汪智峰 杜春水 高 超 邱壕威

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518000）

1 背景介紹

1.1 項(xiàng)目概況

陵水17-2深水氣田位于中國(guó)三亞149 km左右的海域，距離現(xiàn)有崖城13-1氣田約為160 km。氣田水深為1220 m～1560 m。項(xiàng)目的基本方案主要包括以下3個(gè)部分的內(nèi)容：1） 水下生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行油氣生產(chǎn)，東西側(cè)雙管回接至平臺(tái)。2） 半潛式儲(chǔ)油生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行油氣處理、儲(chǔ)存和外輸。3） 通過(guò)60 cm管線外輸至崖城至香港管線。其中，陵水17-2項(xiàng)目采用半潛式浮式生產(chǎn)平臺(tái)，在1500 m水深下采用張緊式系泊布置。16根系泊錨腿用“4組×4組的分布式”進(jìn)行布置。

1.2 聚酯纜系泊系統(tǒng)的組成

圖1為單根錨腿整體布局與結(jié)構(gòu)，每根系泊錨腿的組成形式均為“錨鏈+聚酯纜+錨鏈”張緊式系泊纜均勻地布置在平臺(tái)四周[1]。

1.2.1 快速接頭

快速接頭作為錨樁鏈和底鏈之間的連接，如圖2所示，使用了球形和錐形技術(shù)，包括公/母快速接頭2個(gè)部分?？焖倌附宇^內(nèi)螺紋將在錨樁安裝階段預(yù)安裝并夾在錨樁頂部，快速接頭外螺紋（芯軸）將在預(yù)鋪設(shè)階段與海底鏈和其他系泊纜組件一起安裝?？焖俳宇^的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 快速接頭的主要技術(shù)參數(shù)

1.2.2 聚酯纜

每根聚酯纜的長(zhǎng)為956 m，直徑為256 mm（帶軟環(huán)拼接眼）。在運(yùn)輸過(guò)程中采用1個(gè)單獨(dú)的卷纜盤(pán)和托架運(yùn)至動(dòng)員場(chǎng)地。聚酯纜相應(yīng)規(guī)格與參數(shù)見(jiàn)表2。

圖1 聚酯纜系泊系統(tǒng)整體布局示意圖

表2 聚酯纜相應(yīng)規(guī)格與參數(shù)

圖3為聚酯纜結(jié)構(gòu)圖與外形圖，聚酯纜外層為編織保護(hù)套，次外層為過(guò)濾層，內(nèi)層為聚酯纜芯繩[2]。在聚酯纜環(huán)眼和拼接繩端部涂覆聚氨酯涂層，沿聚酯纜的油漆條（紅色）用于水下扭轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)。聚酯纜套管在海上施工現(xiàn)場(chǎng)安裝在聚酯纜繩眼上。使用小直徑聚乙烯繩（通常約φ18 mm）將4個(gè)位置的套管臨時(shí)固定在聚酯環(huán)上，以防止環(huán)眼處的聚酯繩從套管上松脫。

圖2 快速接頭示意圖

圖3 聚酯纜示意圖

1.2.3 錨鏈

每段系泊鏈（由端部鏈環(huán)、擴(kuò)大鏈環(huán)和普通鏈環(huán)組成）將以捆扎形式到達(dá)施工動(dòng)員儲(chǔ)存位置，每捆之間的自由長(zhǎng)度為30 m。每捆貨物上應(yīng)提供特定的標(biāo)記和標(biāo)簽，以識(shí)別鏈條類(lèi)型、鏈條ID、末端鏈環(huán)和鏈條末端的普通鏈環(huán)。鏈條應(yīng)沿鏈條長(zhǎng)度每2個(gè)鏈環(huán)（1個(gè)邊緣）涂上黃色，作為扭曲監(jiān)測(cè)的工具。錨鏈的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 錨鏈組成材料屬性

不同錨鏈的端部用不同的顏色標(biāo)注，便于在施工時(shí)確定施工順序。海底鏈：黃色端接快速公接頭、棕色端接聚酯纜；平臺(tái)鏈：橙色端接安裝鏈、黑色端接承力鏈；安裝鏈：綠色端和白色端，但是不需要連接哪個(gè)端的特定順序。

1.3 項(xiàng)目難點(diǎn)

我國(guó)正在加速建設(shè)“海洋強(qiáng)國(guó)”，對(duì)于深水的開(kāi)發(fā)迫在眉睫，目前深水浮式生產(chǎn)設(shè)施海上定位與系泊技術(shù)已成為“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)，而對(duì)應(yīng)聚酯纜錨腿的鋪設(shè)技術(shù)的應(yīng)用是海上油氣田開(kāi)發(fā)走向深水的關(guān)鍵一步。1） 深水大直徑（直徑：258 mm）大長(zhǎng)度（長(zhǎng)度：971 m/根）聚酯纜鋪設(shè)是聚酯纜在國(guó)內(nèi)深水系泊系統(tǒng)中的首次工程示范應(yīng)用，作業(yè)水深達(dá)到1500 m。2） 聚酯纜在鋪設(shè)過(guò)程中也具有不抗磨、易受損、易蠕變、剛度非線性的缺點(diǎn)。因此聚酯纜在施工過(guò)程中會(huì)有扭轉(zhuǎn)、外皮損傷與纏繞的風(fēng)險(xiǎn)[2]。3） 聚酯纜材料抵抗摩擦和切割能力弱，安裝要求高，安裝程序復(fù)雜。4）需要考慮南海深水惡劣海況及臺(tái)風(fēng)對(duì)聚酯纜鋪設(shè)的影響，要制定1套16條聚酯纜高效鋪設(shè)的施工方案與應(yīng)急預(yù)案。

2 安裝需要的資源

2.1 聚酯纜安裝主要施工資源

2.1.1 主作業(yè)船：海洋石油291船

作業(yè)內(nèi)容：陵水17-2氣田開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目16條聚酯纜系泊錨腿安裝。海洋石油291船總體示意圖如圖4所示，主要配置的安裝設(shè)備包括250 t深水作業(yè)吊機(jī)；2臺(tái)150匹工作級(jí)ROV；500 t錨系處理絞車(chē)處理系統(tǒng)；4個(gè)錨鏈艙；2臺(tái)3 t軌道吊機(jī)；2臺(tái)船尾輔助絞車(chē)以及船尾800 t鯊魚(yú)鉗系統(tǒng)。

圖4 海洋石油291船

海洋石油291船主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 海洋石油291船主要技術(shù)參數(shù)

2.1.2 滾筒驅(qū)動(dòng)裝置（RDS）

如圖5所示，滾筒驅(qū)動(dòng)裝置（RDS）主要由2個(gè)塔架和液壓動(dòng)力系統(tǒng)組成，主要用于施工前動(dòng)員和施工期間將聚酯纜從運(yùn)輸滾筒盤(pán)繞到安裝船作業(yè)絞車(chē)上。在這個(gè)過(guò)程中，滾筒驅(qū)動(dòng)裝置的最小背張力應(yīng)為10 t，以保證聚酯纜在作業(yè)絞車(chē)上排布緊密。在海上作業(yè)期間，應(yīng)考慮到易于與滾筒驅(qū)動(dòng)裝置接合和拆卸的聚酯卷纜盤(pán)。

2.1.3 錨腿鋪設(shè)輔助工具

聚酯纜錨腿安裝所需要的的幾種安裝輔助設(shè)備見(jiàn)表5。

3 陵水17-2項(xiàng)目聚酯纜系泊錨腿安裝方案設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)鋪設(shè)方案設(shè)計(jì)總體思路

基于陵水17-2深水半潛式油氣生產(chǎn)平臺(tái)聚酯纜系泊錨腿的技術(shù)參數(shù)以及選定的海上施工船舶，對(duì)系泊錨腿海上鋪設(shè)進(jìn)行數(shù)值模擬，采用Orcaflex 軟件模擬錨腿鋪設(shè)過(guò)程，分析并計(jì)算聚酯纜海底濕存穩(wěn)定性，錨腿鋪設(shè)的張力、觸泥點(diǎn)位置、船舶艏向，給出最佳的鋪設(shè)時(shí)的懸鏈線長(zhǎng)度及最合理的船舶艏向。根據(jù)安裝分析研究的結(jié)果，確定施工船舶及所需重要設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)，制定裝船布置方案，并編制相對(duì)應(yīng)的錨腿水下連接和鋪設(shè)程序。根據(jù)聚酯纜的特性，在碼頭倒駁、海上鋪設(shè)以及海底濕存過(guò)程中，采取有效的聚酯纜保護(hù)和修復(fù)措施，防止聚酯纜損傷或損壞。關(guān)鍵評(píng)估與方案包括4個(gè)：1） 施工船舶及關(guān)鍵設(shè)備匹配性評(píng)估。2） 聚酯纜倒纜評(píng)估。3） 聚酯纜錨腿鋪設(shè)分析，聚酯纜濕存穩(wěn)定性分析。4） 裝船布置方案，錨腿水下連接、鋪設(shè)和預(yù)張緊方案。

圖5 RDS實(shí)物圖

3.2 海上施工工藝流程

聚酯纜系泊錨腿鋪設(shè)施工工藝流程如圖6所示，主要流程是使用作業(yè)絞車(chē)逐根將聚酯纜系泊錨腿通過(guò)船尾或船側(cè)的滾筒下放入水，海底鏈連接錨基礎(chǔ)，安裝后的聚酯纜錨腿濕存于海底。

3.3 預(yù)鋪設(shè)海上施工方案

聚酯纜錨腿鋪設(shè)使用的施工資源包括1艘施工船HYSY291， 1臺(tái)120 tRDS系統(tǒng)以及1臺(tái)聚酯纜導(dǎo)向裝置。

安裝過(guò)程包括以下11步：1） 快速接頭甲板功能測(cè)試。2） 海底鏈過(guò)尾滾筒。吊機(jī)索具連接第5個(gè)鏈環(huán)并吊起快速公接頭過(guò)尾滾筒，當(dāng)索具連接點(diǎn)位于船尾滾筒時(shí)，絞車(chē)停止下放海底鏈，甲板人員完成ROV解鉤。3）海底鏈載荷轉(zhuǎn)移。繼續(xù)下放海底鏈，下放200 m時(shí)，絞車(chē)停止下放，甲板操作完成索具連接。4） 當(dāng)海底鏈末端即將出艙時(shí)，停止絞車(chē)下放，鯊魚(yú)鉗卡住鏈環(huán)，甲板人員借助船尾小絞車(chē)將海底鏈末端拉到甲板上?；厥盏鯔C(jī)鋼絲繩至海底鏈載荷轉(zhuǎn)移至吊機(jī)時(shí)停止。此時(shí)，吊機(jī)索具跟隨海底鏈入水，水深約為30 m。5） 下聚酯纜入水。吊機(jī)與絞車(chē)保持同速下放，并確保下聚酯纜全程受力小于50 t。當(dāng)下聚酯纜末端安裝鏈被鯊魚(yú)鉗卡住后，與主絞車(chē)/儲(chǔ)存絞車(chē)滾筒的聚酯纜連接。6）上聚酯纜入水。如圖7所示，牽出主絞車(chē)/儲(chǔ)存絞車(chē)滾筒的聚酯纜作為上聚酯纜，甲板完成上聚酯纜末端與安裝鏈的連接，繼續(xù)下放上聚酯纜入水。7） 快速接頭水下連接。如圖8所示，ROV引導(dǎo)HYSY291 進(jìn)行位置調(diào)整，并緩慢下放吊機(jī)及聚酯纜，直至快速公接頭與快速母接頭連接。8） 海底鏈鋪設(shè)。HYSY291沿路由緩慢移動(dòng)，同時(shí)鋪設(shè)海底鏈；當(dāng)?shù)鯔C(jī)索具連接點(diǎn)距離海床10 m時(shí)，停止鋪設(shè)，放松吊機(jī)鋼絲繩，載荷從吊機(jī)轉(zhuǎn)移至錨腿上。9） 錨腿預(yù)張緊。繼續(xù)下放錨腿，當(dāng)聚酯纜脫離船尾滾筒時(shí)，停止工作絞車(chē)，進(jìn)行錨腿預(yù)張緊。10） 濕存平臺(tái)鏈。使用吊機(jī)下放錨腿，同時(shí)移船并完成甩彎路由；ROV解脫吊機(jī)索具與平臺(tái)鏈的連接。11） ROV后調(diào)查。

表5 安裝船上的安裝輔助設(shè)備

圖6 聚酯纜錨腿鋪設(shè)施工工藝流程圖

圖7 上聚酯纜下放入水

圖8 快速接頭水下連接

4 結(jié)語(yǔ)

該文依托陵水 17-2 氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目和相關(guān)課題研究，基于我國(guó)自有的深水錨系專(zhuān)業(yè)作業(yè)船海洋石油291開(kāi)展了聚酯纜錨腿鋪設(shè)技術(shù)的研究，2020年7月—10月，分5個(gè)航次完成了陵水17-2半潛平臺(tái)系泊系統(tǒng)16條聚酯纜錨腿海上鋪設(shè)作業(yè)，聚酯纜在我國(guó)深水浮式生產(chǎn)平臺(tái)中首次成功應(yīng)用，初步形成了1500 m級(jí)深水聚酯纜系泊系統(tǒng)安裝技術(shù)能力與作業(yè)能力，為我國(guó)的深水浮式生產(chǎn)平臺(tái)系泊系統(tǒng)安裝積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)南海深水油氣田的開(kāi)發(fā)以及保障我國(guó)能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。