動態(tài)海纜海底濕存技術(shù)研究及應(yīng)用

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

中國南海某油田群的浮式生產(chǎn)儲油船F(xiàn)PSO達到設(shè)計使用壽命，需要進塢維修。塢修期間對其內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點浮筒進行更換，需要提前在海上對動態(tài)海纜進行解脫和濕存工作。

受FPSO塢修和單點浮筒更換周期的影響，海纜動態(tài)段需要臨時存放在100 m水深的海底長達4個月。該海纜已服役達15年之久，根據(jù)以往項目案例[1-2]，該海纜接近設(shè)計使用壽命，存在材質(zhì)老化、機械強度弱化和阻水功能退化等較為嚴(yán)重的問題，一旦受損或進水將會影響整個油田的復(fù)產(chǎn)計劃。

針對以上特點，該工程自主設(shè)計并制造了海纜索節(jié)式牽引頭等一批結(jié)構(gòu)件，對海纜密封、下放和濕存方案進行設(shè)計和研究，并在實際施工作業(yè)中取得了良好效果。該關(guān)鍵技術(shù)的成功應(yīng)用可為今后其他工程項目的安裝設(shè)計及實施提供借鑒和參考。

1 動態(tài)海纜端部密封工藝

動態(tài)海纜的永久錨固由外殼和內(nèi)核組成，其中內(nèi)核與海纜鎧裝鋼絲澆筑成一體，作為承受海纜重量的關(guān)鍵部件。內(nèi)核至端頭部分的海纜由于剝離鎧裝層、內(nèi)層護套、外層護套及填充，不具備受力能力，阻水能力較差。為保證動態(tài)海纜在水下的設(shè)計狀態(tài)，該段海纜需要保留并在回接時重新接入接線箱內(nèi)。因此內(nèi)核以上的海纜防水密封和機械防護至關(guān)重要。

圖1 海纜錨固外殼移除、內(nèi)核提升和新錨固內(nèi)核安裝

如圖1所示，海纜密封和濕存前需要首先將其電單元、光單元纜芯的端頭從接線箱內(nèi)分離，拆除海纜錨固件外殼。由于錨固內(nèi)核以上海纜已將內(nèi)、外層護套剝離，無法安裝用于密封的熱縮三指套，需要使用內(nèi)核提升件將海纜向上提升少量距離，為海纜在浮筒頂部安裝臨時固定卡具，最后拆除舊錨固內(nèi)核，安裝新錨固內(nèi)核。

如圖2所示，將新、舊錨固內(nèi)核間統(tǒng)包海纜外層聚乙烯護套及鎧裝少部分剝離，漏出內(nèi)護套。將遇水變色試劑分散涂在各纜芯上，用于鑒定是否進水。將3根電單元分別套入熱縮三指套的每個手指，光單元插入附近電單元的手指內(nèi)，并使三指套主管套入統(tǒng)包海纜內(nèi)護套上。加熱熱縮，使三指套緊密結(jié)合在統(tǒng)包海纜內(nèi)護套及光電單元纜芯上，避免內(nèi)部殘存空氣。

使用整根熱縮中壁護套管套在纜芯上，一端與三指套手指搭接重疊，一端與纜芯端頭重合，加熱熱縮。使用熱縮封帽外套在光電單元纜芯端頭，加熱熱縮，在熱縮封帽與熱縮中壁護套管搭接處使用防水膠帶纏繞數(shù)圈，加強密封效果。

使用強力膠帶將密封的光、電單元纜芯收緊、捆扎。使用金屬帽套在光電單元纜芯端頭外部，用于對纜芯端頭進行機械防護。使用雙組分聚氨酯灌入金屬帽與纜芯間的空隙內(nèi)，進行硫化處理，為保證硫化效果，建議硫化時間不少于24 h。使用熱縮封帽套在金屬帽外層，加熱熱縮。在熱縮封帽外層及三指套主管上各纏繞1圈密封膠條。

將熱縮中壁護套管套從熱縮封帽末端一直套到統(tǒng)包海纜內(nèi)護套上，使熱縮封帽及三指套主管均置于該熱縮中壁護套管內(nèi)部，從該熱縮中壁護套管中間向兩端均勻加熱，避免內(nèi)部殘存空氣。將一圈密封膠條套在上層熱縮中壁護套管外層端頭附近，使用一熱縮封帽套在上層熱縮中壁護套管外層，加熱熱縮。使用防水膠帶在熱縮封帽、海纜內(nèi)護套與其內(nèi)層熱縮中壁護套管重合處，纏繞數(shù)圈。然后使用一層熱縮中壁護套管套熱縮在上一層熱縮中壁護套管套外層及動態(tài)海纜外層護套上，避免海水從海纜外層護套和內(nèi)層護套之間進入。至此，動態(tài)海纜端頭完成防水密封。

2 多節(jié)互鎖式索節(jié)牽引頭設(shè)計

完成海纜端頭防水密封后，需要為該段海纜安裝多節(jié)互鎖式索節(jié)牽引頭。牽引頭設(shè)計主要考慮以下5點：1）密封段海纜已剝離鎧裝層，牽引頭結(jié)構(gòu)設(shè)計時需考慮包覆在海纜的外部，起到機械防護的作用。2）密封段海纜已剝離鎧裝層，無法直接承受動態(tài)段海纜重量的牽引力，需要將牽引頭末端與海纜的錨固內(nèi)核進行連接，作為動態(tài)海纜向上牽引的受力點，牽引頭首端可通過索具連接絞車進行牽引。3）海纜在下放和回收時需要通過單點浮筒內(nèi)的護管，并且需要保證在與海床接觸時不能過度彎曲，因此將其設(shè)計成索節(jié)式，兼具柔性同時限制海纜的彎曲半徑。4）設(shè)計結(jié)構(gòu)的外徑應(yīng)能使海纜牽引頭順利通過護管，在端頭位置和靠近錨固內(nèi)核位置的海纜相對外徑較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要重點考慮。5）牽引頭首端吊耳的強度在設(shè)計時，需要充分考慮動態(tài)海纜在濕存和回接過程中所需的最大牽引力。

基于上述因素設(shè)計，牽引頭主要由拖拉頭、首端索節(jié)、主體索節(jié)、尾端索節(jié)、短節(jié)、懸掛擋板和懸掛圓鋼等結(jié)構(gòu)組成。拖拉頭與首端索節(jié)通過法蘭螺栓連接，首端索節(jié)與主體索節(jié)，主體索節(jié)與主體索節(jié)，主體索節(jié)與尾端索節(jié)之間通過球形結(jié)構(gòu)互鎖，連接成一個整體。尾端索節(jié)與短節(jié)之間通過法蘭螺栓連接，短節(jié)連接至海纜的錨固內(nèi)核法蘭上，如圖3所示。

將懸掛擋板置于單點浮筒頂部的法蘭上，兩者通過螺栓緊固連接。當(dāng)完成密封段海纜的索節(jié)牽引頭裝配工作后，通過索具提拉或下放索節(jié)頭，使其穿過單點浮筒內(nèi)的護管。當(dāng)首端索節(jié)提拉至懸掛擋板的位置時，將懸掛圓鋼橫向穿過首端索節(jié)，兩端置于懸掛擋板上，索節(jié)頭整體結(jié)構(gòu)懸掛于浮筒頂部。

多節(jié)互鎖式索節(jié)牽引頭設(shè)計精巧，可以分片預(yù)制，組裝時通過相鄰索節(jié)頭圓弧板和球形體的互鎖，使整個索節(jié)頭連成1個整體。主體結(jié)構(gòu)均為普通鋼材加工焊接而成，制作簡單，成本低。通過增減主體索節(jié)的數(shù)量，能夠調(diào)整索節(jié)頭的長度，可以重復(fù)利用。

3 動態(tài)海纜濕存設(shè)計

在單點艙內(nèi)進行海纜終端拆除和密封前，需要空氣潛水船靠泊在FPSO 1側(cè)，對海纜限彎器進行水下拆除，在該空潛作業(yè)期間需要對FPSO進行限位作業(yè)。

動態(tài)海纜限彎器通常為套入式設(shè)計，無法在水下將其保護性回收，如果計劃在海纜回接后繼續(xù)使用，需要通過空氣潛水員將其與浮筒分離后臨時固定在海纜上，待回接時再次固定至浮筒上。

圖2 海纜端頭防水密封過程

圖3 多節(jié)互鎖式索節(jié)牽引頭設(shè)計圖

如圖4所示，潛水員下潛至單點浮筒底部，拆除原海纜限彎器下方的限位止滑器。利用高壓水槍從單點浮筒底部向下對海纜及其附件上的海生物進行清理，包括彎頭、限彎器及海纜，清理限彎器以下需要向上提拉并密封的海纜段。

在限彎器上捆綁吊帶，通過倒鏈葫蘆等索具與浮筒底部的吊耳連接并收緊。在FPSO單點艙內(nèi)進行海纜提拉作業(yè)，海纜將通過限彎器向上移動。

單點內(nèi)部完成海纜提拉后，潛水員在海纜限彎器下方安裝新的限位止滑器。將限彎器與彎頭間的螺栓拆除。放松鏈條葫蘆，限彎器緩慢下沉，重量逐漸落到限位止滑器上。鏈條葫蘆不受力時，拆除葫蘆及吊帶。利用緊固帶將限彎器固定在限位止滑器上。

動態(tài)海纜限彎器水下拆除和固定后，F(xiàn)PSO與單點系泊系統(tǒng)完成解脫，施工主作業(yè)船即可進場開始進行動態(tài)海纜的海底濕存工作。

動態(tài)海纜端頭完成防水密封并安裝多節(jié)互鎖式索節(jié)牽引頭后，下放至單點浮筒頂部臨時懸掛。當(dāng)FPSO離開單點系泊系統(tǒng)后，施工主作業(yè)船進場進行動態(tài)海纜海底濕存工作。

通過計算分析得知單點浮筒解脫后將下潛一定深度，施工主作業(yè)船搭載飽和潛水設(shè)備及人員到達現(xiàn)場，飽和潛水員入水至浮筒頂部位置。如圖5所示，作業(yè)船甲板絞車下放鋼絲繩，將其與海纜首端連接，拆除臨時固定卡具。

甲板絞車下放海纜首端通過護管到達浮筒底部。將海纜首端通過長索具懸掛在浮筒底部，拆除絞車鋼絲繩并回收至甲板。

主作業(yè)船移船至設(shè)計位置，甲板絞車入水再次與海纜牽引頭進行連接。注意如果海纜下放過程中與其他軟管、海纜或錨纜存在交叉，應(yīng)調(diào)整絞車鋼絲繩并在其下方繞過避免接觸。

如圖6所示，通過移船并調(diào)節(jié)絞車鋼絲繩長度，使與浮筒底部連接的懸掛索具松弛后，斷開連接。

主作業(yè)船調(diào)整船舶艏向，并繼續(xù)沿設(shè)計路由進行移船，同時操控甲板絞車下放海纜，直至海纜末端到達海底。如圖7所示，吊機下放配重塊至海底，水下機器人ROV在水下將其與海纜末端進行連接，增加海纜在海底的穩(wěn)定性，防止?jié)翊嫫陂g海纜移位。至此，動態(tài)海纜海底濕存完成。

4 結(jié)語

單點系泊系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于我國南海海域的多個油氣田區(qū)。其中部分FPSO及單點生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件（如單點浮筒等）近些年將陸續(xù)達到設(shè)計使用壽命，需要根據(jù)要求進行維修和更換。該次動態(tài)海纜解脫及海底濕存技術(shù)的成功應(yīng)用，為項目的順利完成奠定了基礎(chǔ)，同時為以后其他的類似項目提供了借鑒和參考。

圖4 限彎器海生物清理、固定及止滑器安裝

圖5 牽引頭從單點浮筒頂部下放并臨時懸掛于浮筒底部

圖6 海纜水下傳遞

圖7 海纜牽引頭與配重塊連接