百米水深新型液壓調節閥組安裝技術

崔 寧，曹晨磊，高 超，黃秀龍

(深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067)

百米水深新型液壓調節閥組安裝技術

崔 寧，曹晨磊，高 超，黃秀龍

(深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067)

近年來，水下閥組作為油田開發中一種重要的海底裝置被廣泛研究和應用，同時現有水下閥組由于老化、外力破壞等原因需要更換的事件也不斷發生。崖城13-1氣田項目新閥組安裝時，為了減少水下法蘭連接數量，采用了一種新型液壓調節閥組直接與海管組對。結合該項目實際應用，對百米水深新型液壓調節閥組安裝技術進行介紹，為日后海洋工程水下新型閥組安裝提供參考。

海洋工程；百米水深；液壓調節閥組；安裝技術

0 引 言

水下閥組作為一種重要的海底裝置，其主要功能是對海底油氣管線進行匯集與控制。一般的水下閥組由管路、閥門、連接裝置、控制器、結構框架和底座幾個部分組成[1]。

崖城13-1氣田香港管線直徑28英寸(1英寸≈2.54 cm)，海管路由平均水深90 m。崖城13-1氣田項目水下2個現有閥組已服役近20年。2013年調查發現，由于漁網拖曳導致海管懸空，2個閥組也被損壞需要更換。根據要求，為了減少水下法蘭連接數量，提高管線可靠性，項目采用了新型液壓調節閥組。安裝時，將閥組直接與海管組對，省去中間連接段膨脹彎短節。2016年4月，2個新型液壓調節閥組安裝作業成功完成，作業水深85 m。本文將結合該項目中成功的應用實踐，與傳統的水下閥組安裝過程進行比較，對新型閥組安裝方法加以介紹。

1 傳統的水下閥組安裝

水下閥組安裝由潛水作業支持船(DSV)作為主作業船，水下安裝作業由飽和潛水員完成[2]。傳統的水下閥組安裝方法為：(1)DSV就位，潛水員水下預調查；(2)DSV吊機下放閥組至連接點位置附近，潛水員輔助就位于海床；(3)潛水員使用法蘭測量儀完成膨脹彎測量(包括法蘭間相對水平角度、相對豎直角度及法蘭端面距離等數據)；(4)根據測量數據，陸地進行膨脹彎預制、防腐及檢驗；(5)運輸駁船將膨脹彎運至海上作業位置；(6)膨脹彎完整性檢查；(7)DSV吊機起吊膨脹彎并下放入水，潛水員通過法蘭捕捉器、水下配重、倒鏈調整并完成膨脹彎就位；(8)最后進行螺栓安裝[3]、緊固，并完成試壓，至此閥組安裝完成。

2 新型液壓閥組安裝

較深水水下液壓調節閥組的工作的大體施工流程如下：(1)潛水員到達作業區域；(2)新閥組安裝位置調查；(3)安裝位置基坑處理；(4)新閥組吊裝、就位；(5)新閥組保護罩安裝；(6)法蘭螺栓緊固及自試壓；(7)液壓調節完成法蘭組對。

與傳統的采用膨脹彎連接方式不同，崖城13-1氣田項目出于減少水下調整管段及法蘭的初衷，在海管法蘭連接點已存在的情況下，創新地在水下閥組上采用三維液壓可調設計，從而實現了閥組與海管的直接連接。閥組根據標記線及導向框架初步就位后，通過閥組內部液壓調節功能，進行微調完成法蘭水下組對。新閥組液壓調節系統的創新性設計，在提高就位精度的同時，減少了法蘭數量，節省了中間段膨脹彎等水下工作量，提高了海管可靠性和海上作業效率。表1對比了傳統閥組與新型閥組的施工流程。

表1 施工流程對比

2.1 新型液壓閥組

如圖1所示，新型液壓調節閥組在傳統閥組的基礎上，對結構和功能做了改進和提升。新型液壓閥組由基座、可調結構和液壓系統組成。基座作為整個閥組的支撐結構，直接就位在海床上。閥組共有三層可調結構，分別可以在軸向(X)、橫向(Y)、縱向(Z)三向進行調節。閥組液壓調節系統為可調結構提供動力，該系統由液壓缸、液壓管線、管線接入面板組成。閥組在入水前液壓缸、管線及管線接入面板均已連接完成，通過臍帶纜連接到甲板上的液壓站和控制臺，由水面控制實現水下新閥組的X、Y、Z三向調節(X向：±250 mm；Y向：±250 mm；Z向：±400 mm) 。

圖1 新閥組結構Fig.1 New manifold structure

新閥組內部預裝有封堵器(IPP，見圖2)、臍帶纜密封裝置(USV，見圖3)、臍帶纜及其導纜架等。該成套管內預裝封堵系統設備，主要是為了防止新閥組在下放安裝過程中太多的海水進入海管和閥組。

圖2 IPP預裝Fig.2 IPP pre-installation

圖3 臍帶纜密封裝置Fig.3 USV

2.2 基坑處理

由于閥組自身高度，若直接將其就位在海床上，閥組法蘭會與海管法蘭口存在高度差，無法直接組對。根據新閥組設計參數，為保證閥組與海管順利對接，需要預處理安裝基坑(約16 m × 10 m區域)，閥組橇基坑深度應控制在1 300～1 700 mm之間，整體高差不超過150 mm。

新閥組基坑處理先后使用了T8000、潛水員用吸泥泵等設備。T8000對基坑預處理后，根據新海管鋪設管頭法蘭位置確定的新閥組基坑，潛水員對基坑深度未滿足要求的區域進行吸泥作業。完成吸泥后，對原預吹坑深度超出要求的區域，采用水泥壓塊和沙包進行填坑和平坑工作。為保證基坑平整度，處理過程中潛水員使用打樁拉線的方法對新閥組基坑進行深度和平整度測量。基坑處理完后使用特制的平整度測量框架對基坑進行水平度的測量工作，并由水下機器人(ROV)攜帶多波束設備對基坑平整度進行最終掃測確認。掃測結果如圖4所示。

圖4 多波束掃測結果Fig.4 Multibeam survey

2.3 吊裝就位

本項目把握新閥組與海管連接的特點，在新閥組上設置八字型導向框架，能在不損傷海管的情況下，順利卡入并與海管精確組對。新閥組與八字形導向框架總重88 t，由運輸駁船運至作業位置，靠泊飽和潛水支持船，進行下放前檢查及準備工作(見圖5)，主要包括：(1)新閥組結構及液壓系統檢查、調試；(2)IPP狀態確認；(3)在新閥組上設置可拆卸對接引導支架(Docking,避免漁網拖刮風險)；(4)安裝法蘭防碰墊、測平牛眼；(5)標記、熒光棒、信標、尾繩布置；(6)掛鉤新閥組下放索具[4]。

圖5 閥組下放前Fig.5 Manifold before deploying

準備工作完成后，DSV吊機起吊新閥組下放至水下30 m位置待命，ROV #1監控整個下放過程。用于對接引導的ROV #2就位，連入結構上預設的對接引導支架(Docking)，與結構物“連成一體”，控制新閥組的姿態。繼續下放新閥組至基坑位置上方3 m位置，ROV #2調整閥組姿態，ROV #1觀察閥組八字形導向框架與海管之間的位置，移船配合將閥組八字形導向框架卡入海管。微調船位，將閥組在水平方向慢慢靠近海管法蘭，直到閥組法蘭面防碰墊與海管法蘭面防碰墊貼上。吊機繼續下放閥組至海床，ROV #1持續監控兩個法蘭面的位置狀態。確認閥組就位完成后，潛水員拆除兩塊法蘭防碰墊及八字形導向框架。

2.4 液壓調節

新閥組在海床上就位后，需通過液壓調節完成兩法蘭精確組對。甲板上按液壓系統圖(見圖6)連接液壓管線并下放臍帶纜(見圖7)，潛水員按臍帶纜分支編號對接快速接頭。按照液壓原理圖連接各路油管并檢查確定是否正確。潛水員在水下測量并最終確認閥組三維方向需要移動的距離。啟動液壓源，根據潛水員反饋，液壓操作人員進行液壓控制(見圖8)，通過在X、Y、Z三向調節完成法蘭精確組對。法蘭組對完成后，關閉液壓源，拆除并回收液壓臍帶纜。

2.5 法蘭螺栓緊固及自試壓

潛水員調整閥組球法蘭及海管旋轉法蘭方向，吊機協助安裝螺栓及鋼圈，并按照拉伸程序完成法蘭螺栓緊固。由于海管總長778 km，整體試壓難以實現，為確保法蘭連接點的密封性，本次采用了法蘭自試壓(見圖9)鋼圈。由潛水員使用水下手搖泵進行試壓，設備連接簡單，通常測試保壓時間僅需15 min，與傳統方式海管整體打壓試漏相比節省施工時間。

圖6 液壓系統圖Fig.6 Hydraulic system

圖7 液壓臍帶纜Fig.7 Hydraulic umbilical

圖8 液壓控制臺Fig.8 Hydraulic control panel

圖9 法蘭自試壓Fig.9 Flange self pressure test

2.6 IPP系統設備拆除

新閥組安裝完成后，需排出IPP與海管段之間的水，并將IPP系統設備撤出水下閥組并回收至甲板。水下連接150 m臍帶纜至IPP系統設備16 m臍帶纜上。打開注氣閥門，潛水員打開水下臍帶纜連接處的G1/4高壓球閥觀察，當球閥內排出大量氣體斷定管內海水基本排凈，潛水員關閉排水閥門，停止注氣。確認IPP與海管段水全部排出后，水面操作人員啟動手動液壓泵，反向增壓，解鎖IPP。DSV吊機牽拉預裝在臍帶纜末端約100 m位置處的網套，牽拉力約 2 t，當IPP通過球閥時，吊機停止牽拉，潛水員關閉球閥。繼續牽拉IPP至法蘭口位置，拆除臍帶纜密封裝置，回收IPP及臍帶纜密封裝置至甲板。

2.7 閥組保護罩安裝

保護罩樁腿通過導向柱與閥組連接。與閥組下放過程相同，ROV #1監控就位情況，ROV #2連接可拆卸對接引導支架調整保護罩方位，將保護罩樁腿套入導向柱，吊機繼續下放保護罩，使之完全就位于閥組上[5]。至此，新閥組(見圖10)安裝工作整體完成。

圖10 新閥組整體安裝圖Fig.10 New manifold installation

3 新型液壓調節閥組安裝方法工程應用分析

傳統的閥組安裝方法是由DSV吊機將閥組下放至海床預定位置后，潛水員使用法蘭測量儀測出閥組與海管中間段膨脹彎短節尺寸數據。根據測量結果完成膨脹彎預制，并最終進行海上對接、調節、安裝、試壓等工作。

與傳統閥組安裝方法相比，本次使用的新型液壓調節閥組安裝少了中間連接段膨脹彎，節省膨脹彎測量、預制及運輸的時間。同時減少了水下法蘭連接數量，不僅節省了時間，也提高了水下海管的可靠性。使用IPP和USV對閥組進行預封堵，避免海水進入閥組導致后期排水不充分，對內部閥門造成腐蝕。閥組水下組對時，以八字導向結構和ROV 對接引導方式取代了以往的配重、倒鏈牽拉方式，保證了就位精確度的同時，也使得水下施工更加的輕松、快速。

崖城13-1氣田項目使用新型液壓調節安裝方法，成功完成2個新閥組的安裝工作。該方法的使用保證了海上施工快速、高效地完成，為項目節省了海上施工時間。

4 結 語

本文以崖城13-1氣田項目的施工為基礎，介紹了新型液壓調節閥組安裝方法。此次新型液壓閥組在百米水深安裝的成功應用實踐，為今后較深水油氣田開發提供了新思路。隨著我國海洋油氣產業的快速發展，新型液壓調節閥組安裝方法也將取得更加廣泛的應用。

[1] 張瑾,謝毅.深水水下管匯安裝方法研究與進展[J].海洋工程，2011(1)：143.

[2] 高原,桂津,杜永軍，等. 300米水深PLET安裝技術研究[J].中國造船，2012(S2)：65.

[3] 楊天笑,陳捷俊,陳池,等.番禺油田海底水下基盤更換方案設計與安裝實踐[J].中國海上油氣，2014(4)：106.

[4] 惠丹,古和亮,廖正盛,等.文昌水下基盤安裝工藝[J].中國集體經濟,2011(1)：77.

[5] 張飛,黃曉華,尹漢軍,等.一種考慮漁網拖掛防護的水下在線結構物設計[J].中國海上油氣，2014(3)：7.

InstallationTechnologyofNew-TypeHydraulicAdjustableManifoldwithin100-mWaterDepth

CUI Ning, CAO Chen-lei, GAO Chao, HUANG Xiu-long

(COOECShenzhenSubseaTechnologyCo.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong518067,China)

In recent years, subsea manifold has been widely researched and applied as an important equipment for oilfield development. Also, more and more existing subsea manifolds should be replaced due to aging, external damage and so on. In order to reduce the number of subsea flange connections, a new-type hydraulic adjustable manifold is used to connect with pipeline directly in Yacheng 13-1 gas field project. Using the practical application of the project, the installation technology of the new-type hydraulic adjustable manifold is introduced. This research will also serve as reference in following subsea new-type manifold installation.

ocean engineering; 100-m water depth; hydraulic adjustable manifold; installation technology

2016-09-27

崔寧(1986—)，男，工程師，主要從事水下生產設施完整性管理方面的研究。

TP211+.31

A

2095-7297(2016)05-0305-05