蔣哲

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

關(guān)鍵詞：國(guó)內(nèi)首次 吸力樁式 管匯基盤(pán) PLET PLEM 海上安裝

崖城13-4氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目海管連接、臍帶纜鋪設(shè)工程是國(guó)內(nèi)深海石油開(kāi)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(guó)產(chǎn)的，其中包括吸力樁式管匯基盤(pán)PLET和PLEM。管匯基盤(pán)安裝在海底，上面設(shè)有數(shù)只閥門，用于控制采氣樹(shù)開(kāi)采出的油氣的流動(dòng)。本次項(xiàng)目除PLET和PLEM的閥門管路為國(guó)外進(jìn)口外，其他框架和吸力樁等安裝結(jié)構(gòu)都是國(guó)產(chǎn)的。

1 水下管匯基盤(pán)PLET/PLEM的設(shè)計(jì)

作為一種典型的深水水下生產(chǎn)設(shè)施，水下管匯設(shè)計(jì)時(shí)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(yùn)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(pán)PLEM由上、下兩部分組成，上部分為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，具有去棱角、圓滑過(guò)渡連接的設(shè)計(jì)，極大地降低了漁船拖網(wǎng)鉤掛的可能性； 下部分由3個(gè)均布的吸力樁通過(guò)桿件連接而成，每個(gè)樁腿直徑3米，排列近似等邊三角形，主要作用是實(shí)施水下管匯與海床的固定，并可實(shí)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(shí)現(xiàn)分離，即使在水下，也可方便實(shí)現(xiàn)上部和下部吸力樁分離，這樣就使得特殊情況下萬(wàn)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(diǎn)：1.無(wú)清管功能；2.無(wú)隔離檢測(cè)功能；3.閥門不能實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人（ROV）操作。為克服上述這些缺點(diǎn)，在PLET的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了以下改進(jìn)，如圖2所示：

圖2 水下管匯基盤(pán)PLET示意圖

水下管匯PLET設(shè)計(jì)在主管線末端預(yù)留水下清管器接口，清管作業(yè)時(shí)，由水下機(jī)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(shí)現(xiàn)不同時(shí)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(cè)元件。此外，設(shè)計(jì)在水下管匯的所有閥門上安裝水下機(jī)器人ROV操作接口，水下管匯橇上的所有閥門均可實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人ROV操作，方便快捷。

2 水下管匯基盤(pán)PLET和PLEM的預(yù)制和標(biāo)定

管匯基盤(pán)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(yùn)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(shí)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(jì)的PLET

圖3 原設(shè)計(jì)的PLET

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

4 水下管匯基盤(pán)PLET的初次安裝及改裝

2011年11月12號(hào)，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(jì)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(gè)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(wèn)題，相應(yīng)的，豎直的3根吊索在海上吊裝時(shí)，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(lái)較大的困難。但其實(shí)可以在三角吊架下采用6吊索的方式避免此問(wèn)題。

將水下管匯PLET吊起后下放入水。在將PLET吊放至海底時(shí)，發(fā)現(xiàn)PLET沉放不穩(wěn)，通過(guò)水下機(jī)器人ROV查看，發(fā)現(xiàn)水下管匯PLET在吊機(jī)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(guò)自重入泥3米左右（原設(shè)計(jì)吸力樁4米高），PLET無(wú)法發(fā)揮吸力樁的作用。

原來(lái)，海底泥質(zhì)非常松軟，地質(zhì)狀況與地質(zhì)調(diào)查報(bào)告上所描述的不符，面對(duì)突發(fā)狀況，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)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(jì)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(jī)未脫鉤的情況下，冒著PLET永遠(yuǎn)無(wú)法再次拔起的風(fēng)險(xiǎn)，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(chǎng)址調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)相差較大。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)緊急商議，項(xiàng)目組立即作出應(yīng)急決策：緊急將PLET運(yùn)回南山基地改裝，增長(zhǎng)吸力樁腿的長(zhǎng)度，從原設(shè)計(jì)的4米加長(zhǎng)至7.5米。通過(guò)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(shì)，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(yùn)抵合眾機(jī)械廠，到鋼材的下料、坡口加工、卷板、組對(duì)、焊接，再緊急用汽車運(yùn)往南山終端，通過(guò)拖輪倒運(yùn)至作業(yè)支持船“康盛口”，再連夜組對(duì)焊接加高PLET吸力樁，整個(gè)過(guò)程在四天時(shí)間內(nèi)就保質(zhì)保量地完成了。

圖4 加長(zhǎng)吸力樁腿后的PLET及泵撬塊

5 水下管匯基盤(pán)PLET的分體再次安裝

PLET吸力樁腿加長(zhǎng)3.5米改裝后，下部吸力樁從4米增長(zhǎng)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(shí)，由于PLET上部結(jié)構(gòu)主體呈長(zhǎng)方形，接近正方形，一端向上突出，連接了一個(gè)3連發(fā)球清管器，重心不在中心點(diǎn)，也正因?yàn)槿绱?，第一次安裝的時(shí)候吊裝水平度調(diào)整非常困難，所以，現(xiàn)場(chǎng)改變安裝方案，決定將PLET上部結(jié)構(gòu)和吸力樁分開(kāi)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(dú)吊裝，總高7.5米，每個(gè)吸力樁直徑3米，3個(gè)吸力樁圓心所成三角邊長(zhǎng)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(duì)今后上部結(jié)構(gòu)的操作有影響。

加長(zhǎng)后的下部吸力樁吊至海底安裝位置時(shí)，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(duì)應(yīng)的2個(gè)導(dǎo)向孔導(dǎo)入吸力樁上較高的2個(gè)導(dǎo)向柱，導(dǎo)入后，第3個(gè)導(dǎo)向孔自然與最矮的第3個(gè)導(dǎo)向柱對(duì)齊。上部結(jié)構(gòu)安裝到位后，3個(gè)導(dǎo)向柱分別上好保險(xiǎn)栓，PLET分體安裝完畢。

6 水下管匯基盤(pán)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(yàn)教訓(xùn)，在陸地預(yù)制時(shí)直接加長(zhǎng)了吸力樁腿的長(zhǎng)度，從原設(shè)計(jì)的2.5米加長(zhǎng)到5米。同時(shí)，為了避免整體吊裝偏心的問(wèn)題，方便調(diào)節(jié)控制吸力樁吊裝時(shí)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(lái)設(shè)計(jì)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(shí)，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(hào)不好，同時(shí)安裝兩個(gè)USBL定位信標(biāo)。

為避免吊裝水平上不平衡，實(shí)際測(cè)量鋼絲繩的長(zhǎng)度后，通過(guò)卸扣調(diào)節(jié)鋼絲繩的長(zhǎng)度，使下部吸力樁吊裝時(shí)重心與吊裝中點(diǎn)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(guò)船底拉至船舷另一側(cè)，通過(guò)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(guò)增加犧牲陽(yáng)極以及卸扣調(diào)節(jié)等方式對(duì)上部PLEM管匯事先調(diào)平，并通過(guò)電羅經(jīng)、UBSL定位信標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)精確校準(zhǔn)艏向。然后通過(guò)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(duì)應(yīng)的2個(gè)導(dǎo)向孔導(dǎo)入吸力樁上較高的2個(gè)導(dǎo)向柱，導(dǎo)入后，第3個(gè)導(dǎo)向孔自然與最矮的第3個(gè)導(dǎo)向柱對(duì)齊。上部結(jié)構(gòu)安裝到位后，3個(gè)導(dǎo)向柱分別上好保險(xiǎn)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(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目水下管匯PLEM順利安裝完成，原計(jì)劃需要3天時(shí)間的水下安裝工作僅用了12個(gè)小時(shí)就已完成。

采用吸力樁的形式安裝管匯基盤(pán)PLET和PLEM是國(guó)內(nèi)首次嘗試。吸力樁式管匯基盤(pán)與傳統(tǒng)的板樁基盤(pán)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(pán)安裝時(shí)可對(duì)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(pán)更加堅(jiān)固。

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