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(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067)

流花11-1油田位于東經(jīng)115°42' 02"、北緯20°49' 27"，距離香港東南230 km。該油田作業(yè)水深約310 m，1995年投產(chǎn)。流花4-1新建油田采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)，并依托流花11-1現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行開發(fā)，其具體設(shè)計思路為：流花4-1油田的生產(chǎn)井液通過11 km海底管線輸送到流花11-1油田水下管匯附近，經(jīng)橋接管匯與流花11-1油田的生產(chǎn)井液匯合后進(jìn)入現(xiàn)有的兩條直徑為342.9 mm(13.5″)、長為2.8 km的海底管線輸送到“南海勝利號”FPSO上進(jìn)行處理、儲存和外輸。

為依托現(xiàn)有流花11-1水下設(shè)施，需對現(xiàn)存的2根舊跨接管進(jìn)行拆除，見圖1虛線；然后在原有的管接頭和新安裝的橋接管匯基礎(chǔ)上，安裝4根新跨接管。由于拆除舊跨接管后，原海底的管接頭(HUB)需要與新的跨接管連接，重新利用，所以拆除過程中對原舊管接頭(HUB)密封面的保護(hù)尤為重要。文中重點(diǎn)闡述兩根舊跨接管P1和P2拆除總體方案及實施過程中遇到的困難，為以后類似水下設(shè)施改造、重新利用提供借鑒[1-3]。

圖1 流花11-1水下布置示意

舊跨接管一端連接海管終端PMTB(perma- nent tie-in base)，另一端連接中心管匯CPM(central production manifold)，兩端接頭外部形式見圖2，雖然接頭外部形式不同，但其軟著陸、鎖緊、解鎖、提升原理是相同的。

圖2 跨接管兩端外部形式

1 流花11-1舊跨接管接頭形式和解鎖原理

流花11-1油田水下設(shè)施的跨接管接頭是FMC torus III系列早期產(chǎn)品接頭形式之一。該產(chǎn)品可通過液壓功能便捷地對接頭進(jìn)行軟著陸、鎖緊、解鎖、提升等操作，在液壓功能失效時，還可以通過過提活塞體，對接頭進(jìn)行機(jī)械解鎖。下面以海管終端PMTB端的跨接管接頭(如圖3)為例，分別對接頭形式和液壓解鎖及機(jī)械解鎖的工作原理進(jìn)行介紹。

圖3 接頭結(jié)構(gòu)示意

1.1 接頭結(jié)構(gòu)形式

如圖3 b)，接頭的軟著陸及頂升功能是由接頭外部結(jié)構(gòu)的軟著陸液壓缸實現(xiàn)的。受海況影響，跨接管在下放過程中，一定是上下抖動的，因此在對接過程中對密封面的保護(hù)顯得尤為重要。在下放跨接管時，3個軟著陸液壓缸處于伸長狀態(tài)，使得接頭外部結(jié)構(gòu)先與海底的管接頭(HUB)附近的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)接觸，保護(hù)原舊管接頭(HUB)及內(nèi)部密封面，避免其在跨接管安裝和拆除過程中意外碰撞、刮擦而受損，消除海況的不良影響。

如圖3 c)，接頭的鎖緊及解鎖功能是由接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鎖止環(huán)實現(xiàn)的。左半圖：活塞體(primary piston body)處于較上位置，由于鎖止環(huán)(locking segments)內(nèi)部由彈簧相連，鎖止環(huán)在彈簧恢復(fù)變形力作用下，遠(yuǎn)離管接頭外表面，接頭處于解鎖狀態(tài)；右半圖：活塞體處于較下位置時，在活塞體的擠壓作用下，緊貼管接頭外表面，接頭處于鎖緊狀態(tài)。

1.2 液壓解鎖步驟

第一步。水下機(jī)器人(ROV)將液壓回路連接到液壓腔2(見圖3c)，并打壓至10.35 MPa，活塞體被提升，鎖止環(huán)中的彈簧在恢復(fù)變形力的作用下將鎖止環(huán)撐開并遠(yuǎn)離管接頭外表面，實現(xiàn)液壓解鎖。

第二步。舉升接頭，使其離開管接頭上表面。水下機(jī)器人(ROV)將液壓回路連接至軟著陸液壓缸(見圖3b)，并打壓至10.35 MPa，接頭外部兩側(cè)液壓缸伸長，接頭離開管接頭上表面。然后即可用吊機(jī)提升跨接管，進(jìn)行回收作業(yè)。

1.3 機(jī)械解鎖功能

當(dāng)接頭液壓解鎖失效時，可以通過過提功能(over-pull)對接頭進(jìn)行機(jī)械解鎖。圖3中的活塞體通過3個指示桿連接到圖4中的3個過提吊耳，繼而連接到橫板和與橫板連接的過提索具(over-pull sling)。為便于提拉，過提索具上部固定在跨接管的端部。通過上提索具，活塞體被提起，鎖止環(huán)中的彈簧在恢復(fù)變形力的作用下將鎖止環(huán)撐開并遠(yuǎn)離管接頭外表面，實現(xiàn)機(jī)械解鎖。依據(jù)FMC的設(shè)計推薦，過提力應(yīng)為200 kN。

圖4 過提索具布置示意

2 施工方案設(shè)計和實施過程

在海上施工開始初期，成功地利用水下機(jī)器人(ROV)將P1的管匯終端(PMTB)接頭和P2的中心管匯(CPM)端接頭進(jìn)行液壓解鎖。但在對P1的中心管匯(CPM)端和P2的管線終端(PMTB)端進(jìn)行液壓解鎖時，打壓壓力始終無法達(dá)到10.35 MPa，多次嘗試均未能成功解鎖。分析原因，應(yīng)該是活塞體本身的密封結(jié)構(gòu)損壞，只能通過過提功能實現(xiàn)機(jī)械解鎖。

2.1 P1的CPM端解鎖過程

1)ROV連接索具到P1中心管匯一側(cè)接頭的過提索具上，并將限位索繩連接到P1中心管匯一側(cè)導(dǎo)向樁上，吊機(jī)設(shè)置為恒張力CT(constant tension)模式。限位索繩的作用是限制接頭解鎖后被拉起的高度，避免因碰撞而損壞管線終端(PMTB)的管接頭。

2)安裝船吊機(jī)逐漸提高拉力至200 kN，并反復(fù)循環(huán)加載。

3)ROV利用原有液壓解鎖系統(tǒng)向液壓腔2持續(xù)打壓，壓力值穩(wěn)定在0.69 MPa左右，P1成功解鎖。

4)起吊該跨接管。

5)ROV調(diào)查并清理HUB口密封面情況，確保HUB完好無損。

6)將兩個垃圾帽裝在HUB口上用作臨時保護(hù)，防止物體進(jìn)入。

2.2 P2的PMTB端解鎖過程

嘗試對P2管線終端(PMTB)接頭使用液壓解鎖和機(jī)械解鎖，不能成功。隨后準(zhǔn)備使用后備解鎖專用工具(enerpack jack tool)，見圖5。

圖5 解鎖專用工具

其工作原理如下：用enerpack jack液壓缸舉升圖6中橫板，從而達(dá)到過提活塞體的作用，進(jìn)行解鎖。其整體工作原理與過提索具基本一致，不同之處在于一個是上提索具，一個是舉升連接索具的橫板。

圖6 解鎖專用工具原理

P2管線終端(PMTB)接頭解鎖過程如下。

1)將P2中心管匯(CPM)端軟著陸液壓缸打壓至處于舉升狀態(tài)，避免過提解鎖另一端接頭時，解鎖瞬間跨接管被拔起并損壞接頭密封面。

2)連接限位索具到P2管線終端(PMTB)tie-in base結(jié)構(gòu)上以防止跨接管被過大提升，再連接吊機(jī)鋼纜至過提索具, 吊機(jī)設(shè)置為恒張力CT模式，提升鋼纜至吊機(jī)載荷200 kN，同時配合使用液壓解鎖功能向接頭打壓，但多次嘗試接頭仍無法解鎖。

3)逐漸加大吊機(jī)載荷至200 kN，同時配合使用液壓解鎖系統(tǒng)向接頭間斷打壓，仍無法解鎖。

4)嘗試使用后備解鎖專用工具機(jī)械解鎖，enerpac jack tool頂推力逐漸增大到200 kN, 配合使用液壓解鎖系統(tǒng)向接頭間斷打壓，接頭也無法解鎖。

經(jīng)過仔細(xì)分析接頭無法解鎖的原因，追溯至1995年跨接管安裝時，有信息反映P2跨接管制作稍長，安裝時是用ROV擠推到位鎖緊的，屬于強(qiáng)力安裝。由此判斷跨接管接頭內(nèi)部仍可能存在應(yīng)力而導(dǎo)致活塞體被卡死。為消除跨接管內(nèi)應(yīng)力，遂決定對P2從近海管終端(PMTB)處進(jìn)行切割跨接管。

如圖7所示，切割位置應(yīng)盡量靠近接頭處，以減少懸掛管段重量對接頭產(chǎn)生的彎矩；同時，選擇該方案意味著放棄了接頭自身的液壓解鎖功能，因為切割時將切斷連接ROV控制面板和接頭的液壓管線。

圖7 P2跨接管切割位置示意

管線切割及隨后的工作程序大致如下。

1)遠(yuǎn)程操作水下機(jī)器人(ROV)對P2進(jìn)行切割，完成后起吊回收左半段跨接管。

2)ROV調(diào)查并清理中心管匯(CPM)端舊管接頭(HUB)密封面情況，確保管接頭(HUB)完好無損。

3)將垃圾帽裝在中心管匯(CPM)端管接頭(HUB)上用作臨時保護(hù)，防止物體進(jìn)入。

4)對P2管線終端(PMTB)使用過提索具進(jìn)行機(jī)械解鎖，反復(fù)加載、卸載仍未解鎖。

5)使用解鎖專用工具將舉升力逐漸提升至20 t,反復(fù)卸載、加載，接頭仍無法解鎖。

6)經(jīng)過研究廠家接頭設(shè)計計算書，找出與過提功能相關(guān)的部件能承受的最大載荷。經(jīng)確認(rèn)，3個吊耳為最薄弱環(huán)節(jié)，最大受力為500 kN。經(jīng)風(fēng)險分析后，決定同時使用過提和舉升兩種機(jī)械解鎖方式將總解鎖最大提升力提高到50 t。 首先用專用解鎖工具舉升至200 kN, 然后吊機(jī)提升過提索具逐漸加載，當(dāng)?shù)鯔C(jī)拉力加載至280 kN時，接頭終于成功解鎖。

7)回收P2管線終端(PMTB)側(cè)跨接管，ROV調(diào)查并清理管線終端(PMTB)管接頭(HUB)密封面情況，確保管接頭(HUB)完好無損。

8)將垃圾帽裝在管線終端(PMTB)管接頭(HUB)上進(jìn)行臨時保護(hù)，防止物體進(jìn)入。

2.3 清理管接頭及安裝保護(hù)帽

在檢查管接頭完好無損后，將防腐藥劑棒投放到管接頭里，并安裝壓力保護(hù)帽(pressure cap)，在新跨接管安裝之前，起到防腐并保護(hù)管接頭的作用。

3 創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

1)專用解鎖工具液壓上頂解鎖。與運(yùn)用索具過提相比，此工具施加的上頂力穩(wěn)定，避免了使用吊機(jī)上提索具時海況引起的波動，且彌補(bǔ)了索具長期存放水下引起的載荷能力減弱。

2)水下跨接管切割釋放應(yīng)力。遠(yuǎn)程操控水下機(jī)器人操作砂輪片切割機(jī)進(jìn)行切割，釋放了由于跨接管變形引起的存在接頭內(nèi)的應(yīng)力。

3)過提與液壓上頂組合應(yīng)用。在施加最大上頂力的前提下，反復(fù)漸進(jìn)地增大索具過提力，松動接頭內(nèi)部卡住的結(jié)構(gòu)，最終成功將P2的PMTB端解鎖，解決了舊跨接管拆除過程中最大的難題。

4 結(jié)論

在拆除P2PMTB端過程中，應(yīng)了解項目初期安裝的實際情況，做出正確的選擇。遇到問題時，不僅僅參照設(shè)備廠家的回收程序，還要了解生產(chǎn)廠家設(shè)計計算文件，找出各個部件所能承受的最大載荷，在保證水下設(shè)備完整性(接頭無損)的前提下，果斷決策。

流花11-1兩根舊跨接管的拆除是國內(nèi)首次對在水下使用長達(dá)16年的此類設(shè)施進(jìn)行拆除并部分重新利用，施工成功，為以后更好地開發(fā)利用及改造老油田水下設(shè)施提供了寶貴經(jīng)驗。

[1] 王春升.流花4-1油田開發(fā)可行性研究[R].北京：中海石油研究總院，2009.

[2] 冒家友，原慶東，范志鋒.浮式平臺水下電纜(立管)快速解脫及存儲技術(shù)研究[J].船海工程，2013，42(6)：144-146

[3] 萬 祥，張長智.荔灣3-1深水氣田水下設(shè)施安裝設(shè)計[C]∥海洋石油工程技術(shù)論文，第四集.北京：中國石化出版社，2012.