深水防彎器快速連接器應用

劉耀江，黃鑫，何昱亮，謝锏輝，胡紹峰

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

動態管纜作為深水海洋生產設施重要的電力、信息、生產物流傳輸通道，在深水海洋開發中得到越來越多的應用。動態管纜受到浮體運動、海洋環境載荷等動載荷作用，是海洋管纜應用中最薄弱的部位，且動態管纜在水中還需滿足一定的線性要求。深水海洋生產設施護管底部動態管纜受海洋波流的影響，容易產生局部變形，防彎器作為動態管纜的重要安裝附件，通常安裝在深水海洋生產設施護管口底部，能有效地保護動態管纜不受波流影響，進而保護管纜[1-5]。防彎器一般隨動態管纜抽拉作業安裝在深水海洋生產設施底部，由潛水員進行安裝，隨著動態海纜作業水深越來越深，超過350 m以上水深，飽和潛水無法作業，因此防彎器快速連接器作為有效連接深水海洋生產設施和防彎器在深水作業中得到大規模應用，且防彎器快速連接器與防彎器配合一起保護設施底部管纜。本文基于南海流花項目動態管纜安裝項目重點介紹防彎器快速連接器的應用及安裝。

1 防彎器快速連接器結構及原理

1.1 防彎器快速連接器形式

本項目采用的防彎器快速連接器分為公頭和母頭兩個結構模塊；母頭為空心圓柱體漸擴式結構，包括法蘭盤、圓柱筒體、喇叭口、陽極塊、ROV（Remote Operation Vehicle）抓手、液壓執行機構、觀察窗口，詳見圖1。法蘭盤在圓柱筒體上方，喇叭口在圓柱筒體下方，圓柱筒體上半部安裝有液壓執行機構，執行機構有凸起伸入到筒體內部，通過液壓和彈簧相互配合實現凸起的伸縮，凸起結構用于公母頭連接，圓柱筒體下半部均勻分布有陽極塊，同時對稱分布4個觀察窗口，另外圓柱筒體下半部側邊對稱安裝兩個ROV抓手。公頭為空心圓錐筒體結構，包括圓弧型卡槽、圓錐筒體、法蘭盤、陽極塊、管纜固定插銷，詳見圖2。卡槽在圓錐筒體錐體側，與母頭液壓執行機構的凸起連接，法蘭盤在圓錐筒體圓盤側，圓錐筒體上半部有用于觀察連接情況的黃色油漆標線，圓錐筒體下半部均勻分布有陽極塊，圓錐筒體與法蘭盤交接處對稱分布4個管纜固定插銷，同時對稱分布4個觀察窗口。

圖1 防彎器快速連接器母頭結構圖

圖2 防彎器快速連接器公頭結構圖

1.2 防彎器快速連接器原理

防彎器快速連接器母頭法蘭端提前與深水海洋生產設施底部護管口連接。公頭提前與動態管纜防彎器法蘭連接。母頭圓柱筒體內有液壓執行機構的3個凸起，不受力的情況下，凸起結構向母頭圓柱體內自由伸出。動態海纜下放抽拉，當公頭從母頭喇叭口進入，ROV通過母頭上的觀察窗口觀察公頭上的黃色油漆標線穿過，當黃色油漆標線出現在觀察窗口底部時，母頭的凸起與公頭的圓弧型卡槽接觸并產生擠壓，母頭凸起在擠壓力的作用下縮回，公頭得以往上抽拉；當黃色油漆標線穿過觀察窗口頂部時，公頭不與母頭凸起擠壓，母頭凸起在液壓油及彈簧的反作用力下恢復到自由狀態，公頭的卡槽坐落在凸起上方，公頭、母頭自動連接完成，詳見圖3。公頭、母頭釋放時，ROV在母頭液壓執行機構插座處插入插頭，并加壓液壓油，加壓到300～500 psi，使液壓油作用在凸起的彈簧上，使凸起縮回，公頭、母頭解鎖。

圖3 防彎器連接器連接示意圖

公頭上有4個固定插銷，詳見圖4，定位插銷通過螺釘固定在公頭上，當動態管纜拖拉頭最后一個短節進入到公頭時，通過觀察窗口查看最后一個短節的凹槽出現在觀察窗口，與固插入定位插銷固定動態管纜和公頭及防彎器。定位插銷上有黃、綠兩色油漆標線，黃色在前，綠色在后，當綠色標線插入看不見時，代表插銷已插入至動態管纜拖拉頭短節的凹槽中；釋放動態管纜時，拔出定位插銷，當插銷上的黃色油漆標線出現時，代表已完全拔出，動態管纜完全釋放。

圖4 定位插銷示意圖

2 深水防彎器快速連接器安裝技術

2.1 深水防彎器快速連接器安裝背景

由于海洋平臺設施管纜存在管纜路由及管纜彎曲半徑，平臺設施護管口底部通常都呈一定的角度垂直偏斜，為了便于管纜抽拉，避免因抽拉鋼絲繩在護管口存在大角度抽拉而增大摩擦力和剪切力，導致鋼絲繩斷裂，一般會在護管口底部增加喇叭口導向。而管纜和喇叭口之間沒有填充，隨著海流的沖刷，高頻率小范圍擺動，管纜與護管口之間出現摩擦和剪切，降低管纜的使用壽命。為解決上述問題，靜態管纜中采用可密封的導向裝置[1]，動態管纜沒有靜態管纜的密封塞結構附件，與護管口連接通常為防彎器，為解決上述問題，開發出防彎器快速連接器。

2.2 深水防彎器快速連接器結構參數

流花項目作業區域水深為390～420 m，本次動態管纜安裝抽拉18根，其中防彎器連接器母頭長約為1.2 m，空氣中質量為996 kg，水中質量為866 kg。防彎器連接器公頭長約為1.5 m，空氣中質量為1213 kg，水中質量為1055 kg。

2.3 深水防彎器快速連接器安裝流程

1）快速連接器母頭安裝。深水防彎器快速連接器母頭在深水海洋生產設施陸地建造階段提前安裝，深水浮式設施護管口底部周邊焊接9.25 t吊耳，在底部護管口側邊的吊耳上懸掛5 t的倒鏈，母頭法蘭盤側邊有吊環螺栓孔，使用2 t的吊環螺栓連接2 t、3 m長的吊帶，吊帶同倒鏈連接，將防彎器快速連接器母頭緩緩提拉至深水浮式設施底部護管口，調整母頭法蘭面與護管口法蘭面對齊，使用液壓轉矩扳手擰緊連接螺栓。

2）快速連接器公頭安裝。鋪纜船倒纜時，防彎器與快速連接器公頭法蘭連接，用液壓轉矩扳手對連接螺栓打轉矩，并在動態管纜拖拉頭最后一個短節上做好油漆標記。公頭觀察窗口上觀察到標記進入窗口中時，停止倒纜，在拖拉頭兩側地錨上安裝兩個5 t倒鏈，拖拉頭上纏繞兩根5 t、3 m長的吊帶，兩根吊帶分別同倒鏈連接，通過公頭觀察窗口觀察拖拉頭最后一個短節凹槽在固定插銷的位置，通過倒鏈調節，使拖拉頭最后一節短節凹槽剛好與公頭固定插銷位置平齊，插入固定插銷，直至插銷上綠色油漆標線沒入公頭本體內，表明此時公頭、限彎器及拖拉頭已連接鎖定。

3）動態管纜入水。鋪纜船到達現場后，深水海洋生產設施下放絞車鋼絲繩到達指定深度，鋪纜船下放回收鋼絲繩，鋪纜船ROV入水連接絞車鋼絲繩和回收鋼絲繩，鋪纜船回收鋼絲繩。鋪纜船甲板將絞車鋼絲繩同動態管纜拖拉頭連接，鋪纜船下放動態管纜拖拉頭，設施絞車鋼絲繩抽拉拖拉頭，鋪纜船ROV水下監控。當深水海洋生產設施絞車開始帶力抽拉時，ROV拆除鋪纜船與動態管纜拖拉頭下放索具

4）公母頭連接。當拖拉頭靠近防彎器母頭時，ROV在母頭附近進行監控，當公頭進入母頭喇叭口時，ROV在母頭觀察窗口進行觀察，當公頭上黃色油漆標線進入到觀察窗口底部時，代表公頭卡槽同母頭液壓執行機構的凸起開始接觸并擠壓，當公頭上黃色油漆標線穿過觀察窗口上方時，代表公頭卡槽已在母頭液壓執行機構凸起上方，公母頭連接完成，詳見圖5。

圖5 防彎器連接器安裝示意圖

5）動態管纜釋放。防彎器快速連接器公母頭連接完成后，ROV操作員通知設施絞車停止抽拉，ROV進行動態管纜釋放操作，拔出公頭上4個定位插銷，當插銷拔出至插銷黃色油漆標線出現，動態管纜釋放，可繼續抽拉作業，ROV通知設施絞車繼續作業，ROV返回鋪纜船。

至此，整個深水防彎器快速連接器完成安裝。

3 結語

深水防彎器快速連接器為動態管纜的重要結構附件，除了本文中的流花項目，2021 年 也 剛剛應用在1500 m水深的超深水項目中，隨著國內深水開發的不斷拓展，深水防彎器快速連接器應用會越來越多。快速連接器的安裝是作為動態管纜抽拉施工的重要工序，了解深水防彎器快速連接器的結構構成及工作原理，總結一套適用于深水防彎器快速連接器安裝的施工技術，可為未來走向更深水深的動態管纜抽拉安裝提供良好的經驗基礎。