蔣哲

摘要：介紹國內(nèi)首次自主研發(fā)、制造的兩個吸力樁式管匯基盤PLET和PLEM的海上安裝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：國內(nèi)首次 吸力樁式 管匯基盤 PLET PLEM 海上安裝

崖城13-4氣田開發(fā)項目海管連接、臍帶纜鋪設(shè)工程是國內(nèi)深海石油開發(fā)技術(shù)的一次重要探索，大部分設(shè)施構(gòu)件和技術(shù)都是國產(chǎn)的，其中包括吸力樁式管匯基盤PLET和PLEM。管匯基盤安裝在海底，上面設(shè)有數(shù)只閥門，用于控制采氣樹開采出的油氣的流動。本次項目除PLET和PLEM的閥門管路為國外進(jìn)口外，其他框架和吸力樁等安裝結(jié)構(gòu)都是國產(chǎn)的。

1 水下管匯基盤PLET/PLEM的設(shè)計

作為一種典型的深水水下生產(chǎn)設(shè)施，水下管匯設(shè)計時需要考慮環(huán)境、安裝、檢查、維護(hù)、生產(chǎn)等要求，確保在壽命期內(nèi)安全、可靠、穩(wěn)定運行。崖城13-4自主研發(fā)的水下管匯綜合考慮了在位穩(wěn)定性、安裝便捷、防漁網(wǎng)拖掛等各方面因素，如圖1所示：

水下管匯基盤PLEM由上、下兩部分組成，上部分為長方體結(jié)構(gòu)，具有去棱角、圓滑過渡連接的設(shè)計，極大地降低了漁船拖網(wǎng)鉤掛的可能性； 下部分由3個均布的吸力樁通過桿件連接而成，每個樁腿直徑3米，排列近似等邊三角形，主要作用是實施水下管匯與海床的固定，并可實現(xiàn)水下管匯的安裝調(diào)平。水下管匯的上、下結(jié)構(gòu)采用插銷的模式連接，可實現(xiàn)分離，即使在水下，也可方便實現(xiàn)上部和下部吸力樁分離，這樣就使得特殊情況下萬一水下管匯的閥門等出現(xiàn)故障，就可能將水下管匯上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)分離，拆下后吊出水面進(jìn)行維修。

目前，常用的水下管匯存在以下缺點：1.無清管功能；2.無隔離檢測功能；3.閥門不能實現(xiàn)水下機器人（ROV）操作。為克服上述這些缺點，在PLET的設(shè)計上進(jìn)行了以下改進(jìn)，如圖2所示：

圖2 水下管匯基盤PLET示意圖

水下管匯PLET設(shè)計在主管線末端預(yù)留水下清管器接口，清管作業(yè)時，由水下機器人將帶有水下管道連接器的水下清管器下放并與水下管匯鎖固。 在水下管匯的主管線上安裝具有通球功能的閥門，用以實現(xiàn)不同時間生產(chǎn)井區(qū)的隔離，再在主管線上安裝帶隔離閥的三通，以便安裝檢測元件。此外，設(shè)計在水下管匯的所有閥門上安裝水下機器人ROV操作接口，水下管匯橇上的所有閥門均可實現(xiàn)水下機器人ROV操作，方便快捷。

2 水下管匯基盤PLET和PLEM的預(yù)制和標(biāo)定

管匯基盤PLET和PLEM是由合眾公司預(yù)制的，合眾公司在車間將各部件分別預(yù)制成型之后，將PLET和PLEM運至湛江海油合眾碼頭，在湛江合眾碼頭進(jìn)行了上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的組裝。然后在上部結(jié)構(gòu)頂上進(jìn)行抽水管路的布置以及泵撬塊、水下羅經(jīng)等的標(biāo)定，以便PLET和PLEM安裝到海底的時候可以有可靠的參照確定PLET和PLEM的朝向和水平度。

3 原設(shè)計的PLET

圖3 原設(shè)計的PLET

預(yù)制和標(biāo)定之后，用駁船將PLET和PLEM運至三亞南山基地，裝載上動力定位船“康盛口”，運至崖城13-4氣田主體區(qū)準(zhǔn)備安裝。

4 水下管匯基盤PLET的初次安裝及改裝

2011年11月12號，作業(yè)支持船“康盛口”就位于崖城13-4氣田主體區(qū)，選擇合適的氣象窗口，經(jīng)反復(fù)檢查、準(zhǔn)備就緒后，調(diào)整到最佳船舶艏向，準(zhǔn)備起吊PLET。PLET的吊裝設(shè)計上使用三角吊架，吊架掛鉤，然后將垂直吊索掛在PLET下部三個吸力樁的頂部吊耳上。這樣的吊索布置可避免不用吊架，直接用3根吊索起吊，PLET吊索損傷PLET上部結(jié)構(gòu)的問題，相應(yīng)的，豎直的3根吊索在海上吊裝時，由于船舶的搖擺和風(fēng)力的影響，非常容易搖晃，給吊裝帶來較大的困難。但其實可以在三角吊架下采用6吊索的方式避免此問題。

將水下管匯PLET吊起后下放入水。在將PLET吊放至海底時，發(fā)現(xiàn)PLET沉放不穩(wěn)，通過水下機器人ROV查看，發(fā)現(xiàn)水下管匯PLET在吊機未完全脫鉤的情況下，未使用抽水泵抽水的情況下，水下管匯的下部吸力樁已通過自重入泥3米左右（原設(shè)計吸力樁4米高），PLET無法發(fā)揮吸力樁的作用。

原來，海底泥質(zhì)非常松軟，地質(zhì)狀況與地質(zhì)調(diào)查報告上所描述的不符，面對突發(fā)狀況，現(xiàn)場經(jīng)過冷靜的思考和分析后，考慮到可能有海床正好在此處，地質(zhì)與勘探結(jié)果有出入，為盡快完成主區(qū)的水下安裝工作，以便“NH2鉆井船”按計劃移位到主體區(qū)，在水下安裝泵橇的協(xié)助頂升下先將PLET拔起，然后在吊機未脫鉤的情況下，冒著PLET永遠(yuǎn)無法再次拔起的風(fēng)險，緊接著在距離第一次下放安裝位置約10米的海床再次進(jìn)行了第二次水下試裝，但入泥情況與第一次結(jié)果基本一樣。究其原因，主要是安裝位置的土質(zhì)特性與原物探場址調(diào)查報告數(shù)據(jù)相差較大。

經(jīng)過現(xiàn)場緊急商議，項目組立即作出應(yīng)急決策：緊急將PLET運回南山基地改裝，增長吸力樁腿的長度，從原設(shè)計的4米加長至7.5米。通過業(yè)主方與上海打撈局、深圳海工、湛江合眾三家公司的通力協(xié)作，充分發(fā)揮各家單位自身的優(yōu)勢，改造工作進(jìn)展迅速。從緊急采辦180平方米16毫米厚的鋼板運抵合眾機械廠，到鋼材的下料、坡口加工、卷板、組對、焊接，再緊急用汽車運往南山終端，通過拖輪倒運至作業(yè)支持船“康盛口”，再連夜組對焊接加高PLET吸力樁，整個過程在四天時間內(nèi)就保質(zhì)保量地完成了。

圖4 加長吸力樁腿后的PLET及泵撬塊

5 水下管匯基盤PLET的分體再次安裝

PLET吸力樁腿加長3.5米改裝后，下部吸力樁從4米增長到7.5米，重量從28噸增加到43噸左右，PLET上部結(jié)構(gòu)重約25噸，總重量達(dá)到68噸左右。用履帶吊整體安裝改裝后的PLET接近額定載荷，比較吃力；同時，由于PLET上部結(jié)構(gòu)主體呈長方形，接近正方形，一端向上突出，連接了一個3連發(fā)球清管器，重心不在中心點，也正因為如此，第一次安裝的時候吊裝水平度調(diào)整非常困難，所以，現(xiàn)場改變安裝方案，決定將PLET上部結(jié)構(gòu)和吸力樁分開吊裝。endprint

PLET上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)拆分后，下部3只吸力樁單獨吊裝，總高7.5米，每個吸力樁直徑3米，3個吸力樁圓心所成三角邊長分別為6米、5.8米、5.8米，呈等腰三角形，接近等邊三角形，重心基本不偏，重量達(dá)43噸，滿足履帶吊的安全載荷。此外，分體吊裝雖然增加了一次上部結(jié)構(gòu)的吊裝，但有利于調(diào)整PLET吸力樁的水平度，利于安裝定位，且泵撬塊抽水管路的設(shè)置也更加方便，直接設(shè)置在吸力樁上部，不再對今后上部結(jié)構(gòu)的操作有影響。

加長后的下部吸力樁吊至海底安裝位置時，由于重心不偏，放置平穩(wěn)，經(jīng)自重入泥2米多保持基本水平。然后使用泵撬塊抽水管路，緩緩抽出3只吸力樁腿中的海水，使3只吸力樁腿在外部壓力的作用下插入海底泥面，最終入泥7.3米，水平度X方向0.01度，Y方向-0.03度，符合安裝要求。

PLET下部吸力樁安裝到位后，回收下部吸力樁的泵撬塊和吊索具，然后再安裝上部結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)的安裝使用鋼絲導(dǎo)向的方式，先將PLET上部結(jié)構(gòu)上對應(yīng)的2個導(dǎo)向孔導(dǎo)入吸力樁上較高的2個導(dǎo)向柱，導(dǎo)入后，第3個導(dǎo)向孔自然與最矮的第3個導(dǎo)向柱對齊。上部結(jié)構(gòu)安裝到位后，3個導(dǎo)向柱分別上好保險栓，PLET分體安裝完畢。

6 水下管匯基盤PLEM的安裝

PLEM的安裝和PLET的安裝相似。PLEM的安裝吸取了PLET安裝的經(jīng)驗教訓(xùn)，在陸地預(yù)制時直接加長了吸力樁腿的長度，從原設(shè)計的2.5米加長到5米。同時，為了避免整體吊裝偏心的問題，方便調(diào)節(jié)控制吸力樁吊裝時的水平度及便于設(shè)置泵撬塊的抽水管路，減少水下調(diào)平工作量，吊裝方式由原來設(shè)計的整體吊裝變更為分體吊裝，即先吊裝下部吸力樁結(jié)構(gòu)，再吊裝上部管匯。

海上安裝下部吸力樁結(jié)構(gòu)時，為避免泵橇塊臍帶纜被吸力樁壓住，在其上綁扎一些浮球；為避免USBL定位信標(biāo)信號不好，同時安裝兩個USBL定位信標(biāo)。

為避免吊裝水平上不平衡，實際測量鋼絲繩的長度后，通過卸扣調(diào)節(jié)鋼絲繩的長度，使下部吸力樁吊裝時重心與吊裝中點基本重合，都基本水平入水。為方便調(diào)節(jié)吸力樁的艏向，在1、3導(dǎo)向樁卸扣上分別連接牽引鋼絲繩，并通過船底拉至船舷另一側(cè)，通過絞車控制松緊，調(diào)節(jié)PLEM的方向。吸力樁安裝到位，調(diào)節(jié)艏向后，使用泵撬塊抽水管路，緩緩抽出3只吸力樁腿中的海水，使3只吸力樁腿在外部壓力的作用下插入海底泥面最終PLEM入泥4.5米，水平度X方向0.02度，Y方向-0.08度。

下部吸力樁安裝到位后，安裝上部管匯結(jié)構(gòu)。上部管匯結(jié)構(gòu)在下放入水前，通過增加犧牲陽極以及卸扣調(diào)節(jié)等方式對上部PLEM管匯事先調(diào)平，并通過電羅經(jīng)、UBSL定位信標(biāo)測量數(shù)據(jù)精確校準(zhǔn)艏向。然后通過安裝PLET上結(jié)構(gòu)同樣的鋼絲導(dǎo)向方式，使上部管匯結(jié)構(gòu)對應(yīng)的2個導(dǎo)向孔導(dǎo)入吸力樁上較高的2個導(dǎo)向柱，導(dǎo)入后，第3個導(dǎo)向孔自然與最矮的第3個導(dǎo)向柱對齊。上部結(jié)構(gòu)安裝到位后，3個導(dǎo)向柱分別上好保險栓， PLEM分體安裝完畢，回收吊索具。2011年12月5日凌晨，崖城13-4氣田開發(fā)工程項目水下管匯PLEM順利安裝完成，原計劃需要3天時間的水下安裝工作僅用了12個小時就已完成。

采用吸力樁的形式安裝管匯基盤PLET和PLEM是國內(nèi)首次嘗試。吸力樁式管匯基盤與傳統(tǒng)的板樁基盤相比較，構(gòu)造更加科學(xué)；3條吸力樁的形式也使得管匯基盤安裝時可對水平度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不依賴于海底地貌；吸力樁的抓力也更加穩(wěn)妥，管匯基盤更加堅固。

吸力樁式管匯基盤PLET和PLEM的成功安裝意義非凡，它標(biāo)志著我國已具備自行設(shè)計管匯基盤的安裝結(jié)構(gòu)并在海上安裝的技術(shù)和能力。endprint