[发明专利]一种基于形态吸能的海底管道止屈器制作和固定方法

说明书

技术领域

本发明属于海底管道安装和运营技术领域，具体涉及一种能够有效防止海底管道的屈曲 传播的制作和固定方法。

背景技术

海底管道是海洋石油工程中重要的油气输运方式，它的安全运营是确保海上油气生产顺 利进行的关键。深水海底管道由于其铺设海域水深较大，将承受巨大的静水压力。深水管道 平铺在海床上可能会遭受锚等重物下落的撞击，这将造成自身的几何缺陷；深水的低温环境 与管内输送热油液构成管道内外温差，会管道产生轴向变形；铺管过程中不合理的操作可能 会引起垂弯段弯矩过大；特殊海洋环境以及输送液体对管道可能构成的局部腐蚀。以上种种 因素都可能引发深水管道的局部屈曲压溃。当管道发生局部屈曲压溃后，若外水压超过一定 压力，管道的压溃形态将沿管长方向向两边传播开来，造成整条管道的破坏，这种现象就是 屈曲传播现象，维持管道屈曲传播所需要的最小外压力就是屈曲传播压力。

屈曲传播一旦发生，要使其终止，则要具备以下两个条件之一：外压降至屈曲传播压力 以下，或者屈曲传播遭到它无法穿越的物理障碍。因为管道的屈曲传播压力一般明显小于它 的屈曲压溃压力，从前一个条件出发，以屈曲传播压力为稳定性设计准则来设计管道，使管 道所受外压总低于其屈曲传播压力，这将使管道的壁厚大大增加，显然是十分不经济的。因 此，设置有效的物理障碍，来阻止屈曲传播，成为了应对管道屈曲传播问题的主要手段。这 种抑制屈曲传播的结构就是止屈器。

有效的止屈器可以成功防止屈曲沿管道轴向的传播，使管道出现的屈曲压溃仅发生在两 个止屈器之间，从而避免整条管道遭受破坏。止屈器的基本形式是一个厚壁圆环，当前常用 的止屈器根据安装形式的不同，可分为有扣入式、缠绕式和整体式止屈器。扣入式止屈器先 旋入到管道指定位置然后直接夹紧，缠绕式止屈器在管道的指定位置进行缠绕，整体式止屈器 的内径和管道的内径一样，而壁厚比管道更厚，两者同轴排好之后再连接处焊接。在扣入式 止屈器的基础上，在其与管道之间的连接增加了两道焊缝，可形成焊接式止屈器。

从止屈性能上看，整体式止屈器的止屈效果最好，但对焊接工艺要求较高，安装复杂， 且重量较重。扣入式和焊接式止屈器结构简单，制造方便，但止屈效率较低，不适用于深水 管道。缠绕式止屈器的情况与扣入式止屈器大体相似，也不适于深水管道使用。

从止屈原理上看，三种止屈器都是通过提高管道环向刚度来阻止屈曲传播的，且这种环 向刚度的加强是沿环向均匀进行的。这种均匀环向加强型止屈器的从理想角度讲，其止屈效 率的形式莫过于整体式止屈器。因此，基于这一原理想很难进一步提高止屈器的效率，以适 应深水管道的应用。

管道屈曲压溃的变形形态，将直接影响管道屈曲传播过程中的能量平衡，通过止屈器干 扰屈曲压溃的变形形态，使屈曲传播穿越止屈器付出更高的能量，这从能量观点上是合理的。 根据国外进行的扣入式止屈器和整体式止屈器的穿越试验资料，止屈效率较低的止屈器多发 生平行穿越的失效模式，而止屈效率较高的止屈器的失效模式主要是正交穿越。由此可以推 想：要进一步提高止屈器的止屈效率，可以止屈器设计中引入一些对屈曲传播的压溃形态构 成干扰和诱导作用的因素，使之穿越止屈器就要发生比正交穿越更为耗能的形态变换过程。

目前，还没有一种从形态吸能角度出发提高止屈效率的止屈装置出现，且没有比整体式 止屈器重量更轻、适于深水管道的止屈装置出现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是克服现有深水止屈器技术上的不足，从形态吸能这样一 个新的角度出发设计出一种止屈效率较高的止屈器，提供了这种止屈器的制造和在海底管道 上安装和固定的方法。本发明通过采取合理的施工工艺，降低成本，有效控制海底管道屈曲 传播现象，实现经济性和安全性的完美统一。本发明的技术方案如下

一种基于形态吸能的海底管道止屈器制作和固定方法，包括下列步骤：

(1)制作一对内径与海底管道外径相同的半圆柱形壳体，两个半圆柱形壳体对接后形成一 个圆柱体；

(2)采用轴向切割结合环向切割的方式，将每个半圆柱形壳体的一端的中部切割下一块， 称之为中部干扰壳，将每个壳体的另一端的两侧各切割下一块，称之为侧边干扰壳，从两个 壳体共切割下来六块大小和形状均相同的干扰壳；

(3)将切割了干扰壳的两个半圆柱形壳体对接后固定在海底管道上，一个壳体的切割了中 部干扰壳的一端与另一个壳体的切割了侧边干扰壳的一端在对接后位于同一端；