一种更换管段快速修复海底管道方法技术

本发明专利技术提供了一种更换管段快速修复海底管道方法，应用于水下更换管段的修复作业。该修复方法依据管段连接装置左右对称布置于更换管段两侧的构造以及切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现海底管段的快速更换和修复；修复作业装置主要由切割管段、管段连接装置、连接防腐器、更换管段、管段防腐器、吊装索具组成，其防腐采用喷漆及加装连接防腐器和管段防腐器阴极保护相结合的方式，同时该修复方法依次实施破损管段水下切除、切割管段水下预制、更换管段预制、管段连接装置预制、更换管段焊接、切割管段水下测量、管段连接装置吊装、更换管段水下对接和更换管段固定连接整套作业流程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下生产系统更换管段的快速修复海底管道方法及其作业流程。
技术介绍
海洋工程领域的海底管道担负着水下油气井采出液、海底原油、伴生气等油气介质输送等重要生产任务，由于其海底运行工况和周围海水环境的特殊性，存在介质腐蚀、船舶抛锚、地质灾害和海洋开发第三方破坏等风险，一旦发生泄漏，不仅造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断，而且还会对其下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响。针对具体的海底管道损伤形式，目前可采取管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要修复海底管道技术。其中，管卡堵漏修复技术是采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于渤海等浅海海域由于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的管道泄漏，但一旦海底管道出现严重破损或有较大变形以及海底管道处于较深或深水海域时，该技术就难以实现有效的封堵修复。复合材料补强修复技术，如注环氧树脂等材料，该修复技术易对海底管道的管体产生冲击破坏，且注剂设备本身复杂和庞大，现场材料制作和水下操作工艺复杂，这些都不利于海底管道的快速修复。水下管段更换修复技术其特点是适用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破损修复，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产技术及其修复作业装置和操作流程一直掌握在国外专业公司手中，国内还没有形成相应的研发与生产技术以及海上实施修复作业能力。
技术实现思路
为了有效解决海底管道的快速修复问题并克服现有修复技术和作业方案存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种采用水下更换管段方式的快速修复海底管道方法。依据管段连接装置左右对称布置于更换管段两侧的构造以及切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现水下生产系统管段的快速更换，完成海底管道的修复。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种更换管段快速修复海底管道方法，其修复作业装置主要由切割管段、管段连接装置、连接防腐器、更换管段、管段防腐器、吊装索具组成，同时该修复海底管道方法依次实施破损管段水下切除作业、切割管段水下预制作业、更换管段预制作业、管段连接装置预制作业、更换管段焊接作业、切割管段水下测量作业、管段连接装置吊装作业、更换管段水下对接作业和更换管段固定连接作业的整套作业
流程，最终实现海底管道的快速修复。该修复海底管道方法中修复作业装置的防腐采用喷漆和加装阴极保护相结合的方式，即分别在管段连接装置和更换管段上加装连接防腐器和管段防腐器的阴极保护防腐装置，然后对管段连接装置主要部件和更换管段的外环面进行喷漆防腐处理。其中，阴极保护防腐装置是采用铝包锌的金属作为复合式保护极，与被保护的管段连接装置和更换管段的金属本体相连而构成原电池，连接防腐器的连接阳极块和管段防腐器的管段阳极块均为铝包锌的复合式保护极，该复合式保护极是在锌阳极块表面包裹一层铝合金，以适应海底管道周围的海泥环境。管段连接装置和更换管段在海底管道服役期内的防腐主要通过连接阳极块和管段阳极块的阴极保护实现，而连接防腐器的连接体和管段防腐器的管段连接体外层弯管内浇铸的合金体则用于海底管道延期服役时连接阳极块和管段阳极块完全腐蚀后的阴极保护。连接防腐器包括连接阳极块和连接体，还原性强的连接阳极块作为阳极发生氧化还原反应而牺牲消耗，被保护的管段连接装置金属本体作为阴极，免于被海泥腐蚀，连接阳极块与管段连接装置的金属本体间通过连接体相连而构成原电池。连接防腐器沿圆周方向均匀布置于管段连接装置的主密封器外环面上，共三个且均沿轴向放置，其中一个位于管段连接装置的正上方，每个连接防腐器的规格尺寸均相同，且其轴向轮廓长度均小于主密封器的轴向长度。连接阳极块采用多边形等截面柱体构造，其横截面呈等腰梯形，且按照宽边朝内而窄边朝外的方式放置，连接阳极块沿轴向的两侧加工有圆形盲孔，同时其中心部位设有圆形长孔眼，圆形长孔眼内嵌入金属丝，金属丝的材质与主密封器的材质相同。连接体采用圆形截面的复合弯管体，并对称布置于连接阳极块的两侧，且其端部环面与连接阳极块的圆形盲孔通过过盈配合进行联接，连接体的外层为弯管，其材质与主密封器的材质相同，而连接体的弯管内浇铸与锌阳极块相同材质的合金体，该合金体的一端与连接阳极块的金属丝连接而另一端与主密封器相连。管段防腐器包括管段阳极块和管段连接体，管段阳极块作为阳极金属消耗牺牲，更换管段则作为阴极金属而被保护并减缓腐蚀，管段阳极块和更换管段之间通过管段连接体相连而构成原电池。管段防腐器沿圆周方向均匀布置于更换管段的外环面上，共四个且均沿轴向放置，每个管段防腐器的规格尺寸均相同，且其轴向轮廓长度均小于更换管段的轴向长度。管段阳极块和管段连接体的结构分别与连接阳极块和连接体相同，管段连接体对称布置于管段阳极块的两侧，且其外层弯管内浇铸的合金体一端与管段阳极块的金属丝连接而另一端与更换管段相连。吊装索具专门用于完成更换管段的吊装作业，它包括吊头、连接头、分吊绳、变径卡箍和主吊绳，其中吊头、连接头和分吊绳采用左右对称布置的两个单体，而变径卡箍和主吊绳
则采用单体且其轴线均与吊装索具的中心线重合。吊头采用柱体和半球体相结合的结构，其本体上切出两个相互平行的平面，两平面的间距小于更换管段上两分吊座的间距；连接头采用阶梯回转轴结构，且通过螺纹与吊头相联接，连接头的内壁设有变截面的环形卡箍并用于固定分吊绳的下端部；分吊绳的长度需保证吊装作业时左右两分吊绳之间的夹角小于30°，左右两分吊绳的上端拧为一股吊绳后，嵌入变径卡箍的内壁，并与主吊绳连为一体，即左右两分吊绳为主吊绳的两个分支且主吊绳和分吊绳之间通过变径卡箍进行固定，变径卡箍的外环柱面两端均设置有圆锥面并分别牵引出主吊绳和分吊绳。破损管段水下切除作业用来切除海底管道的破损管段，其流程为，水下吹泥作业结束后，采用水下冷切割的方式将海底管道的破损管段整体切除，海底管道破损面或变形段位于破损管段的中部，且所切除破损管段的长度大于海底管道破损面外轮廓或变形段轴向长度的1.5倍；切除后的破损管段两端分别套入绳索并吊装至海面施工船上，绳索底端采用绳套结构并通过变径接头进行固定。该修复海底管道方法的预制作业包括切割管段水下预制作业、更换管段预制作业和管段连接装置预制作业三个流程，分别完成切割管段两管端外环面与外锥面及环槽的水下预制、更换管段的切割与管端倒角和其上管段防腐器与吊座的预制，以及管段连接装置上连接防腐器的预制。切割管段水下预制作业的流程为，水下清理干净切割管段两管端管段连接装置安装位置处的水泥配重层和防腐层，并用打磨机进行水下打磨，将切割管段的两管端分别打磨成等径柱面的预制外环面，且所打磨预制外环面的直径和轴向长度与管段连接装置的主密封器内壁的规格大小相一致；然后，在切割管段的端部打磨出预制外锥面，且预制外锥面的锥度与管段连接装置的定位器锁销的锲形坡口坡度相一致；最后，在预制外环面的内侧沿圆周方向环切出预制环槽，预制环槽的截面为矩形，且预制环槽与管段连接装置的定位器锁销相配合。更换管段预制作业的流程为，海面施工船上切割出与破损管段相应规格的更换管段，然后在更换管段的两端部分别车制出锥度为90°的圆锥面，且该圆锥面的锥高与管段连接装置的调偏器端部锥面的锥高相等；接着，通过管段阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种更换管段快速修复海底管道方法，其修复作业装置主要由切割管段、管段连接装置、连接防腐器、更换管段、管段防腐器、吊装索具组成，该修复海底管道方法依次实施破损管段水下切除作业、切割管段水下预制作业、更换管段预制作业、管段连接装置预制作业、更换管段焊接作业、切割管段水下测量作业、管段连接装置吊装作业、更换管段水下对接作业和更换管段固定连接作业的整套作业流程，依据管段连接装置左右对称布置于更换管段两侧的构造以及切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现水下生产系统管段的快速更换，完成海底管道的修复，其特征在于：该修复海底管道方法中修复作业装置的防腐采用喷漆和加装阴极保护相结合的方式，即分别在管段连接装置和更换管段上加装连接防腐器和管段防腐器的阴极保护防腐装置，然后对管段连接装置主要部件和更换管段的外环面进行喷漆防腐处理；阴极保护防腐装置是采用铝包锌的金属作为复合式保护极，与被保护的管段连接装置和更换管段的金属本体相连而构成原电池；管段连接装置和更换管段在海底管道服役期内的防腐主要通过连接阳极块和管段阳极块的阴极保护实现，而连接防腐器的连接体和管段防腐器的管段连接体外层弯管内浇铸的合金体则用于海底管道延期服役时连接阳极块和管段阳极块完全腐蚀后的阴极保护；连接防腐器沿圆周方向均匀布置于管段连接装置的主密封器外环面上，共三个且均沿轴向放置，其中一个位于管段连接装置的正上方，连接阳极块采用多边形等截面柱体构造，连接体则采用圆形截面的复合弯管体；管段防腐器沿圆周方向均匀布置于更换管段的外环面上，共四个且均沿轴向放置，管段阳极块和管段连接体的结构分别与连接阳极块和连接体相同；吊装索具用于完成更换管段的吊装作业，吊头、连接头和分吊绳采用左右对称布置的两个单体，而变径卡箍和主吊绳则采用单体且其轴线均与吊装索具的中心线重合；破损管段水下切除作业用来切除海底管道的破损管段；该修复海底管道方法的预制作业包括切割管段水下预制作业、更换管段预制作业和管段连接装置预制作业三个流程，分别完成切割管段两管端外环面与外锥面及环槽的水下预制、更换管段的切割与管端倒角和其上管段防腐器与吊座的预制，以及管段连接装置上连接防腐器的预制；更换管段焊接作业用来完成管段连接装置调偏器在更换管段两侧端的焊接；切割管段水下测量作业用来测定切割管段两管端之间的相对空间位置和方位角；管段连接装置吊装作业用来将两套管段连接装置定位于各自对应的切割管段管端；更换管段水下对接作业完成切割管段两管端的偏心调节及其与更换管段间的水下对接；更换管段固定连接作业通过管段连接装置完成更换管段与切割管段两管端的固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种更换管段快速修复海底管道方法，其修复作业装置主要由切割管段、管段连接装置、连接防腐器、更换管段、管段防腐器、吊装索具组成，该修复海底管道方法依次实施破损管段水下切除作业、切割管段水下预制作业、更换管段预制作业、管段连接装置预制作业、更换管段焊接作业、切割管段水下测量作业、管段连接装置吊装作业、更换管段水下对接作业和更换管段固定连接作业的整套作业流程，依据管段连接装置左右对称布置于更换管段两侧的构造以及切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现水下生产系统管段的快速更换，完成海底管道的修复，其特征在于：该修复海底管道方法中修复作业装置的防腐采用喷漆和加装阴极保护相结合的方式，即分别在管段连接装置和更换管段上加装连接防腐器和管段防腐器的阴极保护防腐装置，然后对管段连接装置主要部件和更换管段的外环面进行喷漆防腐处理；阴极保护防腐装置是采用铝包锌的金属作为复合式保护极，与被保护的管段连接装置和更换管段的金属本体相连而构成原电池；管段连接装置和更换管段在海底管道服役期内的防腐主要通过连接阳极块和管段阳极块的阴极保护实现，而连接防腐器的连接体和管段防腐器的管段连接体外层弯管内浇铸的合金体则用于海底管道延期服役时连接阳极块和管段阳极块完全腐蚀后的阴极保护；连接防腐器沿圆周方向均匀布置于管段连接装置的主密封器外环面上，共三个且均沿轴向放置，其中一个位于管段连接装置的正上方，连接阳极块采用多边形等截面柱体构造，连接体则采用圆形截面的复合弯管体；管段防腐器沿圆周方向均匀布置于更换管段的外环面上，共四个且均沿轴向放置，管段阳极块和管段连接体的结构分别与连接阳极块和连接体相同；吊装索具用于完成更换管段的吊装作业，吊头、连接头和分吊绳采用左右对称布置的两个单体，而变径卡箍和主吊绳则采用单体且其轴线均与吊装索具的中心线重合；破损管段水下切除作业用来切除海底管道的破损管段；该修复海底管道方法的预制作业包括切割管段水下预制作业、更换管段预制作业和管段连接装置预制作业三个流程，分别完成切割管段两管端外环面与外锥面及环槽的水下预制、更换管段的切割与管端倒角和其上管段防腐器与吊座的预制，以及管段连接装置上连接防腐器的预制；更换管段焊接作业用来完成管段连接装置调偏器在更换管段两侧端的焊接；切割管段水下测量作业用来测定切割管段两管端之间的相对空间位置和方位角；管段连接装置吊装作业用来将两套管段连接装置定位于各自对应的切割管段管端；更换管段水下对接作业完成切割管段两管端的偏心调节及其与更换管段间的水下对接；更换管段固定连接作业通过管段连接装置完成更换管段与切割管段两管端的固定连接。2.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述连接防腐器的连接阳极块和管段防腐器的管段阳极块均为铝包锌的复合式保护极，该复合式保护极是在锌阳极块表面包裹一层铝合金；所述连接防腐器包括连接阳极块和连接体，还原性强的连接阳极块作为阳极发生氧化还原反应而牺牲消耗，被保护的管段连接装置金属本体作为阴极，连接阳极块与管段连接装置的金属本体间通过连接体相连而构成原电池；连接阳极块的横截面呈等腰梯形，且按照宽边朝内而窄边朝外的方式放置，连接阳极块沿轴向的两侧加工有圆形盲孔，同时其中心部位设有圆形长孔眼，圆形长孔眼内嵌入金属丝；连接体对称布置于连接阳极块的两侧，且其端部环面与连接阳极块的圆形盲孔通过过盈配合进行联接，连接体的外层为弯管，而其弯管内浇铸与锌阳极块相同材质的合金体，该合金体的一端与连接阳极块的金属丝连接而另一端与主密封器相连；所述管段防腐器包括管段阳极块和管段连接体，管段阳极块作为阳极金属消耗牺牲，更换管段则作为阴极金属而被保护并减缓腐蚀，管段阳极块和更换管段之间通过管段连接体相连而构成原电池；管段连接体对称布置于管段阳极块的两侧，且其外层弯管内浇铸的合金体一端与管段阳极块的金属丝连接而另一端与更换管段相连。3.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述吊装索具包括吊头、连接头、分吊绳、变径卡箍和主吊绳，吊头采用柱体和半球体相结合的结构，其本体上切出两个相互平行的平面，两平面的间距小于更换管段上两分吊座的间距；连接头采用阶梯回转轴结构，其内壁设有变截面的环形卡箍并用于固定分吊绳的下端部；分吊绳的长度需保证吊装作业时左右两分吊绳之间的夹角小于30°，左右两分吊绳的上端拧为一股吊绳后，嵌入变径卡箍的内壁，并与主吊绳连为一体，即左右两分吊绳为主吊绳的两个分支且主吊绳和分吊绳之间通过变径卡箍进行固定。4.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述破损管段水下切除作业的流程为，水下吹泥作业结束后，采用水下冷切割的方式将海底管道的破损管段整体切除，海底管道破损面或变形段位于破损管段的中部，且所切除破损管段的长度大于海底管道破损面外轮廓或变形段轴向长度的1.5倍；切除后的破损管段两端分别套入...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，王优强，刘春花，宋兴盛，许晨，陈凤官，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37