在J-lay塔上達(dá)成的，同時(shí)只好進(jìn)行一條焊縫的焊接，而Reellay法在海上沒有焊接作業(yè)。為解決大海工程在深水油氣開發(fā)所面對(duì)的眾多技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)海底管道鋪設(shè)技術(shù)進(jìn)行了寬泛研究，提出了好多有效地計(jì)算方法，此后的研究方向主要有以下幾方面：（1）綜合利用多種計(jì)算方法求解管道鋪設(shè)問(wèn)題，依據(jù)不同樣鋪管條件選擇最優(yōu)方法，在知足計(jì)算精度的前提下，是計(jì)算更有效率，合用范圍更廣。（2）進(jìn)一步研究海流、波濤、內(nèi)涉及鋪管船運(yùn)動(dòng)等環(huán)境載荷作用下管

10、道的動(dòng)力響應(yīng)，以及管道與鋪管船之間的動(dòng)力耦合問(wèn)題。3）跟著鋪管水深愈來(lái)愈大，管道承受的靜水壓力快速增添，有必需研究鋪管過(guò)程中管道局部曲折，曲折流傳現(xiàn)象及管道止屈器的優(yōu)化選型。4）為保證管道安全和鋪管精度，需要研究堅(jiān)固、高效的鋪管監(jiān)測(cè)技術(shù)及相應(yīng)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道構(gòu)造和鋪管設(shè)施的及時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，為工作人員調(diào)整鋪管參數(shù)供給參照。專業(yè)資料整理WORD格式二、國(guó)內(nèi)外鋪管船現(xiàn)狀跟著大海石油天然氣開發(fā)的不停深入,大海管道的作用顯得越來(lái)越重要,而關(guān)于大海管道鋪設(shè)的專用設(shè)施鋪管船的關(guān)注程度也在不停提升。當(dāng)前,鋪管船更新?lián)Q代的速度顯然加速,專業(yè)化程度越來(lái)越高。國(guó)內(nèi)外大海石油開發(fā)的程度不同樣,鋪管船的差別也比較大。特

11、別是外國(guó)一些發(fā)達(dá)國(guó)家,大海石油開發(fā)時(shí)間早,技術(shù)先進(jìn),不停向深海發(fā)展,鋪管能力已湊近3000m。深水鋪管船是深水油氣田開發(fā)的主要施工裝備它擔(dān)負(fù)著浮式生產(chǎn)平臺(tái)的安裝、海底管線的鋪設(shè)以及立管系統(tǒng)安裝任務(wù)。1、S-lay鋪管船因?yàn)镾-Lay鋪管法的鋪管直徑大、鋪管速度快，因此獲得了寬泛的應(yīng)用。當(dāng)前，世界上最多的鋪管船是S-lay鋪管船。S-lay鋪管船有船型和半潛式兩各樣類，分別如圖6和圖7所示。船型S-lay鋪管船多為商船改裝而成，如Allseas公司的Audacia系由Geeview號(hào)散貨船改裝。表1列出了外國(guó)主要深水S-lay鋪管船的技術(shù)參數(shù)。依據(jù)圖6船型S-lay鋪管船圖7半潛式S-lay鋪管

12、船艙容的大小，深水S-lay鋪管船上一般設(shè)有712個(gè)工作站(workstation)，包含焊接、檢測(cè)和焊縫的混凝土重力層作業(yè)工作站。工作站中最多的是焊接站，如Audaeia的12個(gè)工作站中，焊接站多達(dá)8個(gè)。最少的為5個(gè)，如Allseas公司的Solitaire(10個(gè)工作站)和Saipem公司的Crawler(7個(gè)工作站)。工作站中最少的是檢測(cè)站，一般為1個(gè)，最多也只有2個(gè)，如Saipem公司的CastoroOtto號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)接頭的防腐保溫涂敷層混凝土重力層工作站一般為1個(gè)，大型鋪管船最多為4個(gè)，如Solitaire號(hào)的10個(gè)工作站中就有4個(gè)混凝土重力層工作站。工作站的數(shù)目是鋪管船的一個(gè)重要指標(biāo)

13、，它決定了鋪專業(yè)資料整理WORD格式管船的鋪管速度。管線接長(zhǎng)作業(yè)中，焊接作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，因此鋪管船上焊接站的數(shù)目最多。表1外國(guó)主要深水S-lay鋪管船技術(shù)參數(shù)S-lay鋪管船的重點(diǎn)設(shè)施是托管架和張緊器，如圖8和圖9所示。它們決定了S-lay鋪管船的作業(yè)水深和鋪管直徑。為了適應(yīng)不同樣水深的作業(yè)需要，托管架必然可以調(diào)整曲率半徑，以調(diào)整管線的入水角。因此，托管架一般由三段構(gòu)成。在調(diào)整托管架的同時(shí)，也必然調(diào)整托管架上的滾軸高度和間距，使管線的上弓段曲率保持一致。張緊器是保持鋪管曲線形狀的主要設(shè)施，它供給均衡管線重力和控制懸垂段曲率所需的張力。因此，張緊器的能力代表了鋪管船的鋪管能力。圖8S-lay鋪管船

14、的托管架圖9400t張緊器專業(yè)資料整理WORD格式2、J-lay鋪管船J1ay鋪管船也有船型和半潛式兩種船型，如圖l0和圖11所示。其工作站位于J-Lay塔上，J一蛔塔的傾斜角度可依據(jù)水深和張力條件調(diào)整，以保證管線的入水角與懸垂段在J-lay塔尾端的切線保持一致，形成一條圓滑的J形曲線，進(jìn)而知足懸垂段應(yīng)變控制要求。當(dāng)前，擁有最大Jlay塔傾角可調(diào)整范圍的鋪管船是CoflexipStenaOffshore公司的CSODeepBlue鋪管船，這是一條J-1av和Reellay兩用船型鋪管船，其J-lay塔傾角可調(diào)整范圍為3090；Heerem公司的Balder半潛式鋪管船的J-1ay塔傾角可調(diào)整范

15、圍為5090；而Saipem公司的Saipem7000半潛式鋪管船的J-蛔塔傾角可調(diào)整范圍為90110。表2列出了外國(guó)主要J-lay鋪管船的技術(shù)參數(shù)。J-1ay鋪管船的甲板和J-lay塔上均設(shè)有焊接站，管線在甲板上接長(zhǎng)至J-lay塔的長(zhǎng)度，此后由專用吊架將管線放人J-1ay塔，并由J-lay塔上的焊接站達(dá)成管線的整體接長(zhǎng)后鋪設(shè)入水。圖10船型J-lay鋪管船圖11半潛式J-lay鋪管船表2外國(guó)主要J-lay鋪管船技術(shù)參數(shù)專業(yè)資料整理WORD格式3、Reellay鋪管船Reellay鋪管法的連續(xù)挪動(dòng)性質(zhì)要求鋪管船的挪動(dòng)性好，因此Reelhy鋪管船均采納船型構(gòu)造，如圖14.Reellay鋪管船的鋪

16、管能力主要取決于卷筒的尺寸和管線矯直機(jī)構(gòu)(ramp)，卷筒軸的直徑?jīng)Q定了最大鋪管直徑，卷簡(jiǎn)翼緣的直徑?jīng)Q定了鋪管長(zhǎng)度。Reellay鋪管船上沒有焊接站，因此，鋪設(shè)剛性(鋼)管時(shí)，最大鋪管長(zhǎng)度為卷筒儲(chǔ)管能力。而鋪設(shè)柔性管圖14Reellay鋪管船或臍帶纜時(shí)，平?？刹杉{兩個(gè)卷筒。管線矯直機(jī)構(gòu)的能力取決于矯直機(jī)(straightener)的噸位。Reellay鋪管船分為剛性管鋪管船和柔性管鋪管船，一般的鋼性管鋪管船也可鋪設(shè)柔性管或臍帶纜，但柔性管鋪管船則不可以鋪設(shè)剛性管，一般的柔性管鋪管船均裝載兩個(gè)以上的卷筒。表3列出了外國(guó)主要Reellay鋪管船的技術(shù)參數(shù)。表3外國(guó)主要Reellay鋪管船技術(shù)參數(shù)4

17、、其余鋪管船其余鋪管船主要包含Carousellay鋪管船和Verticallay鋪管船，如圖15和圖16所示。圖15是Sealion公司的ToisaPerseus號(hào)多功能工程船，它配有2個(gè)Carousellay卷筒和5個(gè)Verticallay卷筒，因此，擁有Carousellay和Verticallay鋪管能力。表4列出了外國(guó)主要的Carousellay和Verticallay鋪管船。專業(yè)資料整理WORD格式圖16Carousellay鋪管船圖17Verticallay鋪管船表4外國(guó)主要Carousellay/Verticallay鋪管船技術(shù)參數(shù)5、發(fā)展趨向深水鋪管技術(shù)的發(fā)展趨向足提升鋪鋝速

18、度，縮短海上施工周期，因此，應(yīng)發(fā)展新的鋪管方法和開發(fā)多功能的大型鋪管船。其主要發(fā)展趨向是增大卷筒鋪管的直徑，發(fā)揮卷筒鋪管速度快的優(yōu)勢(shì)，且一條船擁有多種方法的鋪管功能。圖17是將來(lái)幾年可能工程化的鋪管方法新見解；圖18是Acergy公司2012年馬上投入使用的AcergyBorealis號(hào)S-lay和J-lay多功能鋪管船，它的作業(yè)線上配有11個(gè)單接頭作業(yè)站、6個(gè)雙接頭作業(yè)站，J-lay塔上配有2個(gè)工作站。圖19是Allseas公司2013年馬上投入使用的超大型多功能工程船PieterSchehe，它可以從事S-lay鋪管作業(yè)。該船長(zhǎng)382m、寬117m、托管架長(zhǎng)170m、張緊器為2000t，鋪

19、管直徑為01521727m，主作業(yè)線配有6個(gè)雙接頭焊接站、1個(gè)無(wú)損檢測(cè)站和6個(gè)現(xiàn)場(chǎng)接頭的防腐保溫層混凝土重力層作業(yè)站。除此以外還有1個(gè)雙接頭接收車間，車間內(nèi)設(shè)有5個(gè)對(duì)管作業(yè)站和2個(gè)內(nèi)外組合焊接作業(yè)站。這些鋪管船不只鋪管能力強(qiáng)，并且可以在更惡劣的海況下作業(yè)。圖20是Technip公司新建的Reellay鋪管船DeepEnergy，作業(yè)水深為3000m，卷筒的載管能力達(dá)到了2800t，剛性管的最大鋪管直徑為0457m，柔性管的鋪管直徑為00510610m。因此，跟著這些鋪管船的服役，鋪管速度將獲得大幅度提升，海上施工周期將大大縮短。專業(yè)資料整理WORD格式圖17新的深水鋪管見解圖18S-lay和J-lay鋪管船圖19PieterSchelte號(hào)S-lay多功能工程船圖20DeepEnergy號(hào)Reellay鋪管船