HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管安裝技術(shù)研究

摘 要：深水柔性跨接管作為連接水下生產(chǎn)管匯、采油樹以及PLET等結(jié)構(gòu)物的關(guān)鍵油氣輸送管道，隨著我國越來越多深水油氣田項(xiàng)目的開發(fā)，其應(yīng)用也日趨廣泛。該文主要對(duì)使用HCCS-L水平連接器及導(dǎo)向柱的深水柔性跨接管的結(jié)構(gòu)形式、所需設(shè)備資源以及安裝要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，總結(jié)一些良好實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以為類似柔性跨接管安裝項(xiàng)目提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：深水柔性跨接管;水平連接器;導(dǎo)向柱;安裝要點(diǎn);深水油氣田

中圖分類號(hào)：TE952 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）34-0176-05

Abstract： With the development of more and more deepwater oil and gas field projects in China， the application of deepwater flexible jumper， which is a key oil and gas transmission pipeline connecting subsea production manifold， christmas tree and PLET， is becoming more and more widespread. This paper mainly studies and analyzes the structural form， equipment resources and installation points of the deepwater flexible jumper using the HCCS-L horizontal connector and guide post， and summarizes some good experience， which can provide reference for similar project.

Keywords： deepwate flexible jumper; horizontal connector; guide post; installation points; deepwater oil and gas fields

跨接管分為剛性跨接管及柔性跨接管2種，剛性跨接管受限于運(yùn)輸駁船甲板長度以及工程船吊機(jī)作業(yè)半徑影響，長度一般不超過50 m。然而水下生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物之間距離較遠(yuǎn)，因此使用柔性跨接管就成了最佳選擇。相比于柔性跨接管海上安裝過程，剛性跨接管完成陸地預(yù)制后需要通過駁船運(yùn)輸至作業(yè)現(xiàn)場，由工程船靠泊駁船才能完成剛性跨接管的下放安裝，而海上靠泊作業(yè)需要良好天氣窗口且吊裝作業(yè)操作難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)較高;而柔性跨接管則可由工程船通過滾筒或者提前倒入卷管艙進(jìn)行鋪設(shè)，鋪設(shè)及拆除回收都相對(duì)容易，可有效避免海上靠泊作業(yè)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

柔性跨接管連接器根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同有垂直連接器和水平連接器2種，垂直連接器在流花29-1項(xiàng)目以及陵水17-2項(xiàng)目中均有運(yùn)用，水平連接器形式柔性跨接管則在流花21-2項(xiàng)目、陸豐12-3項(xiàng)目以及陵水25-1項(xiàng)目中得到使用。根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前主要優(yōu)先采用水平連接器形式柔性跨接管。本文主要介紹了使用HCCS-L水平連接器形式的柔性跨接管的結(jié)構(gòu)形式、所需設(shè)備資源、海上安裝注意要點(diǎn)以及一些良好實(shí)踐等。

1 HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管

柔性跨接管作為水下結(jié)構(gòu)物之間的油氣輸送管線，主要由柔性管體及端部連接器構(gòu)成。目前柔性跨接管的核心技術(shù)仍被國外企業(yè)控制，很大程度上影響了深水油氣開發(fā)國產(chǎn)化進(jìn)度。典型柔性跨接管管體及HCCS-L水平連接器結(jié)構(gòu)形式分別如圖1和圖2所示，管體和連接器之間通常采用Grayloc快速卡箍進(jìn)行連接。柔性跨接管管體與連接器一般分別存儲(chǔ)，由滾筒攜帶柔性管裝船，連接器則放置在翻轉(zhuǎn)架一起裝船，另外配備限彎器及陽極塊、連接器吊裝框架等軟管附件。

采用水平式連接器可以使柔性跨接管更接近地面，降低其他水下結(jié)構(gòu)物高度，減少漁網(wǎng)或船錨拖拽風(fēng)險(xiǎn)。使用工程船進(jìn)行柔性管鋪設(shè)時(shí)船位、安裝工序相對(duì)靈活，遙控水下機(jī)器人（ROV）進(jìn)行水下回接時(shí)連接速度快，ROV操作相對(duì)簡單。HCCS-L水平連接器由于其吊裝框架FLT與連接器受結(jié)構(gòu)件固定，可實(shí)現(xiàn)FLT與連接器在水下一體式旋轉(zhuǎn)，因此HCCS-L末端連接器landing時(shí)可避免試鋪，待末端連接器鋪至距海床30 m時(shí)再由ROV調(diào)整末端連接器朝向，使其對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)物方向。隨著水平連接器形式柔性跨接管的安裝應(yīng)用逐步增多，對(duì)于其安裝技術(shù)的研究便具有重要意義。

2 柔性跨接管安裝所需設(shè)備資源

柔性跨接管一般采用垂直鋪設(shè)方式，由于其長度一般在40～300 m，因此通常采用RHD加滾筒模式進(jìn)行垂直鋪設(shè)，當(dāng)計(jì)劃單航次裝多根柔性跨接管時(shí)則會(huì)考慮卷管盤鋪設(shè)模式。柔性跨接管安裝所需設(shè)備資源主要分為甲板鋪設(shè)設(shè)備及ROV水下回接工具2大類。甲板鋪設(shè)設(shè)備主要有VLS垂鋪系統(tǒng)、卷管盤/RHD系統(tǒng)、首端牽引及末端回拉絞車、空壓機(jī)、螺栓拉伸設(shè)備和翻轉(zhuǎn)架等，主要布置在工程船甲板;ROV水下回接工具主要有導(dǎo)向柱吊裝錨、管口清潔工具、密封圈安裝工具、stroke tool頂伸工具、torque tool鎖緊工具以及背壓測試單元、hot stab等，后3種一般裝在ROV本體，其他外接工具則需放至專用ROV工具籃中。

為保證柔性跨接管海上安裝效率，相關(guān)關(guān)鍵鋪設(shè)設(shè)備及水下回接設(shè)備均需要在動(dòng)員期間或之前提前進(jìn)行功能測試，并準(zhǔn)備數(shù)量充足。如水平連接器翻轉(zhuǎn)架應(yīng)提前將連接器組裝至翻轉(zhuǎn)架并進(jìn)行翻轉(zhuǎn)測試，ROV專用工具則需提前進(jìn)行安裝匹配或者量程校準(zhǔn)、密封測試等，相關(guān)設(shè)備工機(jī)具準(zhǔn)備齊全、功能良好是確保海上施工安全高效的關(guān)鍵。

3 海上安裝流程及注意要點(diǎn)

柔性跨接管海上安裝過程主要分為甲板及水下準(zhǔn)備工作以及柔性跨接管安裝、HCCS-L水平連接器回接3個(gè)階段，各個(gè)階段作業(yè)工序可以靈活調(diào)整或甲板水下同時(shí)進(jìn)行，也可以多船合作完成整體柔性跨接管安裝，以提高項(xiàng)目整體施工效率及船舶利用率。與柔性軟管相比，由于柔性跨接管長度較短，在深水柔性跨接管安裝過程中，一般先完成首末端初始化，即先將整條軟管下放入水，再進(jìn)行鋪設(shè)及回接;而柔性軟管則需首端下放鋪設(shè)一段時(shí)間后再進(jìn)行末端下放及鋪設(shè)。以國內(nèi)某項(xiàng)目深水柔性跨接管安裝工程為例，其海上安裝整體流程及HCCS-L水平連接器水下回接流程分別如圖3和圖4所示。

在柔性跨接管安裝過程中，首先要求其路由設(shè)計(jì)要比較合理，由于跨接管長度普遍較短、彎段較多，合理設(shè)計(jì)一條既滿足軟管最小彎曲半徑、容易鋪設(shè)又不影響其他管纜路由的跨接管路由非常關(guān)鍵。其次各個(gè)工序的銜接以及合理安排也可以極大提高安裝效率，如下一個(gè)工序準(zhǔn)備工作的提前進(jìn)行等。最后務(wù)必要選擇足夠的海上天氣作業(yè)窗口，避免發(fā)生船舶無法完成鋪設(shè)作業(yè)不得不現(xiàn)場抵抗惡劣海況事件?，F(xiàn)針對(duì)各個(gè)階段主要工作內(nèi)容及注意要點(diǎn)簡要分析如下。

3.1 甲板及水下準(zhǔn)備工作

水下準(zhǔn)備工作主要由ROV進(jìn)行，包括路由預(yù)調(diào)查、首末端導(dǎo)向柱安裝、管匯等結(jié)構(gòu)物上閥門狀態(tài)檢查操作等。甲板準(zhǔn)備工作主要有跨接管首末端初始化、軟管與水平連接器對(duì)接及密封測試、限彎器及陽極塊等附件安裝和甲板索具準(zhǔn)備等。準(zhǔn)備階段的安全及質(zhì)量控制要點(diǎn)在于要選擇良好天氣窗口，提前進(jìn)行施工技術(shù)交底及安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析。從施工角度來說，導(dǎo)向柱的安裝和首末端初始化、密封測試為準(zhǔn)備階段施工重點(diǎn)。

導(dǎo)向柱安裝務(wù)必在甲板提前測試吊裝錨功能，確保下水前導(dǎo)向柱底部鎖銷狀態(tài)正常;首末端初始化應(yīng)該注意調(diào)整至最佳艏向、保持通信頻道暢通、綁好尾繩等防晃措施;密封測試應(yīng)做好安全隔離，嚴(yán)格把控密封質(zhì)量，確保做到連接后無明顯壓降。

3.2 柔性跨接管安裝

柔性跨接管水下安裝主要分為首端連接器landing、甩彎鋪設(shè)及末端連接器landing 3個(gè)階段。以近年某深水項(xiàng)目為例，水下安裝順利情況下可在20 h內(nèi)完成。柔性跨接管水下安裝注意要點(diǎn)在于甩彎鋪設(shè)時(shí)的末端剩余長度控制以及末端連接器landing。由于柔性跨接管通常較短、彎段較多，其甩彎鋪設(shè)速度一般控制在平均6 m/min，跨接管懸鏈線也即layback可控制在30～50 m。末端剩余長度控制是指末端連接器鋪設(shè)至末端結(jié)構(gòu)物時(shí)，軟管末端應(yīng)比結(jié)構(gòu)物長3～5 m，以確保末端連接器就位時(shí)軟管長度足夠。

末端連接器landing（圖5）主要是通過AR絞車及船舶吊機(jī)將末端連接器翻身至水平，然后移船至結(jié)構(gòu)物上方，通過ROV輔助將末端連接器套進(jìn)導(dǎo)向柱，再落座至結(jié)構(gòu)物的連接器底座上。末端連接器landing是整個(gè)柔性跨接管水下安裝過程的重難點(diǎn)，水平連接器landing時(shí)水平角及傾斜角一般控制在10°以內(nèi)即可完成連接器landing（圖6）。然而在某項(xiàng)目HCCS-L水平連接器落座中，普遍發(fā)現(xiàn)操作困難，連接器套進(jìn)導(dǎo)向柱后非常容易卡住，不能完全落座到位。后續(xù)經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)：第一，駝峰索具位置也非常關(guān)鍵，駝峰索具應(yīng)設(shè)置在距離末端連接器適當(dāng)位置，使得將末端連接器翻身至水平時(shí)不必將AR絞車鉤頭回收太高，當(dāng)AR絞車回收太高時(shí)，末端連接器則會(huì)往遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)物方向移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致跨接管長度不夠landing。第二，HCCS-L水平連接器由于其結(jié)構(gòu)物側(cè)landing beam結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于連接器姿態(tài)要求較高，其最終完全落座時(shí)連接器姿態(tài)幾乎要求水平，朝向也需與結(jié)構(gòu)物底座上landing beam一致。第三，當(dāng)連接器landing標(biāo)志顯示未落座到位時(shí)，可再次檢查連接器朝向或者連接器前2個(gè)導(dǎo)向錐角度，進(jìn)行微調(diào)后則有機(jī)會(huì)完成末端landing。

3.3 HCCS-L水平連接器回接

柔性跨接管完成水下鋪設(shè)后即可進(jìn)行首末端連接器的回接工作，跨接管的鋪設(shè)安裝一般可由單臺(tái)ROV進(jìn)行，跨接管的水下回接工作則需雙臺(tái)ROV配合進(jìn)行。一臺(tái)ROV主要進(jìn)行ROV工具籃里回接工具的安裝操作，另一臺(tái)ROV安裝hot stab及torque tool以及背壓測試單元，2臺(tái)ROV同時(shí)作業(yè)可以有效提高水下回接效率。HCCS-L水平連接器水下回接流程主要分為以下幾步：①拆除水平連接器吊裝框架;②拆除跨接管及結(jié)構(gòu)物兩端保護(hù)帽;③清潔結(jié)構(gòu)物及跨接管兩端管口外表面;④torque key解鎖連接器本體，安裝stroke tool頂伸對(duì)接（圖7）;⑤使用torque tool扭矩扳手鎖緊連接器管口（圖8）;⑥使用hot stab進(jìn)行連接后密封測試;⑦回收回接工具及ROV工具籃，拆除導(dǎo)向柱。

水平連接器的水下回接重點(diǎn)在于確保連接前要檢查好結(jié)構(gòu)物上閥門狀態(tài)，連接后確保密封性能良好，密封圈外的密閉空間壓降符合程序要求，同時(shí)對(duì)2臺(tái)ROV水下作業(yè)的協(xié)調(diào)配合也提出了較高要求。在整個(gè)水下回接過程中，應(yīng)確?；亟幼鳂I(yè)時(shí)刻有連接器廠家工程師進(jìn)行指導(dǎo)，同時(shí)甲方及第三方進(jìn)行回接過程見證，以保證出現(xiàn)意外情況能及時(shí)應(yīng)對(duì)。

4 工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

在某項(xiàng)目采用HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管工程實(shí)踐中，由于項(xiàng)目工期緊、施工任務(wù)重、多條船舶現(xiàn)場同時(shí)作業(yè)及現(xiàn)場海況不理想等作業(yè)條件，現(xiàn)場項(xiàng)目人員提前謀劃、統(tǒng)籌調(diào)度、靈活安排現(xiàn)場各項(xiàng)作業(yè)，最終順利完成了相關(guān)施工任務(wù)，也總結(jié)了部分良好工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4.1 多船船位實(shí)時(shí)顯示

由于水下生產(chǎn)管匯周圍管線繁多，設(shè)計(jì)有多條剛性跨接管、柔性跨接管及飛線等，部分軟管及臍帶纜還需進(jìn)行水下調(diào)試;需要現(xiàn)場各條作業(yè)線同時(shí)作業(yè)，個(gè)別時(shí)間段甚至需多條船舶聚集在生產(chǎn)管匯周圍進(jìn)行施工，因此對(duì)于現(xiàn)場船位安排要求較高。現(xiàn)場項(xiàng)目組通過CAD軟件提前模擬各船船位，定位軟件來實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場各條船舶船位，各船舶實(shí)際作業(yè)時(shí)加強(qiáng)溝通，船舶移動(dòng)及艏向調(diào)整均互相通知，有效避免了因各船船位不清晰造成的待機(jī)事件，提高了海上施工效率。

4.2 合理調(diào)整各船作業(yè)內(nèi)容

針對(duì)多船舶現(xiàn)場同時(shí)作業(yè)，首先綜合現(xiàn)場各船作業(yè)計(jì)劃，合理調(diào)整各船作業(yè)內(nèi)容，從作業(yè)計(jì)劃上提前避免船位待機(jī)事件。比如剛性跨接管與柔性跨接管的甲板準(zhǔn)備、水下安裝、連接器回接各個(gè)階段均可分開進(jìn)行，而甲板準(zhǔn)備階段船位可遠(yuǎn)離管匯上跨接管安裝位置;管纜調(diào)試作業(yè)則主要在管纜兩端位置，先在哪端調(diào)試也可靈活安排。因此針對(duì)各船作業(yè)內(nèi)容的統(tǒng)籌安排，也可有效避免待機(jī)事件發(fā)生。

4.3 多船合作完成柔性跨接管安裝

柔性跨接管安裝分為甲板及水下準(zhǔn)備、鋪設(shè)安裝、水下回接等階段，甲板準(zhǔn)備及鋪設(shè)安裝需要工程船自主完成，而水下準(zhǔn)備如安裝導(dǎo)向柱、拆除結(jié)構(gòu)物側(cè)壓力帽、結(jié)構(gòu)物側(cè)閥門狀態(tài)檢查與操作以及連接器水下回接，則可由其他工程船協(xié)助完成。同時(shí)，如果受船位影響，首端連接器就位時(shí)，也可將首端連接器傳遞至其他工程船吊機(jī)，兩船配合完成首端連接器就位。通過多船統(tǒng)籌合作，可有效提高各船使用效率。

4.4 水下工機(jī)具共享共用

不管是采用水平連接器的剛性跨接管還是柔性跨接管，跨接管安裝就位均需要提前操作結(jié)構(gòu)物側(cè)閥門、安裝導(dǎo)向柱等，需要使用到吊裝錨、扭矩扳手等。由于現(xiàn)場船舶較多，各船工機(jī)具有限，可以將水下工機(jī)具臨時(shí)存放管匯或PLET等結(jié)構(gòu)物上，待水下作業(yè)全部完成時(shí)，再由最后一條離場工程船取回甲板。通過水下工機(jī)具的共享共用，也可以避免船舶靠泊穿梭物資次數(shù)，提高項(xiàng)目整體水下施工效率。

5 結(jié)束語

隨著未來深水水下生產(chǎn)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，采用HCCS-L水平連接器形式的柔性跨接管前景也非?？捎^。通過本文對(duì)于HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管安裝過程與注意要點(diǎn)的研究分析，以及一些良好實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于類似柔性跨接管安裝工程具有一定參考意義。

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作者簡介：郭非凡（1992-），男，助理工程師。研究方向?yàn)楹Ｑ蠊芾|施工。