舷側(cè)PLET安裝多功能支撐框架的研究與應(yīng)用

劉凱，樊鶴，牛強(qiáng)，劉月舟，高慶有(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

目前，我國(guó)淺水海域的油氣產(chǎn)量已逐步接近飽和，油氣開采工程逐步與國(guó)際接軌邁入深水、超深水領(lǐng)域。深水海底管道中有一種常用的裝置叫做管端結(jié)構(gòu)物(pipeline end termination,PLET)。小尺寸的PLET一般可以通過鋪管船作業(yè)線隨海管直接安裝，但大尺寸的PLET受限于鋪管船作業(yè)線的狹窄空間無法在線安裝，此時(shí)就需要一套PLET舷側(cè)安裝系統(tǒng)來安裝，某深水鋪管船裝備了國(guó)內(nèi)首套PLET舷側(cè)安裝系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)與不同尺寸PLET之間的匹配性問題并未得到很好的解決。文章介紹的多功能支撐框架可極大的拓展該系統(tǒng)適用范圍，并間接有助于PLET在設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化。

1 管端結(jié)構(gòu)物PLET及舷側(cè)下放系統(tǒng)

1.1 PLET

通常在淺水海域的油氣田開發(fā)項(xiàng)目中，海底管道鋪設(shè)完成后，會(huì)通過膨脹彎、立管等連接到導(dǎo)管架上部的生產(chǎn)設(shè)施中。而在深水油氣田中，固定式的導(dǎo)管架已經(jīng)不再適用，通常會(huì)采用水下采油樹等純水下裝備，所以海管鋪設(shè)完成后通常會(huì)在管端安裝一個(gè)結(jié)構(gòu)物，然后通過飛線等管線連接至其他水下設(shè)施[1]。

不同的項(xiàng)目，由于管徑不同，相應(yīng)的PLET的尺寸也就不同，小尺寸的PLET可通過作業(yè)線直接焊接在管線上隨海管入水。而大尺寸的PLET則必須在舷側(cè)安裝，即將海管從舷側(cè)回收上來，焊接安裝PLET，然后再下放至海底。

1.2 舷側(cè)下放系統(tǒng)

PLET舷側(cè)下放系統(tǒng)簡(jiǎn)稱PLS，即PLET Lowering System，是深水海管管端結(jié)構(gòu)物安裝的有效利器，國(guó)際上比較先進(jìn)的海洋工程公司都擁有此項(xiàng)設(shè)備。

主要包括：A字架、滑輪系統(tǒng)(導(dǎo)向滑輪、定滑輪等)、液壓缸系統(tǒng)、支撐腿、對(duì)中系統(tǒng)、懸掛鎖緊系統(tǒng)等。

海管回收至舷側(cè)系統(tǒng)，將懸掛法蘭放在懸掛卡具中，切割封頭并移除，PLS系統(tǒng)放置水平，將PLET放置在PLS系統(tǒng)上，PLS翻轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)角度，通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PLET與海管對(duì)口焊接，PLET脫離PLS，逐步下放至海底設(shè)計(jì)位置。

1.3 安裝過程中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

(1)由于A/R纜軸線與PLS自身掛點(diǎn)間隙過大，PLET與PLS無過渡式匹配，需要PLET尺寸加大，造成運(yùn)輸難度增加，下放過程中海管彎矩過大，屈曲風(fēng)險(xiǎn)增大；

(2)焊接完成后，PLET處于懸掛狀態(tài)，上掛點(diǎn)需承受絕大部分的力，鑒于PLS原配掛鉤的結(jié)構(gòu)形式，在脫鉤階段，可能出現(xiàn)無法脫鉤的情況；

(3) PLET上預(yù)留的尾管長(zhǎng)度與Collar管預(yù)留長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)階段就確定完成，但實(shí)際施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)誤差，且PLS自身的調(diào)節(jié)距離有限，可能會(huì)造成無法焊接對(duì)口的重大事故；

由此，為降低PLET設(shè)計(jì)過于復(fù)雜，提高PLET海上安裝效率，降低海上安裝的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)了這套深水海底管道管端結(jié)構(gòu)物(PLET)適配裝置。

2 多功能框架研究

針對(duì)以上安裝過程中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)件，將不同尺寸的PLET與PLS適當(dāng)?shù)钠ヅ淦饋?，主要?nèi)容如下：

2.1 PLET多功能支撐安裝框架解決PLET與PLS配合間隙問題

小管徑PLET尺寸較小，而A&R纜繩與PLET懸掛軸線到PLET支撐框架間隙大，約有1.6 m。以流花16-2及流花29-1項(xiàng)目為例，一共有12個(gè)PLET，尺寸分別為152.4 mm (6吋)、254.0 mm (10吋)、304.8 mm (12吋)、355.6 mm(14吋)，PLET與PLS間隙最大是880 mm不同PLET尺寸與PLS間距不一樣，每種PLET底部為了適應(yīng)PLS都需要加厚墊板，一則造成PLET重量增加，造成運(yùn)輸難度增加，下放過程中海管彎矩過大，屈曲風(fēng)險(xiǎn)增大；二則增加了PLET的高度，對(duì)其穩(wěn)定性造成影響。

增加新設(shè)計(jì)的適配裝置后，配合不同高度的掛點(diǎn)，可以為各種尺寸的PLET提供穩(wěn)定可靠的懸掛點(diǎn)，對(duì)于小尺寸PLET來說，極大的減輕了重量，降低了PLET本體設(shè)計(jì)量，減小了運(yùn)輸過程中的困難，同時(shí)也減小PLET下放過程中對(duì)海管造成的彎矩，對(duì)海管安全性有更好的保障。對(duì)于大尺寸PLET來講，可以將此框架移除，也不影響其安裝[1]。

2.2 PLET多功能支撐安裝框架解決PLET與PLS連接及快速脫扣問題

原掛點(diǎn)采用的液壓鉤子的形式，在PLET放入掛點(diǎn)后，通過液壓翻轉(zhuǎn)，扣住銷軸，實(shí)現(xiàn)鎖死。該種掛點(diǎn)由于結(jié)構(gòu)比較特殊，PELT需要按照此形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，為整體設(shè)計(jì)增加了難度及工作量。另一方面，在焊接完成后，PLET處于懸掛狀態(tài)，上掛點(diǎn)需承受絕大部分的力，鑒于PLS原配掛鉤的結(jié)構(gòu)形式，在脫鉤階段，可能出現(xiàn)無法脫鉤的情況，構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)隱患。

在設(shè)計(jì)安裝適配裝置后，PLET掛點(diǎn)直接做成簡(jiǎn)單的圓形支撐腿即可。在進(jìn)行組對(duì)焊接前，需要將PLET水平吊裝至PLS上，與PLS進(jìn)行配合，該適配裝置上設(shè)計(jì)了一對(duì)掛點(diǎn)和一對(duì)導(dǎo)向點(diǎn)，頂部的上掛點(diǎn)一側(cè)寬度比較大，一側(cè)縱向長(zhǎng)度比較大，這樣當(dāng)PLET吊裝到PLS可以快速進(jìn)行配合，隨著A字架的提升，PLET與PLS實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的配合并可以防止滑脫。

PLET與海管焊接完畢后，需要進(jìn)行張力轉(zhuǎn)換，將懸掛卡子上的張力轉(zhuǎn)換至A&R纜上，由于該支撐框架(如圖1所示)掛點(diǎn)上部沒有約束，因此PLS可通過提升A&R纜快速將PLS上的張力迅速轉(zhuǎn)換至A&R纜，從而實(shí)現(xiàn)PLET下放安裝。

圖1 多功能框架設(shè)計(jì)圖

2.3 多對(duì)掛點(diǎn)螺栓孔解決了PLET尺寸或Collar管長(zhǎng)度誤差原因?qū)е聼o法對(duì)口的風(fēng)險(xiǎn)

在安裝設(shè)計(jì)階段，通常已對(duì)Collar管兩端長(zhǎng)度及PLET尾管長(zhǎng)度確定，而實(shí)際生產(chǎn)過程中及終止棄管時(shí)難免產(chǎn)生一定的誤差，若誤差超出了PLS自身的調(diào)節(jié)范圍，那么就可能造成無法焊接的事故，只能重新棄管，作業(yè)線回收管線重新切割長(zhǎng)度。造成重大的工期及成本損失。

該適配裝置設(shè)計(jì)了多個(gè)掛點(diǎn)螺栓孔(如圖2所示)，當(dāng)對(duì)口距離不合適時(shí)，可以將PLS重新調(diào)至水平，調(diào)至掛點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)順利對(duì)口焊接，從而避免了重新棄管或切口的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

圖2 懸掛框架主框架設(shè)置多個(gè)調(diào)節(jié)螺栓孔

3 工程應(yīng)用

南海某項(xiàng)目作業(yè)水深392 m至404 m，其中包括4套355.6 mm(14吋)PLET、4套254 mm(10吋)PLET，均為分體YOKE式PLET，即預(yù)先將防塵板放置在海底，然后再將PLET放入防塵板中，此種形式對(duì)于安裝精度要求極高，詳細(xì)尺寸重量信息如表1所示。

表1 PLET信息表

不同項(xiàng)目的PLET，支腿的長(zhǎng)度及圓盤直徑不同，根據(jù)PLET支撐腿尺寸，制作了相應(yīng)的上下掛點(diǎn)，圓盤間隙3 mm，防止加工誤差。多功能支撐框架在此項(xiàng)目中首次成功應(yīng)用，解決了PLS與PLET之間的匹配問題，提高了快速脫鉤效率，每套PLET節(jié)省約2 h，共計(jì)節(jié)省船隊(duì)約16 h的成本，驗(yàn)證了該框架的可行性與可靠性，為后續(xù)項(xiàng)目施工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語

目前國(guó)內(nèi)深水油氣田開發(fā)穩(wěn)步推進(jìn)，其中深水海管管端結(jié)構(gòu)物(PLET)是必不可少的水下設(shè)施，國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的深水起重鋪管船HYSY201船安裝了國(guó)內(nèi)首套PLET舷側(cè)安裝系統(tǒng)[2]，為此裝置專門研發(fā)的PLET安裝多功能支撐框架成功的解決了PLS系統(tǒng)與PLET之間的匹配問題、下放時(shí)快速脫離問題、預(yù)留管長(zhǎng)度不精準(zhǔn)問題，并成功應(yīng)用于流花16-2、流花29-1及陵水17-2等眾多深水PLET安裝項(xiàng)目，為同類型的安裝項(xiàng)目成功實(shí)施積累了經(jīng)驗(yàn)。