海管直線度及橢圓度水下測量技術

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”，對海上油氣田的產品外輸起著至關重要的作用，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械連接器安裝，而海管安裝區的直線度和橢圓度會直接影響夾具或機械連接器與海管的接觸密封效果，進而對海管維修成敗起決定性作用，因此在安裝前需對海管直線度和橢圓度進行測量，以便判斷所選擇的安裝位置能否滿足夾具或機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API 規范推薦的海管直線度計算方法[3]，當海管長度為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，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 海管末端直線度測量

表1 海管橢圓度允許偏差

2 海管橢圓度測量裝置及技術

2.1 海管橢圓度測量比對環

該橢圓度測量比對環由Oceaneering 公司提出，其可根據各管徑海管需要，制作好適應對應管徑的比對環，在制作過程中將表1 中橢圓度允許偏差標準一并考慮進來。在水下施工時，首先進行海管切管，然后采用提管架將海管提離海床，并對海管進行涂層清理及焊縫打磨，最后由水下機器人手握橢圓度測量比對環從海管切口面套入至海管，如海管橢圓度滿足要求，則橢圓度比對環能順利套入海管，否則橢圓度比對環無法套入，需重新切管進行套入測試，直至海管橢圓度滿足要求[4]。

該橢圓度測量技術的優點是操作方便、結構簡單，缺點是：1）需要完成海管切割后，才能進行橢圓度比對環套入海管，如海管橢圓度不滿足要求，則需要重新進行海管切割，直至海管橢圓度滿足要求；2）橢圓度比對環測量為定性觀察，即根據比對環能否套入海管定性判斷橢圓度能否滿足要求，無法進行橢圓度定量測量。

圖3 Oceaneering 橢圓度測量比對環

2.2 海管橢圓度測量卡尺

該橢圓度測量卡尺由主框架、卡尺行進機構、電動機和卡尺等組成。適用管徑6～30 in，工作水深0～2000 m，測量精度達0.5 mm。在下放海管橢圓度測量卡尺就位前，將電動機電纜澆筑至水下機器人電纜上；待澆筑完成后，通電啟動電動機將卡尺完全打開；水下機器人手握把手，并下放水下機器人至海管安裝位置就位；水下機器人將海管橢圓度測量卡尺置于安裝位置就位；啟動電動機合攏卡尺，卡尺將夾住海管；采集海管外徑測量數據；啟動電動機打開卡尺；沿海管同一截面周向挪動海管橢圓度測量卡尺至下一位置進行數據采集；重復上述步驟，進行海管外徑測量。

該橢圓度測量卡尺的優點是：1）無需先切海管即可進行海管橢圓度測量；2）能夠定量測量出海管橢圓度數據。缺點是：1）需要將電動機電纜澆筑至水下機器人上，澆筑點密封防水要求高；2）只能沿圓周采集部分數據，無法沿海管圓周全方向采集數據。

圖4 橢圓度測量卡尺

3 海管直線度測量裝置及技術

3.1 海管直線度測量比對尺

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

該直線度測量比對尺的優點是：1）結構簡單，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。其缺點是：直線度測量比對尺測量為定性觀察，即根據海管表面與比對尺上橫梁是否存在間隙定性判斷直線度能否滿足要求，無法進行直線度定量測量。

圖5 Oceaneering 直線度測量比對尺

3.2 海管直線度激光測量

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

圖6 直線度激光測量裝置

該直線度激光測量裝置的優點是能夠定量測量出海管直線度數據，缺點是：1）操作復雜，需水下機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量。

4 結 語

本文對海管直線度和橢圓度的定義、允許偏差、水下測量裝置進行了介紹，得出如下結論：1)橢圓度比對環水下測量海管橢圓度時，需先進行海管切割，后進行橢圓度測量，存在重復切管測量的可能，不利于提高施工效率；2)使用橢圓度測量卡尺時，無需先進行海管切割，且能反饋定量測量結果，能避免重復切管，但需關注電動機電纜澆筑點的密封防水問題；3)直線度測量比對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) 直線度激光測量裝置能夠定量測量出海管直線度數據，但受限于裝置整體尺寸原因，不利于水下機器人沿圓周方向挪位操作。