深水剛懸鏈線立管限位錨安裝與限位鏈回接技術研究

李東生 崔 寧 檀曉光 鐘任歡 黃秀龍

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

為消除剛懸鏈線立管底部張力，避免張力導致連接的PLET和跨接管發生拖拽或偏移，須對剛懸鏈線立管底部進行holdback限位，設計研究深水立管限位錨和錨鏈對立管進行限位控制，保障水下設施安全和穩定。該套限位系統的適用張力大、穩定性高，但施工難度較大，需要重點考慮施工安裝方案。

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主要在于其頂部具有錨鏈捕獲及鎖止機構，通過限位鏈連接立管進行限位。同時在該施工項目的設計中，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構圖。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，為了實現立管限位的作用，需要安裝吸力樁作為限位錨點，通過鏈條進行連接限位。立管中部限位是在管道中部的兩側進行限位，通常適用于立管海床段有彎曲段，需要在彎曲段后進行限位。立管端部PLET限位是在海管鋪設時，將限位錨通過鏈條連接至立管末端的PLET上，在后方形成限位拉力，保證立管的穩定性。通常適用于立管鋪設無彎曲路由，是直線形式。

2 深水限位吸力錨安裝技術

剛懸鏈線立管的應用水深通常較深，在該工程應用中，水深達1400m以上，其安裝進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，在深水無潛水支持的情況下完成高精度吸力樁安裝是技術的重難點。以下主要闡述其實現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，需要從設計到安裝都進行全方位的考慮，主要包括以下內容：限位錨設計建造與測試、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 限位錨設計建造與測試

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構排水艙口、吸力貫入接口。以便于形成吸力貫入結構。同時，由于為深水作業，須設計制造有ROV交互平臺，便于ROV水下引導就位和進行相關調整。并且設計有作為限位鏈連接的限位結構，以實現立管限位作用。吊點設計為三點吊裝，保持穩定性。限位的吸力樁頂部結構如圖3和圖4所示。

在限位吸力樁建造完成后，需要對其進行陸地測試，以校驗相關設計參數以及模擬海上安裝，識別問題，以便于在出海安裝前將所有可能存在的問題和風險消除，確保其安全圓滿安裝。在相關各方確認無誤后，才可以出具放行條進行出海安裝。測試的主要類別見表2。

表2 限位吸力樁陸地測試項

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：1）其吊高比較高，吊裝索具的設計需要考慮吊高的影響，參考作業船舶的吊機性能設計吊裝索具；2）吊裝路徑須清爽無干涉，需要對裝船的位置和吊裝路徑提前設計。限位錨安裝分析需要考慮的因素：船舶艏向與浪向的角度、過飛濺區計算、各個不同水深的下放速度、著泥速度等要求。以下為南海某項目實際工程應用中，計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°；飛濺區下放速度不超過0.2m/s；水中下放速度約0.5m/s；landing速度推薦AHC（Active Heave Compensation，主動深沉補償）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和難點，為實現其就位精度，需要提前布設LBL（Long Base Line）矩陣，形成水聲定位系統，通過與吸力樁頂部提前布置好的Gyrocompatt進行信號傳遞，將限位錨的艏向、位置信息實時傳遞至船舶中控室定位圖上，便于施工監督下達調整和施工指令。同時，為實現精確就位的可視化，可提前在安裝位置的精度要求范圍內放置Mark buoy（定位浮球），便于ROV協助就位時觀察。精確就位的步驟如下。布設LBL矩陣，調試設備；ROV在定位圖上限位錨的精度范圍外援放置4個Mark buoy，多次打點，保證精度；吊裝就位至水下，通過Gyrocompatt與LBL定位系統的實時反饋，船舶中控指揮ROV調整限位吸力樁的艏向和位置，確保都在精度范圍內；持續下放著泥，ROV觀察牛眼讀數，觀察吸力樁水平度變化情況，船舶中控監控艏向和位置情況；下放至吸力樁不再自沉，表示第一階段自沉貫入結束。

2.4 吸力貫入

圖3 立管中部限位吸力樁頂部結構設計

圖4 立管端部限位吸力樁頂部結構設計

吸力樁自沉結束以后，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，逆時針鎖緊。ROV啟動吸泥泵，按照設計壓力開始吸泥，另一臺ROV觀察樁身的泥線刻度下沉情況。吸泥過程需要同步以0.13 m/s的速度下放吊機鋼絲繩，并設置恒張力，最后的恒張力不能小于吸力樁索具的質量，吸力樁吊裝索具質量約為2.5 mt。吸力結束以后，ROV#1斷開吸力泵Hot stab的連接。將保護接頭安裝至吸力接口作為保護。記錄吸力樁艏向、水平度、位置、泥線數據等信息。ROV移除吊機索具和回收相關工機具。

3 限位鏈回接技術

管道末端PLET限位在立管鋪設時，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，扣緊和關閉限位鉤，再將鎖銷插上完成限位。如圖2所示。由于操作簡單，不再描述和介紹。

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

為便于鋪設錨鏈時觀察是否出現打扭情況，在陸地準備時將錨鏈的上側涂成白漆，便于深水水下ROV觀察。同時由于長鏈較長，無法使用吊機直接掛鉤整條錨鏈起吊。因此設計成將錨鏈來回折成多段，由吊機起吊連接點。同時根據鏈條的特性，區分和編號鏈條，保證安裝時不會出錯。并且為保證限位鏈環在卡槽位置方便ROV調整，就位鏈環至卡槽內，在陸地時在設計位置附近的鏈環上綁扎有monkey fist（繩結）。同時，考慮到水下應急情況，出現回收限位鏈的情況，在限位鏈的前后設置應急回收索具。

工程船移船鋪設限位鏈條至限位錨位置，ROV監控限位鏈鋪設情況，確保白色涂漆面朝上。限位鏈鋪設進限位錨的鏈條導向槽內，ROV確認鏈環卡入限位槽內，ROV插入插銷，鎖緊限位鏈條。工程船繼續鋪設，將鏈條平鋪至海床，最后由ROV解鉤懸掛索具。

圖5 ROV連接短鏈與長鏈

4 結語

深水剛懸鏈線立管限位吸力錨安裝和限位鏈回接技術涉及水深較深，在國內的海洋石油工程中屬于前沿施工和技術，國內的海洋石油開發逐步正走向深水，在后續的深水油氣田開發中將會應用得非常廣。該技術的開發與應用為后續的類似SCR限位作業提供思路以及施工參考案例。