水下嵌入式海管終端PLET設計及建造綜述

肖德明，肖易萍，陳再玉，趙曉磊，李 偉，張錚一，關 萍

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）①

水下嵌入式海管終端PLET設計及建造綜述

肖德明，肖易萍，陳再玉，趙曉磊，李 偉，張錚一，關 萍

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）①

水下生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)成為深水開發(fā)中的重要模式。海管終端PLET是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的常見設施，為油氣田水下回接提供接口。番禺35-1／35-2氣田中的海管終端PLET采用了新型嵌入式的解決方案，用于194～338 m水深，首次在國內(nèi)實現(xiàn)了嵌入式安裝。闡述了番禺35-1／35-2水下設施項目中海管終端PLET的設計方案、建造要求及控制措施等，為我國南海深水油氣田開發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗。

水下生產(chǎn)系統(tǒng)；PLET；嵌入式

隨著海洋油氣田的開發(fā)不斷向深水延伸，水下生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)成為深水開發(fā)中的重要模式。一般水下生產(chǎn)系統(tǒng)包括采油樹、水下管匯、跨接管、管道末端管匯（PLEM）／管道終端（PLET）等。PLET（PIPELINE END TERMINATION）即海底管線終端的縮寫，位于海底管線末端位置，將海管和其他生產(chǎn)設施通過跨接管（JUMPER）連接起來，為油氣田水下回接提供接口［1-3］。PLET及跨接管的使用可以有效避免由于海管的膨脹、收縮對水下結構物直接作用而造成的損壞。

番禺35-1／35-2氣田位于南中國海，隸屬于荔灣3-1氣田群，如圖1所示。水下生產(chǎn)系統(tǒng)通過?152.4 mm（6英寸）、?254 mm（10英寸）海底管線連接至番禺34-1中心平臺，并以此為過渡回接到荔灣3-1中心平臺，最后回接至珠海高欄港陸地終端。番禺35-1氣田水深194.8～201.5 m，PY35-2氣田水深236～338 m。番禺35-1支路?152.4 mm（6英寸）海管一側端部有1個PLET；番禺35-2支路?254 mm（10英寸）海管一側端部有1個PLET，?152.4 mm（6英寸）海管兩端各有1個PLET，合計4套PLET。以上4套PLET均采用“S-Lay”方法在線鋪設，首次在國內(nèi)采用嵌入式安裝。

圖1 番禺PY34-1／35-2／35-1氣田開發(fā)系統(tǒng)示意

1 設計方案概述

水下產(chǎn)品在設計階段通常就要將安裝過程考慮其中，通過結構功能設計及分析計算以滿足產(chǎn)品的相關安裝及使用要求。根據(jù)安裝方式劃分，PLET可分為吊裝安裝和鋪設安裝2種。吊裝安裝的方法是先將PLET采用吊裝的方式安放到海底，再將海管與PLET連接，通常用于PLET的體積或者質(zhì)量較大的情況下。鋪設安裝的方法一般采用“S-Lay”或“J-Lay”的方式隨海管一起安裝。與吊裝安裝PLET相比，鋪設安裝的PLET既可以節(jié)約1對水下接頭的費用，又可以減少海上連接的時間；同時也增加了PLET設計和安裝的難度［4-6］。采用“SLay”鋪設的PLET由于受到船舶作業(yè)線尺寸的限制，設計階段就需要考慮其結構空間、結構物通過托管架的受力等因素鎖定安裝的船舶。為了減少空間，PLET通常采用折疊式設計。流花4-1油田PLET作為我國首次自主設計、建造和安裝的300 m水深水下產(chǎn)品就采用折疊式設計方案。

本項目中設計和實際安裝使用的船舶為海洋石油201全回轉(zhuǎn)起重鋪管船，考慮到項目所在區(qū)域漁業(yè)活動需要防漁網(wǎng)保護及土壤條件（土壤條件以松散的沙土為主，下層為硬質(zhì)砂巖）等因素對防沉板的影響，折疊式設計方案由于整體尺寸超大，無法通過船舶作業(yè)線而放棄。

分體式嵌入方案如圖2所示，防沉板與防漁網(wǎng)保護架設計為一體，中間預留空間及滑道（為海管膨脹而引發(fā)的結構物運動提供限位及支撐平臺），這樣可以大幅減少PLET本體的質(zhì)量及尺寸。其中防沉板及保護架需提前下放至預定位置，而PLET則在海管鋪設時嵌入到保護結構中。

圖2 嵌入式PLET方案

PLET本體模型由流體管線、上部結構框架、鞍座及其他附屬結構等組成，如圖3所示。其中HUB及附屬結構、壓力帽均為Cameron公司產(chǎn)品。上部結構框架通過鞍座與主流體管連接，用于嵌入到保護結構中并為管匯本體提供限位及滑動支撐。

圖3 PLET三維模型

流體管模型如圖4所示，流體管由直管段及90°彎頭組成，90°彎頭與HUB袖管焊接；控制閥門選用球閥，該閥門提供ROV操作接口，用于ROV水下開啟、關閉閥門。HUB在實際服役狀態(tài)時與Cameron公司生產(chǎn)的立式卡爪連接器連接。流體管的直管段通過錨固件（BULKHEAD）實現(xiàn)變徑，為避免鞍座與主流體管直接焊接，在錨固件上焊接保護套管。

為了滿足海洋石油201全回轉(zhuǎn)起重鋪管船的安裝限制要求，對水下設施管道布置、結構框架進行優(yōu)化設計；并對旋轉(zhuǎn)吊耳（用于連接浮筒，防止安裝時結構物顛覆）重新設計，有效減少了PLET的整體高度。

圖4 流體管模型

2 建造要求及措施

PLET作為海底管線的一部分，其結構中既有流體管部分也有鋼結構部分，綜合體現(xiàn)了海管和海洋工程鋼結構的特點。

作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分以及深水油氣田開發(fā)的需要，番禺35-1／35-2項目建造對流體管焊接質(zhì)量、鋼結構防腐、尺寸精度等提出了嚴格的要求。

番禺35-1設計壓力27 MPa，番禺35-2設計壓力31 MPa，管線采用API X65級基管及內(nèi)部堆焊3 mm Inconel625合金的雙金屬復合管，對于焊接質(zhì)量有較高要求，需要開發(fā)X65級雙金屬復合管的焊接工藝。水下生產(chǎn)系統(tǒng)由于服役的特殊性，對于與海水接觸的鋼結構，要求鋼材涂裝表面鹽含量不超出20 mg／m2，遠高于常規(guī)海洋平臺等項目50～100 mg／m2的要求，需要開展相關的磨料噴砂試驗，以保證其防腐要求。項目對于尺寸精度有嚴格要求，累積尺寸精度需要控制在±6.35 mm，HUB組對角度公差為±0.25°，對于建造過程的下料、組對、測量、焊接變形控制等均提出了嚴格要求。鞍座作為連接結構部分與工藝管線之間的樞紐，承載著二者之間的所有載荷，保證鞍座頂板的水平度，才能有效保障后續(xù)整體的組對尺寸精度及焊接強度。

針對以上難點，通過技術攻關，自主開發(fā)了適合公司現(xiàn)有設備與人員的X65級別的冶金復合管焊接工藝，掌握了冶金復合管焊接技術，在執(zhí)行項目中復合管焊接1次合格率100%。通過項目前期磨料噴砂試驗，項目采用新的涂裝工藝，達到既經(jīng)濟同時又滿足項目需求的目的。建造過程中大量使用了全站儀等測量設備，有效地將尺寸精度控制在±6.35 mm，±0.25°。鞍座的頂板在組對階段即選用厚一點的板材，在預制后機加工，可保證頂板的水平，有效地保證了整體精度。

通過上述措施的實施，完成了4套PLET產(chǎn)品的建造，部分交付產(chǎn)品如圖5所示。

圖5 交付的PLET

3 結語

PLET產(chǎn)品在交付業(yè)主前通過了各項嚴格的測試，為水下結構物后期海上安裝、聯(lián)調(diào)打下了堅實的基礎。截至2013-11，4套PLET產(chǎn)品均已經(jīng)隨海管安裝完工，這標志著番禺35-1／35-2海管終端PLET安裝成功。番禺35-1／35-2 PLET建造、測試及安裝為我國深水油氣田水下生產(chǎn)系統(tǒng)的應用積累了寶貴的經(jīng)驗。

［1］ 于芳芳，段夢蘭，郭宏，等.深水管匯設計方法及其在荔灣3-1氣田中的應用［J］.石油礦場機械，2012，41（1）：24-29.

［2］ 譚越，石云，劉明.管道終端及防沉板基礎分析［J］.海洋石油，2011（9）：93-96.

［3］ 周美珍，王長濤，張飛.流花4-1海管PLET建造和安裝要求綜述［J］.中國造船，2013（A1）：302-306.

［4］ 楊偉，葉茂，何寧，等.深水海底管道J型鋪設工藝及設備研究［J］.石油礦場機械，2013，42（1）：14-20.

［5］ 王建文，王春升，楊思明.水下生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)模式和工程方案設計［C］／／第十三屆科協(xié)年會海洋工程裝備發(fā)展論壇論文集，2011.

［6］ 張瑾，謝毅.深水水下管匯安裝方法與進展［J］.海洋工程，2011（1）：143-148.

Summary on Design Plan and Fabrication Requirements for a New Type of Embedded PLET

XIAO De-ming，XIAO Yi-ping，CHEN Zai-yu，ZHAO Xiao-lei，LI Wei，ZHANG Zheng-yi，GUAN Ping
（China Offshore Oil Engineering Company，Tianjin 300452，China）

Subsea production system has become the important development mode in deep water development.Pipeline End Termination（PLET）is common facilities in subsea production system and is used to provide subsea tieback interface.An embedded type PLET has been adopted in Panyu 35-1／35-2 Gas field with the depth of 194 to 338 m.It has realized the embedded online installation for domestic under water engineering for the first time.Design plan and fabrication requirements of PLET in Panyu 35-1／35-2 subsea facilities project has been given in this paper.Technical experiences have been made for the future development of deep water oil and gas field in the south China sea.

subsea production system；PLET；embedded

TE952

A

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.07.022

1001-3482（2014）07-0084-03

2014-01-20

國家科技重大專項“深水水下生產(chǎn)設施制造、測試裝備及技術”（2011ZX05027-004）

肖德明（1985-），男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，碩士，主要從事海洋鋼結構、水下結構物制造及測試工作，E-mail：xiaodm＠m(xù)ail.cooec.com.cn。