深水防彎器快速連接器應(yīng)用

劉耀江，黃鑫，何昱亮，謝锏輝，胡紹峰

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

動態(tài)管纜作為深水海洋生產(chǎn)設(shè)施重要的電力、信息、生產(chǎn)物流傳輸通道，在深水海洋開發(fā)中得到越來越多的應(yīng)用。動態(tài)管纜受到浮體運(yùn)動、海洋環(huán)境載荷等動載荷作用，是海洋管纜應(yīng)用中最薄弱的部位，且動態(tài)管纜在水中還需滿足一定的線性要求。深水海洋生產(chǎn)設(shè)施護(hù)管底部動態(tài)管纜受海洋波流的影響，容易產(chǎn)生局部變形，防彎器作為動態(tài)管纜的重要安裝附件，通常安裝在深水海洋生產(chǎn)設(shè)施護(hù)管口底部，能有效地保護(hù)動態(tài)管纜不受波流影響，進(jìn)而保護(hù)管纜[1-5]。防彎器一般隨動態(tài)管纜抽拉作業(yè)安裝在深水海洋生產(chǎn)設(shè)施底部，由潛水員進(jìn)行安裝，隨著動態(tài)海纜作業(yè)水深越來越深，超過350 m以上水深，飽和潛水無法作業(yè)，因此防彎器快速連接器作為有效連接深水海洋生產(chǎn)設(shè)施和防彎器在深水作業(yè)中得到大規(guī)模應(yīng)用，且防彎器快速連接器與防彎器配合一起保護(hù)設(shè)施底部管纜。本文基于南海流花項目動態(tài)管纜安裝項目重點(diǎn)介紹防彎器快速連接器的應(yīng)用及安裝。

1 防彎器快速連接器結(jié)構(gòu)及原理

1.1 防彎器快速連接器形式

本項目采用的防彎器快速連接器分為公頭和母頭兩個結(jié)構(gòu)模塊；母頭為空心圓柱體漸擴(kuò)式結(jié)構(gòu)，包括法蘭盤、圓柱筒體、喇叭口、陽極塊、ROV（Remote Operation Vehicle）抓手、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、觀察窗口，詳見圖1。法蘭盤在圓柱筒體上方，喇叭口在圓柱筒體下方，圓柱筒體上半部安裝有液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有凸起伸入到筒體內(nèi)部，通過液壓和彈簧相互配合實現(xiàn)凸起的伸縮，凸起結(jié)構(gòu)用于公母頭連接，圓柱筒體下半部均勻分布有陽極塊，同時對稱分布4個觀察窗口，另外圓柱筒體下半部側(cè)邊對稱安裝兩個ROV抓手。公頭為空心圓錐筒體結(jié)構(gòu)，包括圓弧型卡槽、圓錐筒體、法蘭盤、陽極塊、管纜固定插銷，詳見圖2?？ú墼趫A錐筒體錐體側(cè)，與母頭液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的凸起連接，法蘭盤在圓錐筒體圓盤側(cè)，圓錐筒體上半部有用于觀察連接情況的黃色油漆標(biāo)線，圓錐筒體下半部均勻分布有陽極塊，圓錐筒體與法蘭盤交接處對稱分布4個管纜固定插銷，同時對稱分布4個觀察窗口。

圖1 防彎器快速連接器母頭結(jié)構(gòu)圖

圖2 防彎器快速連接器公頭結(jié)構(gòu)圖

1.2 防彎器快速連接器原理

防彎器快速連接器母頭法蘭端提前與深水海洋生產(chǎn)設(shè)施底部護(hù)管口連接。公頭提前與動態(tài)管纜防彎器法蘭連接。母頭圓柱筒體內(nèi)有液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的3個凸起，不受力的情況下，凸起結(jié)構(gòu)向母頭圓柱體內(nèi)自由伸出。動態(tài)海纜下放抽拉，當(dāng)公頭從母頭喇叭口進(jìn)入，ROV通過母頭上的觀察窗口觀察公頭上的黃色油漆標(biāo)線穿過，當(dāng)黃色油漆標(biāo)線出現(xiàn)在觀察窗口底部時，母頭的凸起與公頭的圓弧型卡槽接觸并產(chǎn)生擠壓，母頭凸起在擠壓力的作用下縮回，公頭得以往上抽拉；當(dāng)黃色油漆標(biāo)線穿過觀察窗口頂部時，公頭不與母頭凸起擠壓，母頭凸起在液壓油及彈簧的反作用力下恢復(fù)到自由狀態(tài)，公頭的卡槽坐落在凸起上方，公頭、母頭自動連接完成，詳見圖3。公頭、母頭釋放時，ROV在母頭液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)插座處插入插頭，并加壓液壓油，加壓到300～500 psi，使液壓油作用在凸起的彈簧上，使凸起縮回，公頭、母頭解鎖。

圖3 防彎器連接器連接示意圖

公頭上有4個固定插銷，詳見圖4，定位插銷通過螺釘固定在公頭上，當(dāng)動態(tài)管纜拖拉頭最后一個短節(jié)進(jìn)入到公頭時，通過觀察窗口查看最后一個短節(jié)的凹槽出現(xiàn)在觀察窗口，與固插入定位插銷固定動態(tài)管纜和公頭及防彎器。定位插銷上有黃、綠兩色油漆標(biāo)線，黃色在前，綠色在后，當(dāng)綠色標(biāo)線插入看不見時，代表插銷已插入至動態(tài)管纜拖拉頭短節(jié)的凹槽中；釋放動態(tài)管纜時，拔出定位插銷，當(dāng)插銷上的黃色油漆標(biāo)線出現(xiàn)時，代表已完全拔出，動態(tài)管纜完全釋放。

圖4 定位插銷示意圖

2 深水防彎器快速連接器安裝技術(shù)

2.1 深水防彎器快速連接器安裝背景

由于海洋平臺設(shè)施管纜存在管纜路由及管纜彎曲半徑，平臺設(shè)施護(hù)管口底部通常都呈一定的角度垂直偏斜，為了便于管纜抽拉，避免因抽拉鋼絲繩在護(hù)管口存在大角度抽拉而增大摩擦力和剪切力，導(dǎo)致鋼絲繩斷裂，一般會在護(hù)管口底部增加喇叭口導(dǎo)向。而管纜和喇叭口之間沒有填充，隨著海流的沖刷，高頻率小范圍擺動，管纜與護(hù)管口之間出現(xiàn)摩擦和剪切，降低管纜的使用壽命。為解決上述問題，靜態(tài)管纜中采用可密封的導(dǎo)向裝置[1]，動態(tài)管纜沒有靜態(tài)管纜的密封塞結(jié)構(gòu)附件，與護(hù)管口連接通常為防彎器，為解決上述問題，開發(fā)出防彎器快速連接器。

2.2 深水防彎器快速連接器結(jié)構(gòu)參數(shù)

流花項目作業(yè)區(qū)域水深為390～420 m，本次動態(tài)管纜安裝抽拉18根，其中防彎器連接器母頭長約為1.2 m，空氣中質(zhì)量為996 kg，水中質(zhì)量為866 kg。防彎器連接器公頭長約為1.5 m，空氣中質(zhì)量為1213 kg，水中質(zhì)量為1055 kg。

2.3 深水防彎器快速連接器安裝流程

1）快速連接器母頭安裝。深水防彎器快速連接器母頭在深水海洋生產(chǎn)設(shè)施陸地建造階段提前安裝，深水浮式設(shè)施護(hù)管口底部周邊焊接9.25 t吊耳，在底部護(hù)管口側(cè)邊的吊耳上懸掛5 t的倒鏈，母頭法蘭盤側(cè)邊有吊環(huán)螺栓孔，使用2 t的吊環(huán)螺栓連接2 t、3 m長的吊帶，吊帶同倒鏈連接，將防彎器快速連接器母頭緩緩提拉至深水浮式設(shè)施底部護(hù)管口，調(diào)整母頭法蘭面與護(hù)管口法蘭面對齊，使用液壓轉(zhuǎn)矩扳手?jǐn)Q緊連接螺栓。

2）快速連接器公頭安裝。鋪纜船倒纜時，防彎器與快速連接器公頭法蘭連接，用液壓轉(zhuǎn)矩扳手對連接螺栓打轉(zhuǎn)矩，并在動態(tài)管纜拖拉頭最后一個短節(jié)上做好油漆標(biāo)記。公頭觀察窗口上觀察到標(biāo)記進(jìn)入窗口中時，停止倒纜，在拖拉頭兩側(cè)地錨上安裝兩個5 t倒鏈，拖拉頭上纏繞兩根5 t、3 m長的吊帶，兩根吊帶分別同倒鏈連接，通過公頭觀察窗口觀察拖拉頭最后一個短節(jié)凹槽在固定插銷的位置，通過倒鏈調(diào)節(jié)，使拖拉頭最后一節(jié)短節(jié)凹槽剛好與公頭固定插銷位置平齊，插入固定插銷，直至插銷上綠色油漆標(biāo)線沒入公頭本體內(nèi)，表明此時公頭、限彎器及拖拉頭已連接鎖定。

3）動態(tài)管纜入水。鋪纜船到達(dá)現(xiàn)場后，深水海洋生產(chǎn)設(shè)施下放絞車鋼絲繩到達(dá)指定深度，鋪纜船下放回收鋼絲繩，鋪纜船ROV入水連接絞車鋼絲繩和回收鋼絲繩，鋪纜船回收鋼絲繩。鋪纜船甲板將絞車鋼絲繩同動態(tài)管纜拖拉頭連接，鋪纜船下放動態(tài)管纜拖拉頭，設(shè)施絞車鋼絲繩抽拉拖拉頭，鋪纜船ROV水下監(jiān)控。當(dāng)深水海洋生產(chǎn)設(shè)施絞車開始帶力抽拉時，ROV拆除鋪纜船與動態(tài)管纜拖拉頭下放索具

4）公母頭連接。當(dāng)拖拉頭靠近防彎器母頭時，ROV在母頭附近進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)公頭進(jìn)入母頭喇叭口時，ROV在母頭觀察窗口進(jìn)行觀察，當(dāng)公頭上黃色油漆標(biāo)線進(jìn)入到觀察窗口底部時，代表公頭卡槽同母頭液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的凸起開始接觸并擠壓，當(dāng)公頭上黃色油漆標(biāo)線穿過觀察窗口上方時，代表公頭卡槽已在母頭液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)凸起上方，公母頭連接完成，詳見圖5。

圖5 防彎器連接器安裝示意圖

5）動態(tài)管纜釋放。防彎器快速連接器公母頭連接完成后，ROV操作員通知設(shè)施絞車停止抽拉，ROV進(jìn)行動態(tài)管纜釋放操作，拔出公頭上4個定位插銷，當(dāng)插銷拔出至插銷黃色油漆標(biāo)線出現(xiàn)，動態(tài)管纜釋放，可繼續(xù)抽拉作業(yè)，ROV通知設(shè)施絞車?yán)^續(xù)作業(yè)，ROV返回鋪纜船。

至此，整個深水防彎器快速連接器完成安裝。

3 結(jié)語

深水防彎器快速連接器為動態(tài)管纜的重要結(jié)構(gòu)附件，除了本文中的流花項目，2021 年 也 剛剛應(yīng)用在1500 m水深的超深水項目中，隨著國內(nèi)深水開發(fā)的不斷拓展，深水防彎器快速連接器應(yīng)用會越來越多?？焖龠B接器的安裝是作為動態(tài)管纜抽拉施工的重要工序，了解深水防彎器快速連接器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成及工作原理，總結(jié)一套適用于深水防彎器快速連接器安裝的施工技術(shù)，可為未來走向更深水深的動態(tài)管纜抽拉安裝提供良好的經(jīng)驗基礎(chǔ)。