高超，胡紹峰，賀佛林，邱輝武，何昱亮，邱壕威

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳518000）

0 引 言

海底管道作為海上油氣田的“生命線”，對(duì)海上油氣田的產(chǎn)品外輸起著至關(guān)重要的作用，海底管道受損后，通常采用水下夾具維修或管段更換維修，此兩種維修方案分別涉及夾具安裝或機(jī)械連接器安裝，而海管安裝區(qū)的直線度和橢圓度會(huì)直接影響夾具或機(jī)械連接器與海管的接觸密封效果，進(jìn)而對(duì)海管維修成敗起決定性作用，因此在安裝前需對(duì)海管直線度和橢圓度進(jìn)行測(cè)量，以便判斷所選擇的安裝位置能否滿足夾具或機(jī)械連接器的安裝要求[1-2]。

1 海管直線度和橢圓度定義及允許偏差

1.1 海管直線度定義及允許偏差

根據(jù)API 規(guī)范推薦的海管直線度計(jì)算方法[3]，當(dāng)海管長度為L，從海管兩管端引一條牽引直線，海管表面距離引線最大距離為e。直線度計(jì)算公式為s=e/L。其中s 表示海管沿直線方向偏移程度。

非末端處海管直線度測(cè)量方法如圖1 所示，從海管兩端面引一條牽引直線，海管表面距離引線最大距離為e，要求e 不超過0.002L。

海管在末端的直度測(cè)量方法如圖2 所示，需從距離海管末端1.8 m 位置處引一條牽引直線，在海管末端1.5 m 范圍內(nèi)，海管表面距離引線最大距離為e，要求e 不超過3.2 mm。

圖1 海管管身直線度測(cè)量

1.2 海管橢圓度定義及允許偏差

圖2 海管末端直線度測(cè)量

表1 海管橢圓度允許偏差

2 海管橢圓度測(cè)量裝置及技術(shù)

2.1 海管橢圓度測(cè)量比對(duì)環(huán)

該橢圓度測(cè)量比對(duì)環(huán)由Oceaneering 公司提出，其可根據(jù)各管徑海管需要，制作好適應(yīng)對(duì)應(yīng)管徑的比對(duì)環(huán)，在制作過程中將表1 中橢圓度允許偏差標(biāo)準(zhǔn)一并考慮進(jìn)來。在水下施工時(shí)，首先進(jìn)行海管切管，然后采用提管架將海管提離海床，并對(duì)海管進(jìn)行涂層清理及焊縫打磨，最后由水下機(jī)器人手握橢圓度測(cè)量比對(duì)環(huán)從海管切口面套入至海管，如海管橢圓度滿足要求，則橢圓度比對(duì)環(huán)能順利套入海管，否則橢圓度比對(duì)環(huán)無法套入，需重新切管進(jìn)行套入測(cè)試，直至海管橢圓度滿足要求[4]。

該橢圓度測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是：1）需要完成海管切割后，才能進(jìn)行橢圓度比對(duì)環(huán)套入海管，如海管橢圓度不滿足要求，則需要重新進(jìn)行海管切割，直至海管橢圓度滿足要求；2）橢圓度比對(duì)環(huán)測(cè)量為定性觀察，即根據(jù)比對(duì)環(huán)能否套入海管定性判斷橢圓度能否滿足要求，無法進(jìn)行橢圓度定量測(cè)量。

圖3 Oceaneering 橢圓度測(cè)量比對(duì)環(huán)

2.2 海管橢圓度測(cè)量卡尺

該橢圓度測(cè)量卡尺由主框架、卡尺行進(jìn)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)和卡尺等組成。適用管徑6～30 in，工作水深0～2000 m，測(cè)量精度達(dá)0.5 mm。在下放海管橢圓度測(cè)量卡尺就位前，將電動(dòng)機(jī)電纜澆筑至水下機(jī)器人電纜上；待澆筑完成后，通電啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)將卡尺完全打開；水下機(jī)器人手握把手，并下放水下機(jī)器人至海管安裝位置就位；水下機(jī)器人將海管橢圓度測(cè)量卡尺置于安裝位置就位；啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)合攏卡尺，卡尺將夾住海管；采集海管外徑測(cè)量數(shù)據(jù)；啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)打開卡尺；沿海管同一截面周向挪動(dòng)海管橢圓度測(cè)量卡尺至下一位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；重復(fù)上述步驟，進(jìn)行海管外徑測(cè)量。

該橢圓度測(cè)量卡尺的優(yōu)點(diǎn)是：1）無需先切海管即可進(jìn)行海管橢圓度測(cè)量；2）能夠定量測(cè)量出海管橢圓度數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是：1）需要將電動(dòng)機(jī)電纜澆筑至水下機(jī)器人上，澆筑點(diǎn)密封防水要求高；2）只能沿圓周采集部分?jǐn)?shù)據(jù)，無法沿海管圓周全方向采集數(shù)據(jù)。

圖4 橢圓度測(cè)量卡尺

3 海管直線度測(cè)量裝置及技術(shù)

3.1 海管直線度測(cè)量比對(duì)尺

該直線度測(cè)量比對(duì)尺亦由Oceaneering 公司提出，其可根據(jù)各管徑海管需要，制作好適應(yīng)對(duì)應(yīng)管徑的比對(duì)尺。在水下施工時(shí)，首先由提管架將海管提離海床，然后對(duì)海管進(jìn)行涂層清理及焊縫打磨，最后由水下機(jī)器人將直線度比對(duì)尺置于海管表面，繞海管一周，觀察海管表面與比對(duì)尺上橫梁是否存在間隙，從而判斷所測(cè)量區(qū)域的海管直線度是否滿足要求[1,3]。

該直線度測(cè)量比對(duì)尺的優(yōu)點(diǎn)是：1）結(jié)構(gòu)簡單，便于操作；2）繞圓周一圈即能觀察海管直線度能否滿足要求。其缺點(diǎn)是：直線度測(cè)量比對(duì)尺測(cè)量為定性觀察，即根據(jù)海管表面與比對(duì)尺上橫梁是否存在間隙定性判斷直線度能否滿足要求，無法進(jìn)行直線度定量測(cè)量。

圖5 Oceaneering 直線度測(cè)量比對(duì)尺

3.2 海管直線度激光測(cè)量

海管直線度激光測(cè)量裝置由控制面板、浮材、卡爪機(jī)構(gòu)、激光測(cè)量機(jī)構(gòu)等組成。適用管徑6～30 in，工作水深0～2000 m，有效測(cè)量長度1 m，測(cè)量精度0.5 mm。在進(jìn)行下放海管直線度激光測(cè)量裝置至海管就位前，將卡爪機(jī)構(gòu)的卡爪打開；下放海管直線度激光測(cè)量裝置至海管就位；水下機(jī)器人將hot stab 插入控制面板的液壓插座；啟動(dòng)卡爪機(jī)構(gòu)，將卡爪機(jī)構(gòu)的卡爪合攏抱緊海管；水下機(jī)器人將電氣插頭插入至控制面板上的電氣插座，啟動(dòng)激光測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行海管直線度測(cè)量；測(cè)量完成后打開卡爪機(jī)構(gòu)的卡爪，回收海管直線度激光測(cè)量裝置至水面。

圖6 直線度激光測(cè)量裝置

該直線度激光測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)是能夠定量測(cè)量出海管直線度數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)是：1）操作復(fù)雜，需水下機(jī)器人提供液壓及電力支持；2）裝置尺寸較大，不利于沿圓周方向挪位測(cè)量。

4 結(jié) 語

本文對(duì)海管直線度和橢圓度的定義、允許偏差、水下測(cè)量裝置進(jìn)行了介紹，得出如下結(jié)論：1)橢圓度比對(duì)環(huán)水下測(cè)量海管橢圓度時(shí)，需先進(jìn)行海管切割，后進(jìn)行橢圓度測(cè)量，存在重復(fù)切管測(cè)量的可能，不利于提高施工效率；2)使用橢圓度測(cè)量卡尺時(shí)，無需先進(jìn)行海管切割，且能反饋定量測(cè)量結(jié)果，能避免重復(fù)切管，但需關(guān)注電動(dòng)機(jī)電纜澆筑點(diǎn)的密封防水問題；3)直線度測(cè)量比對(duì)尺能沿海管圓周全方向，且操作方便，能快速判斷出海管直線度是否滿足要求；4) 直線度激光測(cè)量裝置能夠定量測(cè)量出海管直線度數(shù)據(jù)，但受限于裝置整體尺寸原因，不利于水下機(jī)器人沿圓周方向挪位操作。