深水聚酯纜系泊鋪設技術與應用

汪智峰 杜春水 高 超 邱壕威

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518000）

1 背景介紹

1.1 項目概況

陵水17-2深水氣田位于中國三亞149 km左右的海域，距離現有崖城13-1氣田約為160 km。氣田水深為1220 m～1560 m。項目的基本方案主要包括以下3個部分的內容：1） 水下生產系統進行油氣生產，東西側雙管回接至平臺。2） 半潛式儲油生產平臺進行油氣處理、儲存和外輸。3） 通過60 cm管線外輸至崖城至香港管線。其中，陵水17-2項目采用半潛式浮式生產平臺，在1500 m水深下采用張緊式系泊布置。16根系泊錨腿用“4組×4組的分布式”進行布置。

1.2 聚酯纜系泊系統的組成

圖1為單根錨腿整體布局與結構，每根系泊錨腿的組成形式均為“錨鏈+聚酯纜+錨鏈”張緊式系泊纜均勻地布置在平臺四周[1]。

1.2.1 快速接頭

快速接頭作為錨樁鏈和底鏈之間的連接，如圖2所示，使用了球形和錐形技術，包括公/母快速接頭2個部分。快速母接頭內螺紋將在錨樁安裝階段預安裝并夾在錨樁頂部，快速接頭外螺紋（芯軸）將在預鋪設階段與海底鏈和其他系泊纜組件一起安裝。快速接頭的主要技術參數見表1。

表1 快速接頭的主要技術參數

1.2.2 聚酯纜

每根聚酯纜的長為956 m，直徑為256 mm（帶軟環拼接眼）。在運輸過程中采用1個單獨的卷纜盤和托架運至動員場地。聚酯纜相應規格與參數見表2。

圖1 聚酯纜系泊系統整體布局示意圖

表2 聚酯纜相應規格與參數

圖3為聚酯纜結構圖與外形圖，聚酯纜外層為編織保護套，次外層為過濾層，內層為聚酯纜芯繩[2]。在聚酯纜環眼和拼接繩端部涂覆聚氨酯涂層，沿聚酯纜的油漆條（紅色）用于水下扭轉監測。聚酯纜套管在海上施工現場安裝在聚酯纜繩眼上。使用小直徑聚乙烯繩（通常約φ18 mm）將4個位置的套管臨時固定在聚酯環上，以防止環眼處的聚酯繩從套管上松脫。

圖2 快速接頭示意圖

圖3 聚酯纜示意圖

1.2.3 錨鏈

每段系泊鏈（由端部鏈環、擴大鏈環和普通鏈環組成）將以捆扎形式到達施工動員儲存位置，每捆之間的自由長度為30 m。每捆貨物上應提供特定的標記和標簽，以識別鏈條類型、鏈條ID、末端鏈環和鏈條末端的普通鏈環。鏈條應沿鏈條長度每2個鏈環（1個邊緣）涂上黃色，作為扭曲監測的工具。錨鏈的相關參數見表3。

表3 錨鏈組成材料屬性

不同錨鏈的端部用不同的顏色標注，便于在施工時確定施工順序。海底鏈：黃色端接快速公接頭、棕色端接聚酯纜；平臺鏈：橙色端接安裝鏈、黑色端接承力鏈；安裝鏈：綠色端和白色端，但是不需要連接哪個端的特定順序。

1.3 項目難點

我國正在加速建設“海洋強國”，對于深水的開發迫在眉睫，目前深水浮式生產設施海上定位與系泊技術已成為“卡脖子”的關鍵技術，而對應聚酯纜錨腿的鋪設技術的應用是海上油氣田開發走向深水的關鍵一步。1） 深水大直徑（直徑：258 mm）大長度（長度：971 m/根）聚酯纜鋪設是聚酯纜在國內深水系泊系統中的首次工程示范應用，作業水深達到1500 m。2） 聚酯纜在鋪設過程中也具有不抗磨、易受損、易蠕變、剛度非線性的缺點。因此聚酯纜在施工過程中會有扭轉、外皮損傷與纏繞的風險[2]。3） 聚酯纜材料抵抗摩擦和切割能力弱，安裝要求高，安裝程序復雜。4）需要考慮南海深水惡劣海況及臺風對聚酯纜鋪設的影響，要制定1套16條聚酯纜高效鋪設的施工方案與應急預案。

2 安裝需要的資源

2.1 聚酯纜安裝主要施工資源

2.1.1 主作業船：海洋石油291船

作業內容：陵水17-2氣田開發工程項目16條聚酯纜系泊錨腿安裝。海洋石油291船總體示意圖如圖4所示，主要配置的安裝設備包括250 t深水作業吊機；2臺150匹工作級ROV；500 t錨系處理絞車處理系統；4個錨鏈艙；2臺3 t軌道吊機；2臺船尾輔助絞車以及船尾800 t鯊魚鉗系統。

圖4 海洋石油291船

海洋石油291船主要技術參數見表4。

表4 海洋石油291船主要技術參數

2.1.2 滾筒驅動裝置（RDS）

如圖5所示，滾筒驅動裝置（RDS）主要由2個塔架和液壓動力系統組成，主要用于施工前動員和施工期間將聚酯纜從運輸滾筒盤繞到安裝船作業絞車上。在這個過程中，滾筒驅動裝置的最小背張力應為10 t，以保證聚酯纜在作業絞車上排布緊密。在海上作業期間，應考慮到易于與滾筒驅動裝置接合和拆卸的聚酯卷纜盤。

2.1.3 錨腿鋪設輔助工具

聚酯纜錨腿安裝所需要的的幾種安裝輔助設備見表5。

3 陵水17-2項目聚酯纜系泊錨腿安裝方案設計

3.1 預鋪設方案設計總體思路

基于陵水17-2深水半潛式油氣生產平臺聚酯纜系泊錨腿的技術參數以及選定的海上施工船舶，對系泊錨腿海上鋪設進行數值模擬，采用Orcaflex 軟件模擬錨腿鋪設過程，分析并計算聚酯纜海底濕存穩定性，錨腿鋪設的張力、觸泥點位置、船舶艏向，給出最佳的鋪設時的懸鏈線長度及最合理的船舶艏向。根據安裝分析研究的結果，確定施工船舶及所需重要設備的關鍵參數，制定裝船布置方案，并編制相對應的錨腿水下連接和鋪設程序。根據聚酯纜的特性，在碼頭倒駁、海上鋪設以及海底濕存過程中，采取有效的聚酯纜保護和修復措施，防止聚酯纜損傷或損壞。關鍵評估與方案包括4個：1） 施工船舶及關鍵設備匹配性評估。2） 聚酯纜倒纜評估。3） 聚酯纜錨腿鋪設分析，聚酯纜濕存穩定性分析。4） 裝船布置方案，錨腿水下連接、鋪設和預張緊方案。

圖5 RDS實物圖

3.2 海上施工工藝流程

聚酯纜系泊錨腿鋪設施工工藝流程如圖6所示，主要流程是使用作業絞車逐根將聚酯纜系泊錨腿通過船尾或船側的滾筒下放入水，海底鏈連接錨基礎，安裝后的聚酯纜錨腿濕存于海底。

3.3 預鋪設海上施工方案

聚酯纜錨腿鋪設使用的施工資源包括1艘施工船HYSY291， 1臺120 tRDS系統以及1臺聚酯纜導向裝置。

安裝過程包括以下11步：1） 快速接頭甲板功能測試。2） 海底鏈過尾滾筒。吊機索具連接第5個鏈環并吊起快速公接頭過尾滾筒，當索具連接點位于船尾滾筒時，絞車停止下放海底鏈，甲板人員完成ROV解鉤。3）海底鏈載荷轉移。繼續下放海底鏈，下放200 m時，絞車停止下放，甲板操作完成索具連接。4） 當海底鏈末端即將出艙時，停止絞車下放，鯊魚鉗卡住鏈環，甲板人員借助船尾小絞車將海底鏈末端拉到甲板上。回收吊機鋼絲繩至海底鏈載荷轉移至吊機時停止。此時，吊機索具跟隨海底鏈入水，水深約為30 m。5） 下聚酯纜入水。吊機與絞車保持同速下放，并確保下聚酯纜全程受力小于50 t。當下聚酯纜末端安裝鏈被鯊魚鉗卡住后，與主絞車/儲存絞車滾筒的聚酯纜連接。6）上聚酯纜入水。如圖7所示，牽出主絞車/儲存絞車滾筒的聚酯纜作為上聚酯纜，甲板完成上聚酯纜末端與安裝鏈的連接，繼續下放上聚酯纜入水。7） 快速接頭水下連接。如圖8所示，ROV引導HYSY291 進行位置調整，并緩慢下放吊機及聚酯纜，直至快速公接頭與快速母接頭連接。8） 海底鏈鋪設。HYSY291沿路由緩慢移動，同時鋪設海底鏈；當吊機索具連接點距離海床10 m時，停止鋪設，放松吊機鋼絲繩，載荷從吊機轉移至錨腿上。9） 錨腿預張緊。繼續下放錨腿，當聚酯纜脫離船尾滾筒時，停止工作絞車，進行錨腿預張緊。10） 濕存平臺鏈。使用吊機下放錨腿，同時移船并完成甩彎路由；ROV解脫吊機索具與平臺鏈的連接。11） ROV后調查。

表5 安裝船上的安裝輔助設備

圖6 聚酯纜錨腿鋪設施工工藝流程圖

圖7 上聚酯纜下放入水

圖8 快速接頭水下連接

4 結語

該文依托陵水 17-2 氣田開發項目和相關課題研究，基于我國自有的深水錨系專業作業船海洋石油291開展了聚酯纜錨腿鋪設技術的研究，2020年7月—10月，分5個航次完成了陵水17-2半潛平臺系泊系統16條聚酯纜錨腿海上鋪設作業，聚酯纜在我國深水浮式生產平臺中首次成功應用，初步形成了1500 m級深水聚酯纜系泊系統安裝技術能力與作業能力，為我國的深水浮式生產平臺系泊系統安裝積累了寶貴的工程經驗，對我國南海深水油氣田的開發以及保障我國能源安全具有重要的戰略意義。