李東生 崔 寧 檀曉光 鐘任歡 黃秀龍

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

為消除剛懸鏈線立管底部張力，避免張力導(dǎo)致連接的PLET和跨接管發(fā)生拖拽或偏移，須對(duì)剛懸鏈線立管底部進(jìn)行holdback限位，設(shè)計(jì)研究深水立管限位錨和錨鏈對(duì)立管進(jìn)行限位控制，保障水下設(shè)施安全和穩(wěn)定。該套限位系統(tǒng)的適用張力大、穩(wěn)定性高，但施工難度較大，需要重點(diǎn)考慮施工安裝方案。

1 原理概述

該立管限位錨屬于吸力錨，與普通吸力錨不同點(diǎn)主要在于其頂部具有錨鏈捕獲及鎖止機(jī)構(gòu)，通過(guò)限位鏈連接立管進(jìn)行限位。同時(shí)在該施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，有2種限位方式，一種為立管管道端部PLET限位，一種為立管中部限位，圖1和圖2為2種類型的限位吸力錨限位方式和頂部結(jié)構(gòu)圖。圖1為立管中部限位示意圖，圖2為立管端部PLET限位示意圖。

因此，為了實(shí)現(xiàn)立管限位的作用，需要安裝吸力樁作為限位錨點(diǎn)，通過(guò)鏈條進(jìn)行連接限位。立管中部限位是在管道中部的兩側(cè)進(jìn)行限位，通常適用于立管海床段有彎曲段，需要在彎曲段后進(jìn)行限位。立管端部PLET限位是在海管鋪設(shè)時(shí)，將限位錨通過(guò)鏈條連接至立管末端的PLET上，在后方形成限位拉力，保證立管的穩(wěn)定性。通常適用于立管鋪設(shè)無(wú)彎曲路由，是直線形式。

2 深水限位吸力錨安裝技術(shù)

剛懸鏈線立管的應(yīng)用水深通常較深，在該工程應(yīng)用中，水深達(dá)1400m以上，其安裝進(jìn)度包括位置偏移精度、艏向朝向精度、水平精度、貫入深度等要求。因此，在深水無(wú)潛水支持的情況下完成高精度吸力樁安裝是技術(shù)的重難點(diǎn)。以下主要闡述其實(shí)現(xiàn)高精度要求的安裝方法。

表1 限位吸力樁安裝精度要求

為完成限位吸力錨的精確就位安裝，需要從設(shè)計(jì)到安裝都進(jìn)行全方位的考慮，主要包括以下內(nèi)容：限位錨設(shè)計(jì)建造與測(cè)試、限位錨吊裝與安裝分析、水下精確就位與安裝以及吸力貫入操作。

2.1 限位錨設(shè)計(jì)建造與測(cè)試

圖1 立管中部限位示意圖

圖2 管道末端PLET限位

首先限位錨為吸力樁形式，因此其具有吸力樁的必備結(jié)構(gòu)排水艙口、吸力貫入接口。以便于形成吸力貫入結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于為深水作業(yè)，須設(shè)計(jì)制造有ROV交互平臺(tái)，便于ROV水下引導(dǎo)就位和進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。并且設(shè)計(jì)有作為限位鏈連接的限位結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)立管限位作用。吊點(diǎn)設(shè)計(jì)為三點(diǎn)吊裝，保持穩(wěn)定性。限位的吸力樁頂部結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。

在限位吸力樁建造完成后，需要對(duì)其進(jìn)行陸地測(cè)試，以校驗(yàn)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)以及模擬海上安裝，識(shí)別問(wèn)題，以便于在出海安裝前將所有可能存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)消除，確保其安全圓滿安裝。在相關(guān)各方確認(rèn)無(wú)誤后，才可以出具放行條進(jìn)行出海安裝。測(cè)試的主要類別見(jiàn)表2。

表2 限位吸力樁陸地測(cè)試項(xiàng)

2.2 限位錨吊裝與安裝分析

限位錨的吊裝主要需要考慮2點(diǎn)：1）其吊高比較高，吊裝索具的設(shè)計(jì)需要考慮吊高的影響，參考作業(yè)船舶的吊機(jī)性能設(shè)計(jì)吊裝索具；2）吊裝路徑須清爽無(wú)干涉，需要對(duì)裝船的位置和吊裝路徑提前設(shè)計(jì)。限位錨安裝分析需要考慮的因素：船舶艏向與浪向的角度、過(guò)飛濺區(qū)計(jì)算、各個(gè)不同水深的下放速度、著泥速度等要求。以下為南海某項(xiàng)目實(shí)際工程應(yīng)用中，計(jì)算分析得出的限位吸力錨的安裝分析要求和天氣海況限制。該分析考慮船舶艏向與浪向角度為±30°；飛濺區(qū)下放速度不超過(guò)0.2m/s；水中下放速度約0.5m/s；landing速度推薦AHC（Active Heave Compensation，主動(dòng)深沉補(bǔ)償）模式下最小速度0.13m/s。

2.3 水下精確就位與安裝

水下精確就位是深水限位錨安裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)其就位精度，需要提前布設(shè)LBL（Long Base Line）矩陣，形成水聲定位系統(tǒng)，通過(guò)與吸力樁頂部提前布置好的Gyrocompatt進(jìn)行信號(hào)傳遞，將限位錨的艏向、位置信息實(shí)時(shí)傳遞至船舶中控室定位圖上，便于施工監(jiān)督下達(dá)調(diào)整和施工指令。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)精確就位的可視化，可提前在安裝位置的精度要求范圍內(nèi)放置Mark buoy（定位浮球），便于ROV協(xié)助就位時(shí)觀察。精確就位的步驟如下。布設(shè)LBL矩陣，調(diào)試設(shè)備；ROV在定位圖上限位錨的精度范圍外援放置4個(gè)Mark buoy，多次打點(diǎn)，保證精度；吊裝就位至水下，通過(guò)Gyrocompatt與LBL定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋，船舶中控指揮ROV調(diào)整限位吸力樁的艏向和位置，確保都在精度范圍內(nèi)；持續(xù)下放著泥，ROV觀察牛眼讀數(shù)，觀察吸力樁水平度變化情況，船舶中控監(jiān)控艏向和位置情況；下放至吸力樁不再自沉，表示第一階段自沉貫入結(jié)束。

2.4 吸力貫入

圖3 立管中部限位吸力樁頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4 立管端部限位吸力樁頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吸力樁自沉結(jié)束以后，ROV從ROV 工具籃中將艙口蓋取出，安裝至艙口上，旋緊鎖上。ROV將吸力泵的hot stab 插入吸力樁的吸力接口位置，逆時(shí)針鎖緊。ROV啟動(dòng)吸泥泵，按照設(shè)計(jì)壓力開(kāi)始吸泥，另一臺(tái)ROV觀察樁身的泥線刻度下沉情況。吸泥過(guò)程需要同步以0.13 m/s的速度下放吊機(jī)鋼絲繩，并設(shè)置恒張力，最后的恒張力不能小于吸力樁索具的質(zhì)量，吸力樁吊裝索具質(zhì)量約為2.5 mt。吸力結(jié)束以后，ROV#1斷開(kāi)吸力泵Hot stab的連接。將保護(hù)接頭安裝至吸力接口作為保護(hù)。記錄吸力樁艏向、水平度、位置、泥線數(shù)據(jù)等信息。ROV移除吊機(jī)索具和回收相關(guān)工機(jī)具。

3 限位鏈回接技術(shù)

管道末端PLET限位在立管鋪設(shè)時(shí)，由鋪管船將末端PLET下放后，由ROV將PLET的限位鏈條遷移至限位吸力錨的限位鉤位置，扣緊和關(guān)閉限位鉤，再將鎖銷插上完成限位。如圖2所示。由于操作簡(jiǎn)單，不再描述和介紹。

立管中部限位結(jié)構(gòu)主要分為2個(gè)部分：短鏈和長(zhǎng)鏈。短鏈與SCR為一個(gè)整體，隨鋪管船鋪設(shè)至海床；長(zhǎng)鏈由工程船吊裝下放，然后由ROV將短鏈與長(zhǎng)鏈連接在一起，并鋪設(shè)鏈條至限位錨進(jìn)行鎖緊限位。由于短鏈比較重（約450kg），為便于連接，需要將其進(jìn)行漂浮狀態(tài)進(jìn)行ROV回接作業(yè)。因此，在鋪設(shè)SCR時(shí)，在短鏈上綁扎有一個(gè)小的浮球。鋪設(shè)完成后，工程船抵達(dá)該位置，通過(guò)配重塊下放一個(gè)大的浮力塊（浮力約500 kg），將短鏈漂浮。工程船再將長(zhǎng)鏈下放至水下，ROV完成長(zhǎng)鏈和短鏈的連接。步驟如圖5所示。

為便于鋪設(shè)錨鏈時(shí)觀察是否出現(xiàn)打扭情況，在陸地準(zhǔn)備時(shí)將錨鏈的上側(cè)涂成白漆，便于深水水下ROV觀察。同時(shí)由于長(zhǎng)鏈較長(zhǎng)，無(wú)法使用吊機(jī)直接掛鉤整條錨鏈起吊。因此設(shè)計(jì)成將錨鏈來(lái)回折成多段，由吊機(jī)起吊連接點(diǎn)。同時(shí)根據(jù)鏈條的特性，區(qū)分和編號(hào)鏈條，保證安裝時(shí)不會(huì)出錯(cuò)。并且為保證限位鏈環(huán)在卡槽位置方便ROV調(diào)整，就位鏈環(huán)至卡槽內(nèi)，在陸地時(shí)在設(shè)計(jì)位置附近的鏈環(huán)上綁扎有monkey fist（繩結(jié)）。同時(shí)，考慮到水下應(yīng)急情況，出現(xiàn)回收限位鏈的情況，在限位鏈的前后設(shè)置應(yīng)急回收索具。

工程船移船鋪設(shè)限位鏈條至限位錨位置，ROV監(jiān)控限位鏈鋪設(shè)情況，確保白色涂漆面朝上。限位鏈鋪設(shè)進(jìn)限位錨的鏈條導(dǎo)向槽內(nèi)，ROV確認(rèn)鏈環(huán)卡入限位槽內(nèi)，ROV插入插銷，鎖緊限位鏈條。工程船繼續(xù)鋪設(shè)，將鏈條平鋪至海床，最后由ROV解鉤懸掛索具。

圖5 ROV連接短鏈與長(zhǎng)鏈

4 結(jié)語(yǔ)

深水剛懸鏈線立管限位吸力錨安裝和限位鏈回接技術(shù)涉及水深較深，在國(guó)內(nèi)的海洋石油工程中屬于前沿施工和技術(shù)，國(guó)內(nèi)的海洋石油開(kāi)發(fā)逐步正走向深水，在后續(xù)的深水油氣田開(kāi)發(fā)中將會(huì)應(yīng)用得非常廣。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用為后續(xù)的類似SCR限位作業(yè)提供思路以及施工參考案例。