剛性跨接管深水安裝技術(shù)研究

肖清軍，陳俊友

（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，隨著深水油氣田開發(fā)不斷深入擴(kuò)大，水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備和深水安裝技術(shù)的重要性已越發(fā)明顯。而由于我國深水油氣田開發(fā)起步較晚，缺乏深水油氣田開采和水下設(shè)施安裝的經(jīng)驗(yàn)，極大地限制了我國深海油氣的開發(fā)進(jìn)程[1-2]。

水下跨接管作為水下設(shè)施之間的連接管段，以其優(yōu)異的柔韌性和安裝的便捷成為了深海油氣田開發(fā)中必不可少的關(guān)鍵設(shè)施[3]，在全球水下生產(chǎn)技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用。而在深水工程中，水下工作方式為人機(jī)交互模式，需要工程船舶和水下ROV（Remotely Operated Vehicle）配合才能實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的安裝作業(yè)。本文以南海某項目安裝的垂直式M型剛性跨接管為案例，對深海跨接管安裝技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 設(shè)備設(shè)施技術(shù)參數(shù)

1.1 跨接管技術(shù)參數(shù)

本次南海項目所裝跨接管皆為剛性M型跨接管，管徑尺寸分別為4.5 in、6 in、8 in、12 in，長度從26.2 m到37.0 m不等。跨接管由拖輪運(yùn)輸至作業(yè)現(xiàn)場，由施工作業(yè)船進(jìn)行跨接管起吊和安裝。

跨接管起吊過程中，為使起吊的跨接管與施工船保持水平平行入水，起吊和入水需要船頭船尾絞車配合拉扯，使撐桿與跨接管保持垂直平行，且索具無纏繞。

4.5 in和8 in跨接管基本參數(shù)如表1所示為跨接管技術(shù)參數(shù)。

表1 跨接管技術(shù)參數(shù)

1.2 轉(zhuǎn)矩工具

轉(zhuǎn)矩工具通常搭載在ROV上，由ROV操作進(jìn)行跨接管連接頭的鎖緊和解鎖工作。工具配計數(shù)器屏幕顯示器，用于顯示當(dāng)前所用轉(zhuǎn)矩和具體的圈數(shù)。在跨接管安裝工作正式開始之前，需要對轉(zhuǎn)矩工具進(jìn)行甲板功能檢查和校準(zhǔn)，配置所需的轉(zhuǎn)矩和確保其在水下能正常工作。轉(zhuǎn)矩工具的各項參數(shù)如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)矩工具參數(shù)

1.3 HUB口清潔工具/臨時保護(hù)帽

在跨接管安裝過程中，清潔工具是一種類似于毛刷的工具，在兩端保護(hù)帽/注水帽拆除后用于清理HUB口；而黑色臨時保護(hù)帽適用來遮蓋清理完的HUB口，防止落物或雜質(zhì)進(jìn)入HUB口，兩者同樣由ROV手持操作。

1.4 高清攝像頭

此工具安裝于ROV上，主要用于跨接管入水后，檢查兩邊連接頭內(nèi)部的密封圈和海底兩端結(jié)構(gòu)物上的HUB口。其特點(diǎn)是：具有伸縮性（收縮/延伸：964 mm/1372 mm），安裝于ROV機(jī)械手內(nèi)，操作靈活，清晰度高，可近距離檢查跨接管連接頭密封圈和連接接口，且不會對輪轂造成機(jī)械損壞。

1.5 背壓測試單元

在跨接管安裝作業(yè)中，背壓測試單元是用于跨接管安裝完成后測試其密封性的設(shè)備。其往往需要搭載在ROV機(jī)械臂上，由ROV操作。Hot stab為ROV液壓動力的輸出接口，ROV通過液壓方式連接到背壓測試單元，提供液壓動力監(jiān)測壓力變化。在跨接管安裝工作正式開始之前，需要對背壓測試單元進(jìn)行甲板功能檢查和校準(zhǔn)，確保它在水下能正常工作。

圖1 跨接管安裝工具

1.6 應(yīng)急工具

除了以上用于跨接管安裝的主要工具設(shè)備以外，跨界管安裝還需準(zhǔn)備一套應(yīng)急設(shè)備，該應(yīng)急設(shè)備主要是用于跨接管安裝完后由于內(nèi)部密封圈破損或移位導(dǎo)致背壓測試保壓失敗的情況，此時將會使用這套應(yīng)急設(shè)備進(jìn)行深水跨接管密封圈更換工作。

2 跨接管安裝方案

以下以安裝4.5 in跨接管為例，介紹跨接管安裝流程，跨接管安裝共分為8個階段。

圖2 跨接管安裝示意圖

1）設(shè)備甲板測試校準(zhǔn)，甲板準(zhǔn)備。

a.使用校準(zhǔn)夾具校準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩工具，對轉(zhuǎn)矩工具進(jìn)行功能測試，確認(rèn)工具各項功能、轉(zhuǎn)矩輸出能正常工作。安裝套管測試其旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)動計數(shù)器讀數(shù)，校準(zhǔn)結(jié)束后將轉(zhuǎn)矩工具安裝在ROV上。

b.將高清攝像頭連接并安裝在ROV上，并測試其視頻清晰度、伸縮組件功能是否正常，并將攝像頭的傾斜度調(diào)整到一個合適的角度。

c.將背壓測試單元連接并安裝在ROV上，將Hot stab插入測試工具進(jìn)行打壓測試，看是否存在泄漏問題。如無泄漏，則其功能正常。

d.甲板將HUB口清潔工具、臨時保護(hù)帽、ROV刀等工具放入ROV工具籃。

2）ROV濕測，路由預(yù)調(diào)查。

待準(zhǔn)備就緒后，ROV入水濕測，直至降至作業(yè)深度能穩(wěn)定飛行、正常工作即可。吊機(jī)下放部署工具籃，ROV開始路由預(yù)調(diào)查，清除路由障礙物。

3）拆除兩端保護(hù)帽/注水帽。

管匯端保護(hù)帽拆除：ROV用刀將管匯端保護(hù)框架周圍的吊帶割斷并回收保護(hù)框架至工具籃。擰斷保護(hù)帽上的橡膠管，平衡內(nèi)外壓；再割斷保護(hù)帽周圍的綁帶，抓住保護(hù)帽上的猴拳向后拉開拆除保護(hù)帽。最后用清潔工具清理HUB口，裝上黑色臨時保護(hù)帽。

PLET端注水帽拆除：找到注水帽的閥門，將其往上推至OPEN位置平衡內(nèi)外壓。將轉(zhuǎn)矩工具插入注水帽的四方轉(zhuǎn)矩接口，解鎖注水帽。解鎖完畢后ROV查看鎖緊指示器，確認(rèn)其在“OPEN”狀態(tài)，將吊機(jī)掛鉤掛在注水帽上并回收至甲板。最后，用清潔工具清理HUB口至光滑無碎屑狀態(tài)并安裝臨時保護(hù)帽。

4）跨接管吊裝入水。

待右舷ROV回收至甲板后，于右舷安裝兩個3.5 m的碰球并請求運(yùn)輸駁船靠泊。工程師檢查跨接管的完整性，確認(rèn)兩邊連接器鎖箍能打開和關(guān)閉，且入水前鎖緊指示器狀態(tài)為“OPEN”狀態(tài)。

ROV人員檢查封堵帽、緊固帶和猴拳，確保緊固帶和猴拳便于水下拆除和切割。

用潤滑油涂抹密封圈，并將其安裝到連接頭輪轂的凹槽中。在安裝期間需注意：允許最大拉伸50%，不能只向一個方向拉伸，也不能扭曲和滾動。

船頭船尾絞車鋼絲繩綁定在跨接管兩端，由甲板工作人員操作帶力，減小吊裝過程中跨接管擺動幅度。

跨接管入水，駁船解纜離開。吊機(jī)下放跨接管至一定深度，ROV入水解跨接管兩端的絞車鋼絲繩，繼續(xù)下放跨接管至距離海床一定高度。

5）ROV檢查跨接管狀態(tài)并落座。

ROV前往檢查跨接管的吊裝索具狀態(tài)，以及兩邊連接頭內(nèi)部密封圈狀態(tài)。若索具無纏繞、損壞，密封圈狀態(tài)正常無損壞，ROV抓住兩端連接器旋轉(zhuǎn)跨接管，對準(zhǔn)兩端結(jié)構(gòu)物的HUB口。此時跨接管兩端連接頭旋轉(zhuǎn)后上下HUB水平偏移量和垂直傾角偏移量不可超過限定范圍。

緩慢下放跨接管，直至吊機(jī)完全卸掉跨接管的力，只保持撐桿和索具張緊，兩邊VCS OB（Vertical Connection System Out-board）hub 和VCS IB （Vertical Connection System IN-board）hub指示線對齊，由此確認(rèn)連接器已完全坐落。

6）轉(zhuǎn)矩工具鎖緊。

ROV攜帶轉(zhuǎn)矩工具尋找合適的插入位置將轉(zhuǎn)矩工具插入連接器四方轉(zhuǎn)矩接口，以適當(dāng)轉(zhuǎn)矩鎖緊兩端連接頭。鎖緊過程中時刻監(jiān)控轉(zhuǎn)矩工具上的計數(shù)器顯示屏，直至完全鎖緊。

此時ROV確定連接器鎖緊指示器在“S”位置即表示已鎖緊。

7）背壓測試。

連接器鎖緊之后，開始進(jìn)行兩邊連接器試漏工作。ROV攜帶背壓測試單元坐落在連接器旁，將連接器上的dummy Hot stab拔出，并插入攜帶的Hot stab開始供壓。

跨接管安裝中，背壓測試有一定要求的供壓范圍，測試合格標(biāo)準(zhǔn)為：穩(wěn)壓持續(xù)時間在15 min以上，結(jié)束時連接處無可見泄漏，壓降不超過一定量，則穩(wěn)壓成功。ROV拔出Hot stab并將dummy Hot stab插入連接器的單孔插口，至此完成背壓測試。

8）撐桿解鉤，回收撐桿。

待背壓測試完成后，若無異常現(xiàn)象，ROV即可開始解撐桿和跨接管之間的索具。

吊機(jī)下放撐桿，直至所有索具松弛，整個過程由ROV監(jiān)控?fù)螚U，確保索具松弛，便于解鉤。

ROV將撐桿與跨接管間所有連接索具逐一摘除并掛在撐桿倒刺上。待ROV確認(rèn)所有索具已徹底脫離跨接管后，吊機(jī)便可開始回收撐桿。

撐桿回收至接近水面時停止回收，將作業(yè)船移至安全區(qū)。甲板工作人員下放絞車鋼絲繩至水下，ROV連接鋼絲繩至撐桿索具。待確認(rèn)連接完成后，絞車帶力，撐桿與作業(yè)船以水平平行的狀態(tài)回收出水。

撐桿出水后，在確認(rèn)安全的情況下，通知駁船靠船，傳遞撐桿至駁船，至此跨接管安裝結(jié)束，ROV進(jìn)行后調(diào)查。

3 結(jié)語

深水跨接管種類多、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，已成為深海油氣開發(fā)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。本次項目所裝跨接管雖在尺寸、長度、兩端結(jié)構(gòu)物及結(jié)構(gòu)物上保護(hù)帽等方面有細(xì)微差別，但其水下連接和安裝方式完全相同。掌握跨接管安裝技術(shù)，不僅有利于跨接管安裝，提高安裝效率，降低作業(yè)風(fēng)險，還對跨接管的利用和深海油氣田開發(fā)具有重要的意義[4]。