海底水平連接器應(yīng)用實(shí)例及關(guān)鍵技術(shù)

陸予洋，蔣喻栓，李濤，劉京仕(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

近年來，我國(guó)南海范圍內(nèi)探明并逐漸進(jìn)行開發(fā)的油氣田資源儲(chǔ)量十分可觀。多個(gè)國(guó)內(nèi)外公司和組織機(jī)構(gòu)的分析、評(píng)估結(jié)論都大致相同，均認(rèn)為南海潛在油氣資源儲(chǔ)量巨大，且深水區(qū)域中所蘊(yùn)含的油氣資源占整個(gè)海域總量的70%以上。水下生產(chǎn)系統(tǒng)作為目前深水油氣開發(fā)過程中的重要一環(huán)，其中最關(guān)鍵、基礎(chǔ)的一部分工作就是將海底的采油樹、生產(chǎn)管匯、管線終端及動(dòng)力單元等設(shè)施連接起來，使之成為一個(gè)整體。除了電、液飛線及通訊電纜之外，海底結(jié)構(gòu)物間的各種跨接管線安裝連接均離不開水下連接器的使用[1]。通過水下機(jī)器人ROV(Remotely Operated Vehicle)協(xié)助進(jìn)行連接器水下操作并提供液壓動(dòng)力等完成管線的連接。目前，已有多家外國(guó)公司擁有了成熟的深海管道連接器技術(shù)，且產(chǎn)品在各油田建設(shè)中廣泛運(yùn)用形成系列化，例如：Cameron，F(xiàn)MC，Oil States等等。UCON-H水平連接器便是其中具有代表性的一款連接器，主要用于采油樹及相關(guān)水下設(shè)施間水平跨接管線的安裝使用。

1 UCON-H連接器介紹

1.1 UCON-H連接器本體

UCON-H水平連接器采用卡爪式連接設(shè)計(jì)，如圖1所示，主要由連接母座(Inboard Hub)、終端接頭(Outboard Hub)及密封鋼圈組成，且產(chǎn)品可覆蓋多種尺寸的管線連接。

圖1 UCON-H 水平連接器

1.2 UCON-H連接器配套工具

搭配相關(guān)專用連接工具，如圖2所示，由ROV操作完成水下安裝、連接。

圖2 UCON-H連接器及相關(guān)水下工具

(1)CAT(Connection Actuation Tool) 鎖緊驅(qū)動(dòng)模塊；

(2)SST(Sealine Stroke Tool)拉伸工具；

(3)TIF(Tool Interface Frame)工具搭載框架；

(4)HCT(Hub Cleaning Tool)清洗工具；

(5)SRT(Seal Replacement Tool)密封圈更換/安裝工具；

(6)HIC(Hub Inspection Camera)檢查用攝像頭；

(7)4 L/6 L Jumper液壓跳線；

(8)Guide Post/Lifting Anchor/ROV Grabber Post等輔助工具。

2 應(yīng)用實(shí)例

近期，在南海某深水油氣田建設(shè)過程中便選用了UCON-H水平連接器來進(jìn)行采油樹與管線終端間跨接管線的安裝連接，填補(bǔ)了該類型作業(yè)在國(guó)內(nèi)的空白，積累下寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2.1 SIT陸地完整性測(cè)試階段

開展SIT測(cè)試，如圖3所示，通過Dummy ROV進(jìn)行模擬試驗(yàn)，確認(rèn)水下施工中各步驟ROV空間位置情況，為后續(xù)海上作業(yè)提前做足功課，以提高安全施工效率。

圖3 Dummy ROV測(cè)試管線終端處連接器安裝空間

2.2 海上安裝作業(yè)階段

UCON-H水平連接器根據(jù)柔性管線管徑的不同其連接器接頭結(jié)構(gòu)及所配套使用的水下安裝工具有些許不同，但作業(yè)流程與原理大致相同。本文以14寸跨接管線安裝為例，歸納總結(jié)典型的安裝流程。具體內(nèi)容及相關(guān)注意事項(xiàng)如下所示。

(1)ROV預(yù)調(diào)查、導(dǎo)向柱安裝：

作業(yè)支持船舶抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，ROV進(jìn)行預(yù)調(diào)查，并輔助完成導(dǎo)向柱就位、鎖緊。

(2)甲板準(zhǔn)備，跨接管線入水下放：

柔性跨接管線由吊機(jī)牽引從滾筒釋放，由ROV持續(xù)監(jiān)控下放至海底。

(3)跨接管線姿態(tài)調(diào)整，落座就位：

調(diào)整跨接管姿態(tài)，使連接器沿導(dǎo)向柱落座切入連接母座。

(4)使用配套工具鎖緊連接器：

ROV使用各水下工具進(jìn)行UCON-H連接器鎖緊連接。該過程中主要以CAT及SST工具上的壓力表讀數(shù)作為參考，同時(shí)通過攝像頭從側(cè)面觀察連接器上的標(biāo)記線等判定是否達(dá)到作業(yè)程序標(biāo)準(zhǔn)。

(5)進(jìn)行背壓測(cè)試，回收水下工具：

ROV攜帶背壓測(cè)試工具對(duì)連接器接頭進(jìn)行密封測(cè)試，確認(rèn)其接頭密封性達(dá)標(biāo)后回收所有水下安裝工具。

3 相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及關(guān)鍵技術(shù)

項(xiàng)目的順利實(shí)施離不開多方人員的傾力配合，提前進(jìn)行海上施工沙盤模擬及陸地測(cè)試，有針對(duì)性地預(yù)先對(duì)難點(diǎn)步驟進(jìn)行深入探討并制定相應(yīng)的解決、應(yīng)急方案，是使得整體項(xiàng)目作業(yè)能有序開展的基礎(chǔ)。深水作業(yè)時(shí)，嚴(yán)苛的環(huán)境給水下安裝帶來了不小的挑戰(zhàn)，UCON-H水平連接器安裝過程中，每一步都須嚴(yán)格按照施工作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行，仔細(xì)檢查每一個(gè)環(huán)節(jié)是否達(dá)標(biāo)，以確保最終跨接管線的順利安裝。

施工作業(yè)方面，由于跨接管線整體長(zhǎng)度較長(zhǎng)需要多次在甲板、水下進(jìn)行吊點(diǎn)位置調(diào)整，其所用吊裝的鎖具組合需根據(jù)跨接管線及支持船舶甲板裝船布局等情況預(yù)先設(shè)計(jì)并通過模擬校核滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)便于甲板準(zhǔn)備期間的負(fù)載轉(zhuǎn)換和ROV在水下進(jìn)行鎖具解、掛鉤等操作。在安裝過程中，通過合理調(diào)整支持船舶位置、艏向，讓兩臺(tái)搭載不同外接工具的ROV相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)一次入水完成整套連接器安裝全流程操作，能極大程度提升連接器安裝效率。針對(duì)該類作業(yè)的多種工具使用需求，也可對(duì)ROV做一定的適應(yīng)性改進(jìn)，例如加裝水下液控?fù)Q向閥、合理調(diào)整ROV自身浮力等，便于ROV在水下驅(qū)動(dòng)、操作相關(guān)工具進(jìn)行作業(yè)。

連接器設(shè)計(jì)方面，UCON-H連接器的設(shè)計(jì)是基于水下采油樹及相關(guān)水下生產(chǎn)設(shè)施來進(jìn)行配套使用的[2]。其中，連接器KX 型金屬密封圈材料的屈服極限，卡爪的強(qiáng)度與法蘭面鎖緊的穩(wěn)定性等關(guān)鍵因素共同決定了連接器在深水環(huán)境下安裝及密封的可靠性。以巧妙的機(jī)械、液壓設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)卡爪式連接器在水平端連接的應(yīng)用，呈模塊化的工具設(shè)計(jì)從各方面細(xì)節(jié)上都是為了便于ROV能在水下操作。并設(shè)有指示線與壓力表等參照，最大限度輔助、確保連接過程中各步驟達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

國(guó)內(nèi)深海油氣開發(fā)起步較晚，雖然近年來在部分領(lǐng)域已取得了突破性進(jìn)展，但還有許多相關(guān)的技術(shù)、人才儲(chǔ)備依然欠缺。從首次順利完成跨接管線水平連接安裝到真正完全掌握該項(xiàng)技術(shù)、設(shè)備設(shè)計(jì)制造仍有很長(zhǎng)一段距離?？偨Y(jié)歸納目前實(shí)際項(xiàng)目中的技術(shù)應(yīng)用與經(jīng)驗(yàn)，包括連接器的結(jié)構(gòu)原理與海上作業(yè)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積累等，為后續(xù)海洋工程裝備的探索研究及深水油氣田開發(fā)建設(shè)打下一定的基礎(chǔ)。