剛性跨接管深水安裝技術研究

肖清軍，陳俊友

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

近年來，隨著深水油氣田開發不斷深入擴大，水下生產系統設備和深水安裝技術的重要性已越發明顯。而由于我國深水油氣田開發起步較晚，缺乏深水油氣田開采和水下設施安裝的經驗，極大地限制了我國深海油氣的開發進程[1-2]。

水下跨接管作為水下設施之間的連接管段，以其優異的柔韌性和安裝的便捷成為了深海油氣田開發中必不可少的關鍵設施[3]，在全球水下生產技術中也有著廣泛的應用。而在深水工程中，水下工作方式為人機交互模式，需要工程船舶和水下ROV（Remotely Operated Vehicle）配合才能實現安全穩定的安裝作業。本文以南海某項目安裝的垂直式M型剛性跨接管為案例，對深海跨接管安裝技術進行介紹。

1 設備設施技術參數

1.1 跨接管技術參數

本次南海項目所裝跨接管皆為剛性M型跨接管，管徑尺寸分別為4.5 in、6 in、8 in、12 in，長度從26.2 m到37.0 m不等。跨接管由拖輪運輸至作業現場，由施工作業船進行跨接管起吊和安裝。

跨接管起吊過程中，為使起吊的跨接管與施工船保持水平平行入水，起吊和入水需要船頭船尾絞車配合拉扯，使撐桿與跨接管保持垂直平行，且索具無纏繞。

4.5 in和8 in跨接管基本參數如表1所示為跨接管技術參數。

表1 跨接管技術參數

1.2 轉矩工具

轉矩工具通常搭載在ROV上，由ROV操作進行跨接管連接頭的鎖緊和解鎖工作。工具配計數器屏幕顯示器，用于顯示當前所用轉矩和具體的圈數。在跨接管安裝工作正式開始之前，需要對轉矩工具進行甲板功能檢查和校準，配置所需的轉矩和確保其在水下能正常工作。轉矩工具的各項參數如表2所示。

表2 轉矩工具參數

1.3 HUB口清潔工具/臨時保護帽

在跨接管安裝過程中，清潔工具是一種類似于毛刷的工具，在兩端保護帽/注水帽拆除后用于清理HUB口；而黑色臨時保護帽適用來遮蓋清理完的HUB口，防止落物或雜質進入HUB口，兩者同樣由ROV手持操作。

1.4 高清攝像頭

此工具安裝于ROV上，主要用于跨接管入水后，檢查兩邊連接頭內部的密封圈和海底兩端結構物上的HUB口。其特點是：具有伸縮性（收縮/延伸：964 mm/1372 mm），安裝于ROV機械手內，操作靈活，清晰度高，可近距離檢查跨接管連接頭密封圈和連接接口，且不會對輪轂造成機械損壞。

1.5 背壓測試單元

在跨接管安裝作業中，背壓測試單元是用于跨接管安裝完成后測試其密封性的設備。其往往需要搭載在ROV機械臂上，由ROV操作。Hot stab為ROV液壓動力的輸出接口，ROV通過液壓方式連接到背壓測試單元，提供液壓動力監測壓力變化。在跨接管安裝工作正式開始之前，需要對背壓測試單元進行甲板功能檢查和校準，確保它在水下能正常工作。

圖1 跨接管安裝工具

1.6 應急工具

除了以上用于跨接管安裝的主要工具設備以外，跨界管安裝還需準備一套應急設備，該應急設備主要是用于跨接管安裝完后由于內部密封圈破損或移位導致背壓測試保壓失敗的情況，此時將會使用這套應急設備進行深水跨接管密封圈更換工作。

2 跨接管安裝方案

以下以安裝4.5 in跨接管為例，介紹跨接管安裝流程，跨接管安裝共分為8個階段。

圖2 跨接管安裝示意圖

1）設備甲板測試校準，甲板準備。

a.使用校準夾具校準轉矩工具，對轉矩工具進行功能測試，確認工具各項功能、轉矩輸出能正常工作。安裝套管測試其旋轉方向和轉動計數器讀數，校準結束后將轉矩工具安裝在ROV上。

b.將高清攝像頭連接并安裝在ROV上，并測試其視頻清晰度、伸縮組件功能是否正常，并將攝像頭的傾斜度調整到一個合適的角度。

c.將背壓測試單元連接并安裝在ROV上，將Hot stab插入測試工具進行打壓測試，看是否存在泄漏問題。如無泄漏，則其功能正常。

d.甲板將HUB口清潔工具、臨時保護帽、ROV刀等工具放入ROV工具籃。

2）ROV濕測，路由預調查。

待準備就緒后，ROV入水濕測，直至降至作業深度能穩定飛行、正常工作即可。吊機下放部署工具籃，ROV開始路由預調查，清除路由障礙物。

3）拆除兩端保護帽/注水帽。

管匯端保護帽拆除：ROV用刀將管匯端保護框架周圍的吊帶割斷并回收保護框架至工具籃。擰斷保護帽上的橡膠管，平衡內外壓；再割斷保護帽周圍的綁帶，抓住保護帽上的猴拳向后拉開拆除保護帽。最后用清潔工具清理HUB口，裝上黑色臨時保護帽。

PLET端注水帽拆除：找到注水帽的閥門，將其往上推至OPEN位置平衡內外壓。將轉矩工具插入注水帽的四方轉矩接口，解鎖注水帽。解鎖完畢后ROV查看鎖緊指示器，確認其在“OPEN”狀態，將吊機掛鉤掛在注水帽上并回收至甲板。最后，用清潔工具清理HUB口至光滑無碎屑狀態并安裝臨時保護帽。

4）跨接管吊裝入水。

待右舷ROV回收至甲板后，于右舷安裝兩個3.5 m的碰球并請求運輸駁船靠泊。工程師檢查跨接管的完整性，確認兩邊連接器鎖箍能打開和關閉，且入水前鎖緊指示器狀態為“OPEN”狀態。

ROV人員檢查封堵帽、緊固帶和猴拳，確保緊固帶和猴拳便于水下拆除和切割。

用潤滑油涂抹密封圈，并將其安裝到連接頭輪轂的凹槽中。在安裝期間需注意：允許最大拉伸50%，不能只向一個方向拉伸，也不能扭曲和滾動。

船頭船尾絞車鋼絲繩綁定在跨接管兩端，由甲板工作人員操作帶力，減小吊裝過程中跨接管擺動幅度。

跨接管入水，駁船解纜離開。吊機下放跨接管至一定深度，ROV入水解跨接管兩端的絞車鋼絲繩，繼續下放跨接管至距離海床一定高度。

5）ROV檢查跨接管狀態并落座。

ROV前往檢查跨接管的吊裝索具狀態，以及兩邊連接頭內部密封圈狀態。若索具無纏繞、損壞，密封圈狀態正常無損壞，ROV抓住兩端連接器旋轉跨接管，對準兩端結構物的HUB口。此時跨接管兩端連接頭旋轉后上下HUB水平偏移量和垂直傾角偏移量不可超過限定范圍。

緩慢下放跨接管，直至吊機完全卸掉跨接管的力，只保持撐桿和索具張緊，兩邊VCS OB（Vertical Connection System Out-board）hub 和VCS IB （Vertical Connection System IN-board）hub指示線對齊，由此確認連接器已完全坐落。

6）轉矩工具鎖緊。

ROV攜帶轉矩工具尋找合適的插入位置將轉矩工具插入連接器四方轉矩接口，以適當轉矩鎖緊兩端連接頭。鎖緊過程中時刻監控轉矩工具上的計數器顯示屏，直至完全鎖緊。

此時ROV確定連接器鎖緊指示器在“S”位置即表示已鎖緊。

7）背壓測試。

連接器鎖緊之后，開始進行兩邊連接器試漏工作。ROV攜帶背壓測試單元坐落在連接器旁，將連接器上的dummy Hot stab拔出，并插入攜帶的Hot stab開始供壓。

跨接管安裝中，背壓測試有一定要求的供壓范圍，測試合格標準為：穩壓持續時間在15 min以上，結束時連接處無可見泄漏，壓降不超過一定量，則穩壓成功。ROV拔出Hot stab并將dummy Hot stab插入連接器的單孔插口，至此完成背壓測試。

8）撐桿解鉤，回收撐桿。

待背壓測試完成后，若無異常現象，ROV即可開始解撐桿和跨接管之間的索具。

吊機下放撐桿，直至所有索具松弛，整個過程由ROV監控撐桿，確保索具松弛，便于解鉤。

ROV將撐桿與跨接管間所有連接索具逐一摘除并掛在撐桿倒刺上。待ROV確認所有索具已徹底脫離跨接管后，吊機便可開始回收撐桿。

撐桿回收至接近水面時停止回收，將作業船移至安全區。甲板工作人員下放絞車鋼絲繩至水下，ROV連接鋼絲繩至撐桿索具。待確認連接完成后，絞車帶力，撐桿與作業船以水平平行的狀態回收出水。

撐桿出水后，在確認安全的情況下，通知駁船靠船，傳遞撐桿至駁船，至此跨接管安裝結束，ROV進行后調查。

3 結語

深水跨接管種類多、結構簡單、安裝方便，已成為深海油氣開發水下生產系統的重要組成部分。本次項目所裝跨接管雖在尺寸、長度、兩端結構物及結構物上保護帽等方面有細微差別，但其水下連接和安裝方式完全相同。掌握跨接管安裝技術，不僅有利于跨接管安裝，提高安裝效率，降低作業風險，還對跨接管的利用和深海油氣田開發具有重要的意義[4]。