乙二醇立管底部接头的倾斜问题与解决方法研究

原庆东，张玉勇，林影练，徐志毅，陈晓彦

中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067

乙二醇立管底部接头的倾斜问题与解决方法研究

原庆东，张玉勇，林影练，徐志毅，陈晓彦

中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067

乙二醇（MEG）在天然气田生产作业中一般被注入到井口及天然气管道初始端，用于防止和减少天然气水合物的产生。某深水气田平台导管架底部的乙二醇立管专用接头及其压帽在安装过程中发现严重倾斜，使得接头压帽如何拆卸成了大难题，影响到后续的跨接管安装及整个施工工期。经过计算机模拟研究和陆地试验，并采用潜水员作业和浮袋提升的方法，最终拆卸了严重倾斜的专用接头压帽，使后续跨接管的海上安装作业得以继续进行。

乙二醇；立管接头；压帽拆除；模拟研究；跨接管安装

1 立管接头及压帽用途介绍

南海某气田水深1 400 m，采用乙二醇（MEG）注入方式来消除气井生产管道中天然气水合物的形成。乙二醇注入系统被安装在CEP中心生产平台，并通过一根6 in（1 in=24.5 mm）平台立管和6 in海底管道注入到约1 400 m水深的水下分配单元（SDM），再分配到各井口注入点注入。平台立管和海底管道的连接采用立式跨接管及CVC连接器，立式跨接管一端与平台立管接头相连，另一端与海管终端（PLET）接头相连 （如图1所示），安装设计采用ROV辅助连接方式。

6 in平台立管位于平台东南面，从上沿导管架结构向下到平台导管架底部水深188 m处，在水平方向拐向导管架外侧约1 m。立管沿途用管卡固定，端部安装向上的专用CVC接头用于和水下跨接管连接，如图2所示。

立管随导管架一起制造，并预装CVC连接器接头及压帽（flooding cap）。

图1 导管架乙二醇立管与海底管道连接方式

压帽（flooding cap）在导管架下水前预装在管端头（hub）上，它不仅提供了对管端头的密封，同时还起到保护管接头密封面的作用。压帽上带有一个2 in阀门和一个专用插头（hot stab），对平台立管进行冲水清管时用ROV打开2 in阀门并拔掉插头。如图3所示。

图2 导管架平台立管走向及专用CVC接头

图3 接头压帽示意

接头压帽靠自身重力下落并锁止在立管专用CVC接头上，拆除时直接上提即可脱离立管接头，但安装和拆卸所要求的垂直角度和水平角度误差不应超过2°。压帽的主要技术指标如表1所示。

表1 压帽的主要技术指标

2 6 in MEG立管接头倾斜问题

图4 立管接头实际安装的偏离情况

3 压帽拆卸模拟分析与试验

3.1 计算机模拟分析

拆卸接头压帽的唯一方法是在保证上提垂向角度的同时增大上提拉力，但过大的上提力会损坏立管及其管卡，造成严重后果。

为此，对接头压帽上拉作业使用ABAQUS软件进行了有限元模拟分析，主要分析内容有：其一，倾斜角度为5°情况下上提6 in接头压帽时的立管系统结构所受力分析；其二，接头压帽被上拉脱离立管接头时的立管系统受力分析；其三，用来固定导管架上立管的固定卡子[1]的承受力分析。

模拟分析主要选择受力较大且距离立管接头最近的管卡立管段及弯头段，进行动态受力分析。接头倾斜度设定为5°、上提拉力先设定为39.2 kN（正常安装的接头压帽拆卸上提拉力为9.8 kN），最大上提拉力引起的材料屈服强度必须小于材料最小屈服强度（405 MPa）。分析边界对象为整条立管（从立管顶部到立管底部接头），并考虑了立管及弯头技术指标、管材性能、一年一遇的水下海洋环境数据、立管接头及压帽质量等。分析结论如下：

（1）39.2kN的上提拉力对于立管结构来讲是安全的。模拟应力分析结果如图5所示，表明此时立管所承受的最大的冯·米塞斯等效应力（VMstress）为208 MPa，低于材料所允许的最小屈服强度（405 MPa）。

图5 39.2 kN上提拉力模拟应力分析结果

（2）最大上提拉力不能高于73.5 kN。分析发现，立管接头倾斜度越大，立管所受到的应力越大。在立管接头倾斜5°，施加上提拉力为73.5 kN时，立管在管卡部位所受应力达到了390 MPa，如图6所示。

图6 73.5 kN提拉力模拟应力分析结果

（3）导管架上的固定卡子足以承受提拉作业产生的应力。根据固定卡子的设计计算，当上提拉力不大于73.5 kN时，固定卡子受力在可承受范围内。

3.2 陆地模拟拆除试验

为了验证在不同偏离角度下的接头压帽拆除难度，专门在珠海现场工间里进行了模拟拆除试验，如图7所示。试验结果证实：在偏离角度1°时，接头压帽很容易拆除；偏离2°时，拆除比较困难；偏离3°时，拆除很困难（上提拉力达到44.1 kN时，才可以拆卸）。

4 接头压帽现场拆除方法研究

图7 接头压帽拆除陆地试验

按照原设计方法，接头压帽的拆除是通过平台下放吊机吊钩，ROV在水下将吊钩与预安装的接头压帽起吊索具相连，然后用平台吊机上提完成接头压帽的拆除工作。根据上述模拟计算结果和陆地实验数据，原拆除方法因上提角度存在不确定性而存在极高的立管损坏风险。也曾考虑使用工程船吊机进行拆除接头压帽的方法，但因工程船受海况影响较大，拆除立管接头压帽的上提角度也不容易把握，且靠近平台作业存在碰撞风险，因此该方案亦最终未被采纳。经分析比较，决定采用潜水作业方案进行接头压帽的拆除。

6 in MEG管道接头位于188 m水深，可以进行潜水作业。潜水员在水下比ROV有更大的灵活性，可进行一些更加细微或空间受限的水下工作。首先，使用ROV对导管架底部进行海底调查，对立管下端接头部位进行详细检查，以做好充分的前期准备工作；其次，潜水员可从潜水支持船下入到海底进行安装调节浮袋和使用千斤顶等作业。采用浮袋[2]提供拆除接头压帽的上提拉力，保证上提角度，可以通过充气或放气调整浮袋的上提拉力的大小；使用千斤顶将偏离的立管端及接头压帽扶正，以减少接头压帽的偏离角度。

土的变形特征参数包括固结指数（Cc、Cs、Cr）和弹性模量（E、G、K、B），还有蠕变参数。基于CPTU资料估计土的压缩模量Es，可以表示成净锥尖阻力qn的函数。对于超固结黏土，Senneset（1982，1989）建议采用如下线性模型：

5 跨接管安装研究

跨接管对接接头的角度必须和立管接头的角度符合才能保证水下对接成功。由于立管CVC接头倾斜过大，使得跨接管的安装遇到了一定的困难，为了保证跨接管的安装成功，研究宜采取将跨接管先与平台立管端对接安装，再与海管终端对接安装的方法。

6 现场实施效果

6.1 6 in接头压帽拆除

2013年7月潜水工程支持船NORMAND CLUFF号进入安装作业现场。潜水员潜入到水下约190 m海底，使用浮袋充气进行接头压帽的提拉，并使用万能千斤顶顶升接头压帽较低部位以减少偏离角度。作业过程中千斤顶曾因顶升位置不合适而不得不回收到甲板上进行调整再下放入海。在适当调整浮袋浮力后，经过近24 h的水下作业，接头压帽最终被拆下来。接头压帽拆下后，立管端口安装临时防护帽对立管进行了保护。

6.2 跨接管安装

2013年10月FDS主作业船到达跨接管安装现场，从运输驳船上吊起并下放预制好的6 in乙二醇跨接管。跨接管首先在平台端安装就位，完成立管与跨接管的连接工作；管道终端与跨接管的安装就位则遇到一些困难，跨接管与管道终端接口不能完全对接好，通过加装水下葫芦来调整补偿浮子的浮力，从而调整跨接管端部角度和位置，最终使连接安装工作得以完成。

7 结束语

通过模拟计算分析以及陆地试验提供作业依据、并采用潜水员作业、浮袋提供上拉力、千斤上顶减少倾斜度等技术，成功地拆除了严重倾斜的接头压帽，为随后的跨接管安装迈出了关键一步。这些方法和技术为类似问题的解决提供了有价值的参考。

在导管架项目建造过程中，应重视立管接头的建造和安装质量。立管接头安装的垂直度和位置应有专人监控，保证在预期的现场安装工作不发生大的差错，务必将可能出现的问题消灭在萌芽状态。

[1]戴国华，王宏光.导管架水下立管卡子螺栓松脱分析及应对[C]//海油石油工程技术论文，第4集.北京：中国石化出版社，2012：369-375.

[2]辛晓辉，张孝卫，刘玉玺，等.气囊助浮大型导管架下水可行性研究[J].石油工程建设，2014，40（5）：26-30.

我国非常规能源屡获新突破

从页岩气到可燃冰，再到干热岩，今年以来，我国非常规能源发展获得多项重大突破。2017年10月11日，国土资源部矿产资源储量评审中心主任张大伟在上海表示，国土资源部正在向国务院申报天然气水合物新矿种，组织编制《天然气水合物勘查规范》。

天然气水合物，又称可燃冰。今年5月10日，我国在南海神狐海域天然气水合物试采成功。截至7月9日，试开采连续试气点火60天，累计产气30.9万立方米，平均日产5 151立方米，甲烷含量最高达99.5%。张大伟说，这次试采取得了多项重大突破性成果，创造了产气时长和总量的世界纪录。随着科技不断突破，预计2030年我国天然气水合物年产能达到10亿立方米。

今年以来，在长江沿线，我国页岩气勘探开发连续取得重大突破。截至目前，我国累计探明页岩气地质储量7643亿立方米。其中，重庆涪陵页岩气田累计探明地质储量6 008亿立方米，成为北美之外最大的页岩气田。伴随着技术突破，页岩气作为独立矿种，在我国已经实现了从潜在能源到现实能源的跨越。张大伟介绍说，2016年我国页岩气产量达到78.82亿立方米，预计2017年产量达到100亿立方米，仅次于美国、加拿大，位居世界第三。我国页岩气发展规划提出，到2020年力争实现产量300亿立方米，2030年实现产量800亿到1 000亿立方米。“目前来看，我国页岩气的产量目标可以实现，甚至偏保守。”张大伟说。

作为地热能的一种，干热岩资源量巨大、分布广泛，排放几乎为零，热能连续性好，具有可观的商业价值。近期，我国在青海共和盆地3 705米深处钻获236℃的高温优质干热岩体，实现了干热岩勘查重大突破。张大伟说，根据目标规划，2020年至2030年度，我国干热岩有望实现商业化运作。

摘自：http://www.cnpc/zhlm/jrgz/jrgz/Pages/20171012_C63995.aspx

（本刊摘录）

Inclination problem ofMEGriser bottom connecting hub and solving method

YUAN Qingdong，ZHANG Yuyong，LIN Yinglian，XU Zhiyi，CHEN Xiaoyan
CNOOC Shenzhen Company，Shenzhen 518067，China

Monoethylene glycol（MEG）is widely used to prevent or reduce hydrate formation in subsea pipelines for gas field production，and it is normally injected into the wellhead and the pipeline initial end from platform.It is found that the MEG riser bottom connecting hub and its flooding cap at a certain deepwater jacket have serious inclination，which leads to big difficult problem for flooding cap removal.The problem affects the subsequent jumper installation and even the whole construction period.Therefore，the computer simulation analysis and land trialare conducted，then the way of flooding cap removalby diving operation and installing floating bag is applied.The flooding cap was finally removed.

MEG；riser connecting hub； flooding cap removal；simulation study；jumper installation

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.006

原庆东 （1963-），男，河北南宫人，高级工程师，1983年毕业于华东石油学院石油矿场机械专业，现从事海上油气田工程项目海上安装作业及研究工作。Email：qingdong_yuan@cnooc.com.cn

2017-04-26