海底管道铺设屈曲监测的使用方法评估

李振超 2 孙庆辉 1 李 翔 1 李 盼 1 李学楠 3

1 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452；

2 天津北海油人力资源咨询服务有限公司，天津 300452；

3 中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452；

摘要：海底管道铺设过程中的屈曲监测是保证海管完整性的重要风险管控措施之一。本文结合海上施工经验对海底管道铺设屈曲监测使用的方法进行评估与浅析，从适用性、经济性及风险等级等方面阐释了屈曲监控方法的选择，对项目的投标及实施阶段技术考量提供了借鉴意义。

关键词：海底管道铺设；屈曲监测；DNV

1、概述

海底管道铺设过程中受天气海况、设备状态及人员操作等因素的影响可能造成海管局部发生屈曲形变，湿式屈曲导致管内充水进而引发更严重的事故。S形海管铺设的屈曲易发位置通常为托管架附近的上弯段及着泥点前的下弯段处。

海管屈曲监测的方法从设备控制到海管形态调查分为多种途径，业内普遍使用的最直观的方式为屈曲探测器监控。但屈曲探测器常常受使用条件、效率经济、风险级别等因素的影响存在一定的局限性。

本文结合项目实践经验从屈曲探测器使用局限性的影响因素角度对海底管道铺设中的屈曲监测方法的选择进行比较与评估，从适用性、经济性及安全性的层面对技术方法选取的合理性予以佐证。

2、屈曲监测方法的选择与评估

2.1 海底管道屈曲监测的一般方法

世界上对于刚性海底管道铺设最常见使用的方法是S形铺设和J形铺设。S形海管屈曲监测的方法通常有：

1. 张紧器张力监控；

2. 托管架角度监控；

3. 对船位沿路有走向的控制；

4. 使用屈曲探测器（通常放置在着泥点后24m）；

5. 使用ROV对着泥点进行监控，通过对着泥点海管外观监控及坐标与计算分析值的比对。

2.2 监测方法的选择

对于铺管设备及船舶运动的控制是海管铺设屈曲控制手段的基本方式，通常需要结合更加直观的监控方法，如2.1章中关于S形海管铺设所述的4）和5）。

钢丝牵引式屈曲探测器在浅水海底管道铺设中作为屈曲监控手段而普遍应用，国内海上施工经验的应用水深达150米，此时连接屈曲探测器的钢丝达600米。在较深水及以上作业水深区域屈曲探测器不再适用，通常选择着泥点进行监控的方式来替代，ROV通过对着泥点海管外观状态的实时监控，以及着泥点位置坐标的读取对海管S形态与计算报告进行比对·。

但并非所有浅水区域都适用屈曲探测器的方法。中东某项目作业水深50米，即便施工方提出使用费用更加昂贵的着泥点监控方式进行替代，甲方依然坚持屈曲探测器的使用，理由是着泥点监控对海管外形的观察无法实现干式屈曲的识别。最终施工方从适用性的角度讲屈曲探测器的方案否定，首先海管组对使用内对口器，并且内对口器后面连接激光内检测设备，该设备无法承受屈曲探测器拖拽钢丝的拉力，故无法连接屈曲探测器钢丝。第二点原因是无损检验人员表示屈曲探测器的钢丝会在检验结果的片子上留有阴影，影响对焊接质量的评定。基于以上两点原因，安装屈曲探测器的方案被取消。

2.3 监测方法的评估

海管屈曲监测方法的选择通常是基于方案的适用性、风险等级及施工成本而定的。在确认方案的可行性后，屈曲探测器用与不用很大程度上是首先对风险等级的判断。DNV2017的10.6.7章节中对于屈曲监测的风险等级描述如下：

图1 DNV2017关于屈曲监控的描述

对于操作风险低的工况可以使用屈曲探测器进行连续监控，中风险及高风险则建议使用其他方式进行替代，例如着泥点监控。对于该处描述可以通过工程实例进行分析，例如超过100米水深的海底管道铺设，如果使用屈曲探测器则操作风险可判定为中级别以上。因为屈曲探测器的牵引钢丝会通常在500米以上，不但增加安装难度，存在探测器无法被吹到位实现其功能的问题，更为严重的是牵引钢丝一旦断开其后果极其严重，断在海管内的钢丝及屈曲探测器的取出工作所耗成本巨大。所以掉落风险是取消屈曲探测器使用的重要原因，这也是许多科研中提到的无线屈曲探测器始终未投入生产实践的原因。

其实海上施工中对于操作低风险等级的工况也并未都遵循使用屈曲探测器连续监控的原则，这主要是考虑另一关键因素，经济性。中国近海浅水海管铺设很多时候是短距多条的特点，施工方会把天气等因素造成的海管屈曲视为小概率事件，并且屈曲探测器的安装、抽拉、定期检测都会影响铺管的整体效率，进而增加项目成本，所以经济性往往也是决定是否使用屈曲探测器的重要因素。

3、结论

海底管道铺设屈曲监测方法的选用通常要结合适用性、风险等级及经济性来予以评估，从而得出最佳的屈曲监测方案。屈曲探测器虽然是最直观的监测方法，但由于其使用的局限性已逐渐被其他方式替代，随着海洋工程技术的进步，更加优化的屈曲监测方法也一定会出现。

参考文献

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[2] 倪超,刘俊悦,范景涛, 等.海底管道铺设中屈曲探测工艺现状的研究[C].//中国石油学会.2012年石油天然气及石化装备管理与技术研讨会论文集.2012:296-299.

[3] 李建楠,刘月舟,李斌, 等.新型屈曲探测器的研制[J].建筑工程技术与设计,2017,(17):3651-3652. DOI:10.3969/j.issn.2095-6630.2017.17.543.

作者简介：姓名：李振超，出生年：1987年11月23日，性别 ：男，学历 ：研究生，职称 ：工程师，研究方向：机械工程-管道