气囊助浮吊装导管架的关键技术研究及工程应用.pdf

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1、第9期-75-气囊助浮吊装导管架的关键技术研究及工程应用王亮（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）[摘要]根据气囊助浮吊装导管架的理论研究，设计运用了气囊充放气系统、气囊绑扎设计以及气囊拆除回收设计等关键技术，并结合渤海地区油田渤中34-2/4导管架海上安装的工程应用，对该关键技术进行了可靠性验证。结果表明，通过气囊助浮吊装导管架，可以有效降低吊装钩头力，从而实现缓解船舶资源状况，降低导管架安装费用的目的。[关键词]导管架；气囊；吊装；充放气系统；绑扎；回收；钩头力[7]导管架海上吊装技术日趋成

2、熟，然而随着法，首选需要半潜驳船拖拉到安装位置后下潜，石油发展进程的加快，大型浮吊船舶资源日趋紧待绑扎在导管架底部的气囊入水产生浮力后，即[8]张，且日费率高昂，带来的问题是如何摆脱对船可进行导管架吊装下水安装。其安装示意图如图[1]舶资源的限制以及如何降低海上施工费用。因1。此，针对该问题目前已有引入气囊助浮来降低导[2][3]管架钩头力的可行性研究及专利。该方法主要为通过气囊绑扎导管架提供浮力，从而减少吊装[4]钩头力的需求。然而，这些研究尚未详细论证吊装过程中气囊如何固定，吊装后气囊如何排气以及气

3、囊如何拆除回收的问题。这些问题不仅影响工程的实际应用，而且如果设计中大幅增加水下作业的话，[5]对施工费用也有显著影响。因此，气囊助浮吊装导管架应用于工程项目，必须攻克三大关键技术难题：(1)气囊的绑扎设计；(2)气囊的充放气系统设计；(3)气囊的水下拆除回收设计。[6]图1气囊助浮吊装导管架安装示意图因此本文在气囊助浮的理论基础上，设计了气囊充放气系统、气囊绑扎系统和气囊拆除回收2气囊的绑扎设计方案，并结合渤海地区油田渤中34-2/4导管架的海导管架是通过气囊在水下实现助浮的，必上安装的工程应用，对该

4、关键技术进行了可靠性须保证气囊在水下能够牢牢地固定在导管架框架验证。上而不漂。同时，气囊的绑扎还要考虑后期在海1理论基础上如何方便地拆除，要设法使气囊放气后自动脱气囊助浮吊装导管架的核心原理是利用气囊产生的廉价净浮力降低浮吊钩头力。由于气囊必作者简介：王亮（1987—），男，山西太原人，学士，工程师。研究方向为船舶与海洋工程结构设计。须在水中才能产生浮力，因此需要采用浅水浮托石油和化工设备-76-技术交流2017年第20卷离导管架，以免除水下操作。所以，该设计难点3气囊的充放气系统设计为：气囊在完成助浮

5、导管架安装之后，需进行放(a)气囊本体将受到巨大浮力及回收时的拖拽气操作，因此必须设计一套水上控制的充放气系力；统，可避免水下操作施工以及水下直接排气产生的危险。(b)气囊充气时要保证能够稳定固定在导管架上；同时，为了提高工程可靠性，参考借导管架[9]扶正的注水系统，对气囊充放气系统提出以下功(c)气囊排气后，可以自动脱离导管架。能要求：针对难点a，气囊本体受力本身不是问题，然(1)实现气囊（组）下水前快速充气，压力监后气囊本体为光滑的橡胶，难以找到固定点和绑扎测功能；点，因此设计为网套包裹气囊，不仅提

6、供固定和绑(2)实现气囊（组）下水后压力监测、排气控扎点，而且使受力更可靠，网套设计图如图2。制功能；(3)实现气囊（组）充放过程中相对独立，互不干扰；(4)实现气囊（组）管路和手动操作盘快速脱离功能；(5)实现气囊（组）及管路附件的回收，并减少不可回收元件数量。因此，系统设计组成为气囊囊嘴功能元件、图2气囊网套示意图控制管线敷设和导管架顶部的操作盘。设计原理难点b和难点c的矛盾在于，如果按照常规绑图如图4。扎方案，通过简单绑扎来约束气囊三个方向的自由度，那么必然在后期造成巨大的拆除困难。新的设计思路是

7、，根据气囊充气膨胀以及在水下产生巨大浮力的特性，在导管架的防沉板上设计了“门”字框架，利用气囊充气膨胀和水下巨大浮力的预紧力，从而与“门”字框架顶死、卡紧，而当气囊放气后，气囊失去过紧配合力及浮力，从而实现自动脱离导管架。另外，考虑到气囊体从门型框架窜出的风险，在框架之间固定网罩，最终的绑扎设计示意图如图3。图4气囊系统原理图其中囊嘴功能元件设计如图5。图3门型框架绑扎方案示意图图5气囊功能元件设计图第9期王亮气囊助浮吊装导管架的关键技术研究及工程应用-77-4气囊的拆除回收设计5.1气囊海上施工流程为

8、了便于拆除回收，在绑扎设计和系统设(1)气囊下水准备工作计时已经为拆除方案充分考虑。但仍需要提前设对气囊的绑扎及囊内气压进行了检测，检测计一条连接气囊的牵引绳从气囊布置到导管架顶结果显示，该气囊固定牢固，与门型框架贴合紧部，以方便海上拆除回收。牵引绳的选取可根据密；气压气囊预充气0.16MPa，海上运输后，气压[10]气囊自重加气囊最大排水重量保守取值。牵引未损失，保压性能良好。调节控制面板阀门，使绳的布置图如图6。气囊放气，达到设计下水压