黃佳瀚 盧維強(qiáng) 吳仁輝 鄔智慧 代曉廣

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

水下生產(chǎn)系統(tǒng)由于其高效、低成本等特點(diǎn)已經(jīng)成為深水油氣田開(kāi)發(fā)的主流模式[1]。電、液飛線是水下生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分，一般用于連接水下分配系統(tǒng)與水下控制系統(tǒng)，起到傳遞液壓動(dòng)力、電力和通信信號(hào)的作用，是關(guān)系到生產(chǎn)區(qū)塊正常運(yùn)行的重要“生命線”[2]。電飛線主要給水下控制模塊提供電力和傳輸電信號(hào)，液飛線主要給水下設(shè)施提供液壓動(dòng)力和各類化學(xué)藥劑。一般來(lái)說(shuō)，上部平臺(tái)的信號(hào)指令通過(guò)臍帶纜傳輸?shù)侥殠Ю|終端，再通過(guò)飛線傳輸至水下設(shè)施（采油樹(shù)、采氣樹(shù)等）進(jìn)而達(dá)到控制各類水下設(shè)施的目的。同時(shí)，水下設(shè)施的運(yùn)行狀況也通過(guò)飛線反饋到上部平臺(tái)。

隨著400 m水深級(jí)南海流花16-2油田群和1 500 m水深陵水17-2油田的開(kāi)發(fā)，標(biāo)志著我國(guó)深水油氣田開(kāi)發(fā)進(jìn)入新開(kāi)發(fā)階段，水下生產(chǎn)系統(tǒng)大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)海洋油氣開(kāi)發(fā)中對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，研究飛線安裝技術(shù)對(duì)控制項(xiàng)目施工成本具有重要意義。電液飛線的安裝方案主要有2種：水平鋪設(shè)式和水下展開(kāi)式安裝方案，該文簡(jiǎn)要介紹這2種安裝方案，并進(jìn)行對(duì)比。

1 水平鋪設(shè)式安裝方案

水平鋪設(shè)式是將飛線放在特制的卷盤(pán)或滾筒中，通過(guò)船舶吊機(jī)、張緊器、絞車和卷盤(pán)協(xié)同合作將飛線鋪設(shè)至設(shè)計(jì)路由上，再通過(guò)水下機(jī)器人進(jìn)行回接的一種安裝方法。水平鋪設(shè)式安裝方案所需設(shè)備及其布置方案如圖1所示。

圖1 水平鋪設(shè)式安裝方案設(shè)備布置

1.1 適用對(duì)象

水平鋪設(shè)式安裝方案一般適用于水深較深、管體為鋼芯管、抗拉強(qiáng)度較大、抗壓強(qiáng)度較大和最小彎曲半徑較大難以盤(pán)繞在飛線架上的液飛線類型。

1.2 關(guān)鍵設(shè)備選型

根據(jù)設(shè)備工具的功能劃分，水平鋪設(shè)式安裝方法所需的主要設(shè)備包括存儲(chǔ)設(shè)備、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、導(dǎo)向和支撐設(shè)備、絞車、ROV工具、浮塊和配重塊。

1.2.1 存儲(chǔ)設(shè)備

存儲(chǔ)設(shè)備主要用于安裝階段存儲(chǔ)飛線。對(duì)于水平鋪設(shè)方案，飛線的存儲(chǔ)設(shè)備主要包括2種類型：滾筒或儲(chǔ)纜盤(pán)。在制定存儲(chǔ)方案時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)：飛線交貨方式、最小彎曲半徑、接頭固定方案、存儲(chǔ)能力以及占用甲板面積。

1.2.2 驅(qū)動(dòng)設(shè)備

驅(qū)動(dòng)設(shè)備主要用于驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)纜設(shè)備，將飛線從儲(chǔ)纜設(shè)備中釋放出來(lái)。驅(qū)動(dòng)設(shè)備主要包括3種：滾筒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤(pán)和張緊器。滾筒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)用于驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)纜盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，以此達(dá)到釋放飛線的目的。轉(zhuǎn)盤(pán)又分為動(dòng)力式轉(zhuǎn)盤(pán)和無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)盤(pán)，無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)盤(pán)則須使用張緊器牽引飛線[3]。

驅(qū)動(dòng)設(shè)備的選擇主要考慮：類型、尺寸和重量、驅(qū)動(dòng)力要求和飛線鋪設(shè)的最大拉力等。對(duì)于張緊器，還須特別考慮液飛線的直徑、抗擊壓力和線體表面摩檫力等，避免牽引飛線時(shí)損傷飛線線體。

1.2.3 導(dǎo)向和支撐設(shè)備

導(dǎo)向和支撐設(shè)備包括水平導(dǎo)向弧板、入水橋和支撐架等，主要用于飛線支撐和路由導(dǎo)向。根據(jù)飛線甲板鋪設(shè)路由，在合適位置安裝導(dǎo)向弧板和支撐架；在飛線入水位置安裝下水橋。導(dǎo)向和支撐設(shè)備主要用于避免飛線鋪設(shè)過(guò)程中過(guò)彎或磨損。

1.2.4 絞車

絞車主要用于在甲板上牽引飛線，使飛線轉(zhuǎn)移至鋪設(shè)路由。同時(shí)，在飛線末端下水時(shí)，臨時(shí)懸掛飛線。絞車選型主要考慮牽引力和工程船上的動(dòng)力源。

1.2.5 ROV工具

ROV（水下機(jī)器人）工具主要包括扭矩工具（Torque Tool）、方向?qū)蚬ぞ撸‵LOT）和液壓剪等[4]。扭矩工具和FLOT主要用于將飛線接頭連接至目標(biāo)設(shè)施；液壓剪則用于應(yīng)急情況下切割索具或飛線。

1.2.6 浮塊和配重塊

浮塊的作用是在水中平衡飛線接頭重量，使飛線接頭距離海床一定高度，避免接頭觸泥，同時(shí)也便于ROV回接飛線至目標(biāo)設(shè)施。另外，需要1個(gè)配重塊用于控制飛線接頭位置。

1.3 施工方案

液飛線水平鋪設(shè)主要施工步驟包括首端入水、正常鋪設(shè)、末端入水、路由段鋪設(shè)、飛線回接、路由調(diào)整及安裝后調(diào)查。

1.3.1 首端入水

液飛線首端解除固定后，驅(qū)動(dòng)設(shè)備配合吊機(jī)先將飛線首端從存儲(chǔ)設(shè)備中牽引出來(lái)，飛線通過(guò)支撐設(shè)備和張緊器，最終放置在入水橋前。在下水橋位置連接配重塊、浮塊和索具，再將飛線首端起吊入水。為了避免索具纏繞飛線，浮塊和配重塊也可以在首端入水后，由ROV水中連接。首端入水過(guò)程如圖2（a）所示。

1.3.2 正常鋪設(shè)

首端入水后繼續(xù)正常鋪設(shè)，直到末端即將從卷盤(pán)中出來(lái)。正常鋪設(shè)時(shí)，需要在管體上綁扎猴拳繩用于ROV水下調(diào)整路由。在末端接頭附近綁扎1個(gè)拖拉網(wǎng)套用于連接絞車鋼絲繩。

1.3.3 末端入水

在解除首端與吊機(jī)的連接以及末端的固定前，液飛線應(yīng)先與絞車連接。液飛線與絞車連接，絞車完全承載飛線重力后，再解除末端固定。吊機(jī)慢慢將飛線末端牽引至入水橋前，連接配重、浮塊和索具。吊機(jī)和絞車配合，將飛線末端下放入水。飛線接頭到底一定水深后，吊機(jī)完全承載所有飛線重量，ROV解鉤絞車鋼絲繩。吊機(jī)繼續(xù)下放飛線至海床上。末端入水過(guò)程如圖2（b）所示，圖2（c）則為飛線通過(guò)下水橋，完全入水示意圖。

圖2 飛線鋪設(shè)入水過(guò)程

1.3.4 路由段鋪設(shè)

路由段鋪設(shè)主要是指將飛線鋪設(shè)到海床上的設(shè)計(jì)路由上。工程船吊機(jī)將飛線首端接頭的配重塊下放至設(shè)計(jì)位置，工程船移船和吊機(jī)下放互相配合，將飛線鋪設(shè)至設(shè)計(jì)路由上，最后吊機(jī)將末端接頭的配重塊下放至海床上。

1.3.5 飛線回接

飛線回接工作主要由ROV完成。ROV先將扭矩扳手插入液飛線接頭中，再將液飛線接頭攜帶至目標(biāo)設(shè)施對(duì)應(yīng)的接口附近，將飛線接頭插入并鎖緊。ROV 進(jìn)行飛線回接示意圖如圖3所示。

圖3 液飛線水下回接

1.3.6 路由調(diào)整及安裝后調(diào)查

ROV通過(guò)牽引液飛線上的猴拳繩調(diào)整飛線線體至設(shè)計(jì)路由。ROV攜帶定位信標(biāo)進(jìn)行飛線路由調(diào)查和視頻錄像。

1.4 主要特征

水平鋪設(shè)安裝方案涉及的設(shè)備資源較多，索具復(fù)雜，對(duì)海況、船舶性能等要求較高。該方案須利用吊機(jī)將液飛線整體吊裝在水中，飛線頂部將會(huì)承載飛線所有重力，要求飛線具有較大的抗拉強(qiáng)度。張緊器夾持飛線、飛線過(guò)下水橋時(shí)將要承受較大的擠壓力，要求飛線具有較強(qiáng)的抗擠壓力。采用水平鋪設(shè)式安裝方案時(shí)，須重點(diǎn)研究飛線的特征和受力情況，在制定方案時(shí)，有必要進(jìn)行吊裝受力分析和鋪設(shè)過(guò)程模擬分析。

2 水下展開(kāi)式安裝方案

水下展開(kāi)式是先在陸地或工程船甲板上將飛線盤(pán)繞在飛線架上，并綁扎固定。工程船吊機(jī)將整個(gè)飛線架吊裝下放至海床上，再由ROV完成飛線牽引鋪設(shè)和接頭回接。水下展開(kāi)式安裝方案示意圖如圖4所示。

圖4 水下展開(kāi)式安裝方法

2.1 適用對(duì)象

一般來(lái)說(shuō)，只要能盤(pán)繞在飛線架上的飛線都能使用水下展開(kāi)式安裝。電飛線由于其柔性好，彎曲半徑較小，通常均采用水下展開(kāi)式安裝方案。部分液飛線其彎曲半徑較小，重量較輕，剛性較小，也適用于水下展開(kāi)式安裝方案。

2.2 設(shè)備選型

水下展開(kāi)式安裝方案主要施工資源包括飛線架、ROV工具和浮球。

飛線架可根據(jù)飛線的最小彎曲半徑、接頭類型、接頭重量和盤(pán)線數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，海床地質(zhì)情況和飛線架著泥后的穩(wěn)定性也是飛線架設(shè)計(jì)的重要考慮因素。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮一個(gè)飛線架盤(pán)繞多根飛線，減少飛線架吊裝入水和回收的次數(shù)，提高海上安裝效率。

ROV工具同水平鋪設(shè)式方案一樣，主要用于飛線回接和應(yīng)急切割棄置。

浮球主要用于在水中平衡飛線接頭重量，便于ROV回接飛線。選擇浮球時(shí)，浮球浮力大于飛線接頭重力為宜，避免ROV失壓后，飛線接頭掉落至海床上而受損。

2.3 施工方案

在陸地或甲板先將飛線盤(pán)繞至飛線架上，并用綁扎帶將飛線接頭及管體固定在飛線架上。在飛線管體上每隔一段距離綁扎一個(gè)猴拳繩，用于ROV調(diào)整飛線路由。電液飛線盤(pán)繞在飛線架上的狀態(tài)如圖5所示。

圖5 電液飛線盤(pán)線后狀態(tài)

吊機(jī)將飛線架下放至飛線設(shè)計(jì)路由中間，ROV將飛線接頭從飛線架取下，并攜帶飛線巡游至目標(biāo)設(shè)施處進(jìn)行回接，一臺(tái)ROV牽引飛線的過(guò)程中，需要另一臺(tái)ROV在飛線架位置觀察并指揮第一臺(tái)ROV牽引運(yùn)動(dòng)，避免飛線被飛線架刮傷。部分飛線接頭較重，需要使用浮球平衡接頭重量，以便ROV牽引飛線。飛線兩端回接完成后，由ROV調(diào)查和調(diào)整飛線路由，并由定位打點(diǎn)記錄。

2.4 主要特征

水下展開(kāi)式安裝工序較為簡(jiǎn)單，使用資源少，索具配置簡(jiǎn)單，對(duì)船舶性能要求較低。飛線盤(pán)線可在陸地完成，避免海上作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能減少海上工作量。

水下展開(kāi)式安裝方法對(duì)飛線的要求較高：飛線線體和飛線接頭重量需要較輕，否則飛線架難以承載飛線重量，ROV牽引、回接飛線比較困難；飛線彎曲半徑需要較小，否則飛線架須設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較大，影響飛線架建造成本和海上吊裝。

3 安裝方案對(duì)比

從施工難度來(lái)說(shuō)，水平鋪設(shè)式安裝方案海上施工風(fēng)險(xiǎn)較大，甲板吊裝和操作工序復(fù)雜，工作量大；水下展開(kāi)式安裝方案只需要將飛線架吊裝入水，甲板吊裝作業(yè)少，工序簡(jiǎn)單。從設(shè)備需求來(lái)說(shuō)，水平鋪設(shè)式安裝方案動(dòng)用設(shè)備工具較多，操作復(fù)雜；水下展開(kāi)式所需要的工具設(shè)備較少，操作簡(jiǎn)單。從施工效率角度，以南海某深水項(xiàng)目為例，水平鋪設(shè)方式平均每根安裝工時(shí)約為12 h，水下展開(kāi)式每根安裝工時(shí)約為9.3 h。水平鋪設(shè)式安裝方案時(shí)效和經(jīng)濟(jì)性明顯低于水下展開(kāi)式安裝方案。從適用對(duì)象角度分析，水平鋪設(shè)式安裝方案適用于大尺寸、抗拉和抗擠壓能力強(qiáng)的飛線；水下展開(kāi)式安裝方案要求飛線接頭輕、線體柔，易于盤(pán)繞在飛線架上。因此，2種安裝方案的適用對(duì)象有所不同，水下展開(kāi)式適用于電飛線和部分液飛線安裝，水平鋪設(shè)式則主要適用于部分液飛線安裝。電液飛線安裝方案對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 飛線安裝方案對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

電液飛線安裝作為水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝中的重要環(huán)節(jié)，需特別關(guān)注其安裝方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性。在制定飛線安裝策略時(shí)，優(yōu)先考慮飛線的適用安裝方法，根據(jù)飛線的結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)參數(shù)制定安裝方案，選擇、設(shè)計(jì)和建造施工設(shè)備工具。在飛線能夠同時(shí)適用2種方案時(shí)，則研究方案的施工成本。一般而言，水下展開(kāi)式安裝方案比水平鋪設(shè)式安裝方案具有更高的經(jīng)濟(jì)性，可優(yōu)先考慮。