百米水深新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝技術(shù)

崔 寧，曹晨磊，高 超，黃秀龍

(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

百米水深新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝技術(shù)

崔 寧，曹晨磊，高 超，黃秀龍

(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

近年來，水下閥組作為油田開發(fā)中一種重要的海底裝置被廣泛研究和應(yīng)用，同時現(xiàn)有水下閥組由于老化、外力破壞等原因需要更換的事件也不斷發(fā)生。崖城13-1氣田項目新閥組安裝時，為了減少水下法蘭連接數(shù)量，采用了一種新型液壓調(diào)節(jié)閥組直接與海管組對。結(jié)合該項目實際應(yīng)用，對百米水深新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝技術(shù)進(jìn)行介紹，為日后海洋工程水下新型閥組安裝提供參考。

海洋工程；百米水深；液壓調(diào)節(jié)閥組；安裝技術(shù)

0 引 言

水下閥組作為一種重要的海底裝置，其主要功能是對海底油氣管線進(jìn)行匯集與控制。一般的水下閥組由管路、閥門、連接裝置、控制器、結(jié)構(gòu)框架和底座幾個部分組成[1]。

崖城13-1氣田香港管線直徑28英寸(1英寸≈2.54 cm)，海管路由平均水深90 m。崖城13-1氣田項目水下2個現(xiàn)有閥組已服役近20年。2013年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于漁網(wǎng)拖曳導(dǎo)致海管懸空，2個閥組也被損壞需要更換。根據(jù)要求，為了減少水下法蘭連接數(shù)量，提高管線可靠性，項目采用了新型液壓調(diào)節(jié)閥組。安裝時，將閥組直接與海管組對，省去中間連接段膨脹彎短節(jié)。2016年4月，2個新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝作業(yè)成功完成，作業(yè)水深85 m。本文將結(jié)合該項目中成功的應(yīng)用實踐，與傳統(tǒng)的水下閥組安裝過程進(jìn)行比較，對新型閥組安裝方法加以介紹。

1 傳統(tǒng)的水下閥組安裝

水下閥組安裝由潛水作業(yè)支持船(DSV)作為主作業(yè)船，水下安裝作業(yè)由飽和潛水員完成[2]。傳統(tǒng)的水下閥組安裝方法為：(1)DSV就位，潛水員水下預(yù)調(diào)查；(2)DSV吊機下放閥組至連接點位置附近，潛水員輔助就位于海床；(3)潛水員使用法蘭測量儀完成膨脹彎測量(包括法蘭間相對水平角度、相對豎直角度及法蘭端面距離等數(shù)據(jù))；(4)根據(jù)測量數(shù)據(jù)，陸地進(jìn)行膨脹彎預(yù)制、防腐及檢驗；(5)運輸駁船將膨脹彎運至海上作業(yè)位置；(6)膨脹彎完整性檢查；(7)DSV吊機起吊膨脹彎并下放入水，潛水員通過法蘭捕捉器、水下配重、倒鏈調(diào)整并完成膨脹彎就位；(8)最后進(jìn)行螺栓安裝[3]、緊固，并完成試壓，至此閥組安裝完成。

2 新型液壓閥組安裝

較深水水下液壓調(diào)節(jié)閥組的工作的大體施工流程如下：(1)潛水員到達(dá)作業(yè)區(qū)域；(2)新閥組安裝位置調(diào)查；(3)安裝位置基坑處理；(4)新閥組吊裝、就位；(5)新閥組保護(hù)罩安裝；(6)法蘭螺栓緊固及自試壓；(7)液壓調(diào)節(jié)完成法蘭組對。

與傳統(tǒng)的采用膨脹彎連接方式不同，崖城13-1氣田項目出于減少水下調(diào)整管段及法蘭的初衷，在海管法蘭連接點已存在的情況下，創(chuàng)新地在水下閥組上采用三維液壓可調(diào)設(shè)計，從而實現(xiàn)了閥組與海管的直接連接。閥組根據(jù)標(biāo)記線及導(dǎo)向框架初步就位后，通過閥組內(nèi)部液壓調(diào)節(jié)功能，進(jìn)行微調(diào)完成法蘭水下組對。新閥組液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的創(chuàng)新性設(shè)計，在提高就位精度的同時，減少了法蘭數(shù)量，節(jié)省了中間段膨脹彎等水下工作量，提高了海管可靠性和海上作業(yè)效率。表1對比了傳統(tǒng)閥組與新型閥組的施工流程。

表1 施工流程對比

2.1 新型液壓閥組

如圖1所示，新型液壓調(diào)節(jié)閥組在傳統(tǒng)閥組的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)和功能做了改進(jìn)和提升。新型液壓閥組由基座、可調(diào)結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)組成?；鳛檎麄€閥組的支撐結(jié)構(gòu)，直接就位在海床上。閥組共有三層可調(diào)結(jié)構(gòu)，分別可以在軸向(X)、橫向(Y)、縱向(Z)三向進(jìn)行調(diào)節(jié)。閥組液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)為可調(diào)結(jié)構(gòu)提供動力，該系統(tǒng)由液壓缸、液壓管線、管線接入面板組成。閥組在入水前液壓缸、管線及管線接入面板均已連接完成，通過臍帶纜連接到甲板上的液壓站和控制臺，由水面控制實現(xiàn)水下新閥組的X、Y、Z三向調(diào)節(jié)(X向：±250 mm；Y向：±250 mm；Z向：±400 mm) 。

圖1 新閥組結(jié)構(gòu)Fig.1 New manifold structure

新閥組內(nèi)部預(yù)裝有封堵器(IPP，見圖2)、臍帶纜密封裝置(USV，見圖3)、臍帶纜及其導(dǎo)纜架等。該成套管內(nèi)預(yù)裝封堵系統(tǒng)設(shè)備，主要是為了防止新閥組在下放安裝過程中太多的海水進(jìn)入海管和閥組。

圖2 IPP預(yù)裝Fig.2 IPP pre-installation

圖3 臍帶纜密封裝置Fig.3 USV

2.2 基坑處理

由于閥組自身高度，若直接將其就位在海床上，閥組法蘭會與海管法蘭口存在高度差，無法直接組對。根據(jù)新閥組設(shè)計參數(shù)，為保證閥組與海管順利對接，需要預(yù)處理安裝基坑(約16 m × 10 m區(qū)域)，閥組橇基坑深度應(yīng)控制在1 300～1 700 mm之間，整體高差不超過150 mm。

新閥組基坑處理先后使用了T8000、潛水員用吸泥泵等設(shè)備。T8000對基坑預(yù)處理后，根據(jù)新海管鋪設(shè)管頭法蘭位置確定的新閥組基坑，潛水員對基坑深度未滿足要求的區(qū)域進(jìn)行吸泥作業(yè)。完成吸泥后，對原預(yù)吹坑深度超出要求的區(qū)域，采用水泥壓塊和沙包進(jìn)行填坑和平坑工作。為保證基坑平整度，處理過程中潛水員使用打樁拉線的方法對新閥組基坑進(jìn)行深度和平整度測量。基坑處理完后使用特制的平整度測量框架對基坑進(jìn)行水平度的測量工作，并由水下機器人(ROV)攜帶多波束設(shè)備對基坑平整度進(jìn)行最終掃測確認(rèn)。掃測結(jié)果如圖4所示。

圖4 多波束掃測結(jié)果Fig.4 Multibeam survey

2.3 吊裝就位

本項目把握新閥組與海管連接的特點，在新閥組上設(shè)置八字型導(dǎo)向框架，能在不損傷海管的情況下，順利卡入并與海管精確組對。新閥組與八字形導(dǎo)向框架總重88 t，由運輸駁船運至作業(yè)位置，靠泊飽和潛水支持船，進(jìn)行下放前檢查及準(zhǔn)備工作(見圖5)，主要包括：(1)新閥組結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)檢查、調(diào)試；(2)IPP狀態(tài)確認(rèn)；(3)在新閥組上設(shè)置可拆卸對接引導(dǎo)支架(Docking,避免漁網(wǎng)拖刮風(fēng)險)；(4)安裝法蘭防碰墊、測平牛眼；(5)標(biāo)記、熒光棒、信標(biāo)、尾繩布置；(6)掛鉤新閥組下放索具[4]。

圖5 閥組下放前Fig.5 Manifold before deploying

準(zhǔn)備工作完成后，DSV吊機起吊新閥組下放至水下30 m位置待命，ROV #1監(jiān)控整個下放過程。用于對接引導(dǎo)的ROV #2就位，連入結(jié)構(gòu)上預(yù)設(shè)的對接引導(dǎo)支架(Docking)，與結(jié)構(gòu)物“連成一體”，控制新閥組的姿態(tài)。繼續(xù)下放新閥組至基坑位置上方3 m位置，ROV #2調(diào)整閥組姿態(tài)，ROV #1觀察閥組八字形導(dǎo)向框架與海管之間的位置，移船配合將閥組八字形導(dǎo)向框架卡入海管。微調(diào)船位，將閥組在水平方向慢慢靠近海管法蘭，直到閥組法蘭面防碰墊與海管法蘭面防碰墊貼上。吊機繼續(xù)下放閥組至海床，ROV #1持續(xù)監(jiān)控兩個法蘭面的位置狀態(tài)。確認(rèn)閥組就位完成后，潛水員拆除兩塊法蘭防碰墊及八字形導(dǎo)向框架。

2.4 液壓調(diào)節(jié)

新閥組在海床上就位后，需通過液壓調(diào)節(jié)完成兩法蘭精確組對。甲板上按液壓系統(tǒng)圖(見圖6)連接液壓管線并下放臍帶纜(見圖7)，潛水員按臍帶纜分支編號對接快速接頭。按照液壓原理圖連接各路油管并檢查確定是否正確。潛水員在水下測量并最終確認(rèn)閥組三維方向需要移動的距離。啟動液壓源，根據(jù)潛水員反饋，液壓操作人員進(jìn)行液壓控制(見圖8)，通過在X、Y、Z三向調(diào)節(jié)完成法蘭精確組對。法蘭組對完成后，關(guān)閉液壓源，拆除并回收液壓臍帶纜。

2.5 法蘭螺栓緊固及自試壓

潛水員調(diào)整閥組球法蘭及海管旋轉(zhuǎn)法蘭方向，吊機協(xié)助安裝螺栓及鋼圈，并按照拉伸程序完成法蘭螺栓緊固。由于海管總長778 km，整體試壓難以實現(xiàn)，為確保法蘭連接點的密封性，本次采用了法蘭自試壓(見圖9)鋼圈。由潛水員使用水下手搖泵進(jìn)行試壓，設(shè)備連接簡單，通常測試保壓時間僅需15 min，與傳統(tǒng)方式海管整體打壓試漏相比節(jié)省施工時間。

圖6 液壓系統(tǒng)圖Fig.6 Hydraulic system

圖7 液壓臍帶纜Fig.7 Hydraulic umbilical

圖8 液壓控制臺Fig.8 Hydraulic control panel

圖9 法蘭自試壓Fig.9 Flange self pressure test

2.6 IPP系統(tǒng)設(shè)備拆除

新閥組安裝完成后，需排出IPP與海管段之間的水，并將IPP系統(tǒng)設(shè)備撤出水下閥組并回收至甲板。水下連接150 m臍帶纜至IPP系統(tǒng)設(shè)備16 m臍帶纜上。打開注氣閥門，潛水員打開水下臍帶纜連接處的G1/4高壓球閥觀察，當(dāng)球閥內(nèi)排出大量氣體斷定管內(nèi)海水基本排凈，潛水員關(guān)閉排水閥門，停止注氣。確認(rèn)IPP與海管段水全部排出后，水面操作人員啟動手動液壓泵，反向增壓，解鎖IPP。DSV吊機牽拉預(yù)裝在臍帶纜末端約100 m位置處的網(wǎng)套，牽拉力約 2 t，當(dāng)IPP通過球閥時，吊機停止?fàn)坷瑵撍畣T關(guān)閉球閥。繼續(xù)牽拉IPP至法蘭口位置，拆除臍帶纜密封裝置，回收IPP及臍帶纜密封裝置至甲板。

2.7 閥組保護(hù)罩安裝

保護(hù)罩樁腿通過導(dǎo)向柱與閥組連接。與閥組下放過程相同，ROV #1監(jiān)控就位情況，ROV #2連接可拆卸對接引導(dǎo)支架調(diào)整保護(hù)罩方位，將保護(hù)罩樁腿套入導(dǎo)向柱，吊機繼續(xù)下放保護(hù)罩，使之完全就位于閥組上[5]。至此，新閥組(見圖10)安裝工作整體完成。

圖10 新閥組整體安裝圖Fig.10 New manifold installation

3 新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝方法工程應(yīng)用分析

傳統(tǒng)的閥組安裝方法是由DSV吊機將閥組下放至海床預(yù)定位置后，潛水員使用法蘭測量儀測出閥組與海管中間段膨脹彎短節(jié)尺寸數(shù)據(jù)。根據(jù)測量結(jié)果完成膨脹彎預(yù)制，并最終進(jìn)行海上對接、調(diào)節(jié)、安裝、試壓等工作。

與傳統(tǒng)閥組安裝方法相比，本次使用的新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝少了中間連接段膨脹彎，節(jié)省膨脹彎測量、預(yù)制及運輸?shù)臅r間。同時減少了水下法蘭連接數(shù)量，不僅節(jié)省了時間，也提高了水下海管的可靠性。使用IPP和USV對閥組進(jìn)行預(yù)封堵，避免海水進(jìn)入閥組導(dǎo)致后期排水不充分，對內(nèi)部閥門造成腐蝕。閥組水下組對時，以八字導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和ROV 對接引導(dǎo)方式取代了以往的配重、倒鏈牽拉方式，保證了就位精確度的同時，也使得水下施工更加的輕松、快速。

崖城13-1氣田項目使用新型液壓調(diào)節(jié)安裝方法，成功完成2個新閥組的安裝工作。該方法的使用保證了海上施工快速、高效地完成，為項目節(jié)省了海上施工時間。

4 結(jié) 語

本文以崖城13-1氣田項目的施工為基礎(chǔ)，介紹了新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝方法。此次新型液壓閥組在百米水深安裝的成功應(yīng)用實踐，為今后較深水油氣田開發(fā)提供了新思路。隨著我國海洋油氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新型液壓調(diào)節(jié)閥組安裝方法也將取得更加廣泛的應(yīng)用。

[1] 張瑾,謝毅.深水水下管匯安裝方法研究與進(jìn)展[J].海洋工程，2011(1)：143.

[2] 高原,桂津,杜永軍，等. 300米水深PLET安裝技術(shù)研究[J].中國造船，2012(S2)：65.

[3] 楊天笑,陳捷俊,陳池,等.番禺油田海底水下基盤更換方案設(shè)計與安裝實踐[J].中國海上油氣，2014(4)：106.

[4] 惠丹,古和亮,廖正盛,等.文昌水下基盤安裝工藝[J].中國集體經(jīng)濟(jì),2011(1)：77.

[5] 張飛,黃曉華,尹漢軍,等.一種考慮漁網(wǎng)拖掛防護(hù)的水下在線結(jié)構(gòu)物設(shè)計[J].中國海上油氣，2014(3)：7.

InstallationTechnologyofNew-TypeHydraulicAdjustableManifoldwithin100-mWaterDepth

CUI Ning, CAO Chen-lei, GAO Chao, HUANG Xiu-long

(COOECShenzhenSubseaTechnologyCo.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong518067,China)

In recent years, subsea manifold has been widely researched and applied as an important equipment for oilfield development. Also, more and more existing subsea manifolds should be replaced due to aging, external damage and so on. In order to reduce the number of subsea flange connections, a new-type hydraulic adjustable manifold is used to connect with pipeline directly in Yacheng 13-1 gas field project. Using the practical application of the project, the installation technology of the new-type hydraulic adjustable manifold is introduced. This research will also serve as reference in following subsea new-type manifold installation.

ocean engineering; 100-m water depth; hydraulic adjustable manifold; installation technology

2016-09-27

崔寧(1986—)，男，工程師，主要從事水下生產(chǎn)設(shè)施完整性管理方面的研究。

TP211+.31

A

2095-7297(2016)05-0305-05