HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管安裝技術研究

摘 要：深水柔性跨接管作為連接水下生產管匯、采油樹以及PLET等結構物的關鍵油氣輸送管道，隨著我國越來越多深水油氣田項目的開發，其應用也日趨廣泛。該文主要對使用HCCS-L水平連接器及導向柱的深水柔性跨接管的結構形式、所需設備資源以及安裝要點進行研究分析，總結一些良好實踐經驗，可以為類似柔性跨接管安裝項目提供借鑒和參考。

關鍵詞：深水柔性跨接管;水平連接器;導向柱;安裝要點;深水油氣田

中圖分類號：TE952 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）34-0176-05

Abstract： With the development of more and more deepwater oil and gas field projects in China， the application of deepwater flexible jumper， which is a key oil and gas transmission pipeline connecting subsea production manifold， christmas tree and PLET， is becoming more and more widespread. This paper mainly studies and analyzes the structural form， equipment resources and installation points of the deepwater flexible jumper using the HCCS-L horizontal connector and guide post， and summarizes some good experience， which can provide reference for similar project.

Keywords： deepwate flexible jumper; horizontal connector; guide post; installation points; deepwater oil and gas fields

跨接管分為剛性跨接管及柔性跨接管2種，剛性跨接管受限于運輸駁船甲板長度以及工程船吊機作業半徑影響，長度一般不超過50 m。然而水下生產系統結構物之間距離較遠，因此使用柔性跨接管就成了最佳選擇。相比于柔性跨接管海上安裝過程，剛性跨接管完成陸地預制后需要通過駁船運輸至作業現場，由工程船靠泊駁船才能完成剛性跨接管的下放安裝，而海上靠泊作業需要良好天氣窗口且吊裝作業操作難度大、安全風險較高;而柔性跨接管則可由工程船通過滾筒或者提前倒入卷管艙進行鋪設，鋪設及拆除回收都相對容易，可有效避免海上靠泊作業帶來的安全風險。

柔性跨接管連接器根據結構形式不同有垂直連接器和水平連接器2種，垂直連接器在流花29-1項目以及陵水17-2項目中均有運用，水平連接器形式柔性跨接管則在流花21-2項目、陸豐12-3項目以及陵水25-1項目中得到使用。根據各個項目的實際運用經驗，當前主要優先采用水平連接器形式柔性跨接管。本文主要介紹了使用HCCS-L水平連接器形式的柔性跨接管的結構形式、所需設備資源、海上安裝注意要點以及一些良好實踐等。

1 HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管

柔性跨接管作為水下結構物之間的油氣輸送管線，主要由柔性管體及端部連接器構成。目前柔性跨接管的核心技術仍被國外企業控制，很大程度上影響了深水油氣開發國產化進度。典型柔性跨接管管體及HCCS-L水平連接器結構形式分別如圖1和圖2所示，管體和連接器之間通常采用Grayloc快速卡箍進行連接。柔性跨接管管體與連接器一般分別存儲，由滾筒攜帶柔性管裝船，連接器則放置在翻轉架一起裝船，另外配備限彎器及陽極塊、連接器吊裝框架等軟管附件。

采用水平式連接器可以使柔性跨接管更接近地面，降低其他水下結構物高度，減少漁網或船錨拖拽風險。使用工程船進行柔性管鋪設時船位、安裝工序相對靈活，遙控水下機器人（ROV）進行水下回接時連接速度快，ROV操作相對簡單。HCCS-L水平連接器由于其吊裝框架FLT與連接器受結構件固定，可實現FLT與連接器在水下一體式旋轉，因此HCCS-L末端連接器landing時可避免試鋪，待末端連接器鋪至距海床30 m時再由ROV調整末端連接器朝向，使其對準結構物方向。隨著水平連接器形式柔性跨接管的安裝應用逐步增多，對于其安裝技術的研究便具有重要意義。

2 柔性跨接管安裝所需設備資源

柔性跨接管一般采用垂直鋪設方式，由于其長度一般在40～300 m，因此通常采用RHD加滾筒模式進行垂直鋪設，當計劃單航次裝多根柔性跨接管時則會考慮卷管盤鋪設模式。柔性跨接管安裝所需設備資源主要分為甲板鋪設設備及ROV水下回接工具2大類。甲板鋪設設備主要有VLS垂鋪系統、卷管盤/RHD系統、首端牽引及末端回拉絞車、空壓機、螺栓拉伸設備和翻轉架等，主要布置在工程船甲板;ROV水下回接工具主要有導向柱吊裝錨、管口清潔工具、密封圈安裝工具、stroke tool頂伸工具、torque tool鎖緊工具以及背壓測試單元、hot stab等，后3種一般裝在ROV本體，其他外接工具則需放至專用ROV工具籃中。

為保證柔性跨接管海上安裝效率，相關關鍵鋪設設備及水下回接設備均需要在動員期間或之前提前進行功能測試，并準備數量充足。如水平連接器翻轉架應提前將連接器組裝至翻轉架并進行翻轉測試，ROV專用工具則需提前進行安裝匹配或者量程校準、密封測試等，相關設備工機具準備齊全、功能良好是確保海上施工安全高效的關鍵。

3 海上安裝流程及注意要點

柔性跨接管海上安裝過程主要分為甲板及水下準備工作以及柔性跨接管安裝、HCCS-L水平連接器回接3個階段，各個階段作業工序可以靈活調整或甲板水下同時進行，也可以多船合作完成整體柔性跨接管安裝，以提高項目整體施工效率及船舶利用率。與柔性軟管相比，由于柔性跨接管長度較短，在深水柔性跨接管安裝過程中，一般先完成首末端初始化，即先將整條軟管下放入水，再進行鋪設及回接;而柔性軟管則需首端下放鋪設一段時間后再進行末端下放及鋪設。以國內某項目深水柔性跨接管安裝工程為例，其海上安裝整體流程及HCCS-L水平連接器水下回接流程分別如圖3和圖4所示。

在柔性跨接管安裝過程中，首先要求其路由設計要比較合理，由于跨接管長度普遍較短、彎段較多，合理設計一條既滿足軟管最小彎曲半徑、容易鋪設又不影響其他管纜路由的跨接管路由非常關鍵。其次各個工序的銜接以及合理安排也可以極大提高安裝效率，如下一個工序準備工作的提前進行等。最后務必要選擇足夠的海上天氣作業窗口，避免發生船舶無法完成鋪設作業不得不現場抵抗惡劣海況事件。現針對各個階段主要工作內容及注意要點簡要分析如下。

3.1 甲板及水下準備工作

水下準備工作主要由ROV進行，包括路由預調查、首末端導向柱安裝、管匯等結構物上閥門狀態檢查操作等。甲板準備工作主要有跨接管首末端初始化、軟管與水平連接器對接及密封測試、限彎器及陽極塊等附件安裝和甲板索具準備等。準備階段的安全及質量控制要點在于要選擇良好天氣窗口，提前進行施工技術交底及安全作業風險分析。從施工角度來說，導向柱的安裝和首末端初始化、密封測試為準備階段施工重點。

導向柱安裝務必在甲板提前測試吊裝錨功能，確保下水前導向柱底部鎖銷狀態正常;首末端初始化應該注意調整至最佳艏向、保持通信頻道暢通、綁好尾繩等防晃措施;密封測試應做好安全隔離，嚴格把控密封質量，確保做到連接后無明顯壓降。

3.2 柔性跨接管安裝

柔性跨接管水下安裝主要分為首端連接器landing、甩彎鋪設及末端連接器landing 3個階段。以近年某深水項目為例，水下安裝順利情況下可在20 h內完成。柔性跨接管水下安裝注意要點在于甩彎鋪設時的末端剩余長度控制以及末端連接器landing。由于柔性跨接管通常較短、彎段較多，其甩彎鋪設速度一般控制在平均6 m/min，跨接管懸鏈線也即layback可控制在30～50 m。末端剩余長度控制是指末端連接器鋪設至末端結構物時，軟管末端應比結構物長3～5 m，以確保末端連接器就位時軟管長度足夠。

末端連接器landing（圖5）主要是通過AR絞車及船舶吊機將末端連接器翻身至水平，然后移船至結構物上方，通過ROV輔助將末端連接器套進導向柱，再落座至結構物的連接器底座上。末端連接器landing是整個柔性跨接管水下安裝過程的重難點，水平連接器landing時水平角及傾斜角一般控制在10°以內即可完成連接器landing（圖6）。然而在某項目HCCS-L水平連接器落座中，普遍發現操作困難，連接器套進導向柱后非常容易卡住，不能完全落座到位。后續經過經驗總結發現：第一，駝峰索具位置也非常關鍵，駝峰索具應設置在距離末端連接器適當位置，使得將末端連接器翻身至水平時不必將AR絞車鉤頭回收太高，當AR絞車回收太高時，末端連接器則會往遠離結構物方向移動，進而導致跨接管長度不夠landing。第二，HCCS-L水平連接器由于其結構物側landing beam結構特點，對于連接器姿態要求較高，其最終完全落座時連接器姿態幾乎要求水平，朝向也需與結構物底座上landing beam一致。第三，當連接器landing標志顯示未落座到位時，可再次檢查連接器朝向或者連接器前2個導向錐角度，進行微調后則有機會完成末端landing。

3.3 HCCS-L水平連接器回接

柔性跨接管完成水下鋪設后即可進行首末端連接器的回接工作，跨接管的鋪設安裝一般可由單臺ROV進行，跨接管的水下回接工作則需雙臺ROV配合進行。一臺ROV主要進行ROV工具籃里回接工具的安裝操作，另一臺ROV安裝hot stab及torque tool以及背壓測試單元，2臺ROV同時作業可以有效提高水下回接效率。HCCS-L水平連接器水下回接流程主要分為以下幾步：①拆除水平連接器吊裝框架;②拆除跨接管及結構物兩端保護帽;③清潔結構物及跨接管兩端管口外表面;④torque key解鎖連接器本體，安裝stroke tool頂伸對接（圖7）;⑤使用torque tool扭矩扳手鎖緊連接器管口（圖8）;⑥使用hot stab進行連接后密封測試;⑦回收回接工具及ROV工具籃，拆除導向柱。

水平連接器的水下回接重點在于確保連接前要檢查好結構物上閥門狀態，連接后確保密封性能良好，密封圈外的密閉空間壓降符合程序要求，同時對2臺ROV水下作業的協調配合也提出了較高要求。在整個水下回接過程中，應確保回接作業時刻有連接器廠家工程師進行指導，同時甲方及第三方進行回接過程見證，以保證出現意外情況能及時應對。

4 工程實踐經驗

在某項目采用HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管工程實踐中，由于項目工期緊、施工任務重、多條船舶現場同時作業及現場海況不理想等作業條件，現場項目人員提前謀劃、統籌調度、靈活安排現場各項作業，最終順利完成了相關施工任務，也總結了部分良好工程實踐經驗。

4.1 多船船位實時顯示

由于水下生產管匯周圍管線繁多，設計有多條剛性跨接管、柔性跨接管及飛線等，部分軟管及臍帶纜還需進行水下調試;需要現場各條作業線同時作業，個別時間段甚至需多條船舶聚集在生產管匯周圍進行施工，因此對于現場船位安排要求較高。現場項目組通過CAD軟件提前模擬各船船位，定位軟件來實時顯示現場各條船舶船位，各船舶實際作業時加強溝通，船舶移動及艏向調整均互相通知，有效避免了因各船船位不清晰造成的待機事件，提高了海上施工效率。

4.2 合理調整各船作業內容

針對多船舶現場同時作業，首先綜合現場各船作業計劃，合理調整各船作業內容，從作業計劃上提前避免船位待機事件。比如剛性跨接管與柔性跨接管的甲板準備、水下安裝、連接器回接各個階段均可分開進行，而甲板準備階段船位可遠離管匯上跨接管安裝位置;管纜調試作業則主要在管纜兩端位置，先在哪端調試也可靈活安排。因此針對各船作業內容的統籌安排，也可有效避免待機事件發生。

4.3 多船合作完成柔性跨接管安裝

柔性跨接管安裝分為甲板及水下準備、鋪設安裝、水下回接等階段，甲板準備及鋪設安裝需要工程船自主完成，而水下準備如安裝導向柱、拆除結構物側壓力帽、結構物側閥門狀態檢查與操作以及連接器水下回接，則可由其他工程船協助完成。同時，如果受船位影響，首端連接器就位時，也可將首端連接器傳遞至其他工程船吊機，兩船配合完成首端連接器就位。通過多船統籌合作，可有效提高各船使用效率。

4.4 水下工機具共享共用

不管是采用水平連接器的剛性跨接管還是柔性跨接管，跨接管安裝就位均需要提前操作結構物側閥門、安裝導向柱等，需要使用到吊裝錨、扭矩扳手等。由于現場船舶較多，各船工機具有限，可以將水下工機具臨時存放管匯或PLET等結構物上，待水下作業全部完成時，再由最后一條離場工程船取回甲板。通過水下工機具的共享共用，也可以避免船舶靠泊穿梭物資次數，提高項目整體水下施工效率。

5 結束語

隨著未來深水水下生產系統的廣泛應用，采用HCCS-L水平連接器形式的柔性跨接管前景也非常可觀。通過本文對于HCCS-L水平連接器形式柔性跨接管安裝過程與注意要點的研究分析，以及一些良好實踐經驗，對于類似柔性跨接管安裝工程具有一定參考意義。

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作者簡介：郭非凡（1992-），男，助理工程師。研究方向為海洋管纜施工。