深水吸力樁施工技術研究

毛志豪，胡紹峰，李龍祥，賴禺，王迪祥

（1. 中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東 深圳518000；2. 深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳518000）

0 引 言

南海地區(qū)海洋油氣儲備豐富，但由于其水深較深、水下環(huán)境較為復雜，現(xiàn)階段對于其開發(fā)利用處于起步階段，但未來具有較大的潛力。作為一種深水基礎結構形式，吸力樁具有定位準確、回收簡單、可以重復利用、對重型安裝設備沒有過多依賴、可以承受較大的橫向力和轉矩、安裝時間短等優(yōu)點[1-2]，因而得到越來越多的應用。例如較為常見的系泊系統(tǒng)基礎、重型結構物基礎等均可采用吸力樁的基礎形式，本文基于南海流花項目吸力樁安裝項目，重點介紹深水吸力樁安裝過程及其貫入分析。

1 吸力樁結構及安裝

1.1 典型吸力樁結構形式

吸力樁作為一種新型海洋樁基礎，其在深水及超深水中應用較為廣泛。典型的吸力樁單樁結構形式為大型圓柱薄壁鋼制結構，圓筒兩端一端開口、一端密閉（密閉端會設計吸力泵接口及排水閥，以便吸力樁在入水過程中保證良好的排氣及排水性能），同時根據(jù)吸力樁的使用功能，在吸力樁封閉端或筒壁設計一些結構形式用于滿足其使用要求[3]。

1.2 吸力樁安裝原理

當吸力樁吊裝入水并下放至預定水深后，其開口端先行入泥，在入泥初始階段，依靠吸力樁的自重開始進行貫入，當吸力樁入泥一定深度后，依靠其自重無法繼續(xù)貫入，此時整個吸力樁圓筒內部形成密閉空間，此時圓筒內外壓力保持平衡狀態(tài)，為保證吸力樁貫入到設計深度，通過連接吸力泵至吸力樁密閉端的接口，啟動吸力泵抽水使吸力樁圓桶形成內外壓差，從而促進吸力樁的貫入，當貫入深度滿足設計要求后，關閉回收吸力泵，吸力樁安裝完成[4]。

2 深水吸力樁施工技術

2.1 流花吸力樁安裝項目概況

流花項目作業(yè)區(qū)域水深在390～420 m，其中單點錨系是我國海域水深較深、懸掛較多的單點系泊系統(tǒng)，且系泊荷載較大。考慮各種型式錨樁承載能力特點，大抓力錨不能承受上拔力，在大水深的工況下系泊半徑會較大，整個錨系的造價將增加很多，地質條件同樣適用的情形下，最終在在吸力樁和錨樁兩種樁型中選用更適應流花作業(yè)區(qū)域的吸力樁。其中用于FPSO 連接錨固的吸力樁共計9根（單點系泊布置如圖1 所示），分為3 簇，每簇間隔120° ，其中：每簇包含3 個吸力樁，每個吸力樁之間的間隔為5°，系泊半徑為1250 m。

圖1 吸力樁安裝布置圖

2.2 吸力樁結構參數(shù)

作為FPSO 連接錨固用的吸力樁，需通過在吸力樁圓筒外壁上設計了一個鑄造吊耳，用于連接錨鏈，故其設計階段主要考慮安裝完成后的吸力樁具備良好的抗拔性能及側向承載力，相較而言，吸力樁端側封閉段并未存在太多的使用功能要求。

本次安裝的吸力樁質量為120 t 左右，圓筒直徑為5.5 m，樁長為15.9 m，其中用于錨鏈回接的大吊耳位置距樁頂10.4 m。

2.3 吸力樁主要安裝設備

1）施工船舶。本次吸力樁運輸及安裝的作業(yè)船舶為DPⅢ型多功能工程船“海洋石油”286，船舶帶有2 臺吊機，其中主吊吊重為400 t，滿足吸力樁的安裝要求，同時船舶配備兩臺工作級ROV 協(xié)助吸力樁水下安裝，其中，一臺ROV 主要負責監(jiān)控吸力樁貫入過程，另一臺ROV負責操作吸力泵。

2）吸力泵。吸力泵作為吸力樁安裝的主要施工設備，既要滿足吸力樁貫入過程中的吸力要求，也需考慮吸力泵的流量是否匹配吸力樁的安裝速率，如果流量過小，吸力泵的抽水速度比較慢，會影響吸力樁的貫入速度。

本次吸力樁安裝選用的吸力泵為SPT 公司設計的吸力泵，該吸力泵內部包含2 個不同類型的單泵，分別滿足不同工況下的吸力樁的安裝要求，最大工作水深可以達到3000 m，同時泵頂部配備了一個300 t 的寬體卸扣用于吸力泵和吸力樁的起吊，節(jié)省了吸力樁安裝吊裝吊耳的設計，優(yōu)化了吊裝流程，減輕吊裝風險。吸力泵需要在甲板上提前安裝至吸力樁頂部，水下通過ROV 提供動力操作吸力泵進行吸力樁的貫入。

3）定位設備。吸力樁作為一種水下較高精度的結構物，尤其對于深水安裝，如果誤差超出安裝要求范圍，吸力樁回收及再就位將會耽誤很長的時間，故需要提供一套可靠的定位設備用于吸力樁安裝過程調節(jié)控制。

吸力樁安裝的定位設備主要依靠水下羅經(jīng)進行安裝位置誤差及艏向的控制，同時在吸力樁入泥及安裝過程中ROV 始終關注吸力樁（泵）上的水平傾度指示儀讀數(shù)控制吸力樁的傾斜度，從而在全安裝過程中控制吸力樁的安裝誤差。

2.4 吸力樁施工流程

1）吸力泵安裝。吸力樁安裝船舶抵達安裝作業(yè)海域后，首先需要將吸力泵安裝至吸力樁頂部法蘭上，保證其具備良好的密封性能。通過船舶主吊將吸力泵吊至樁頂?shù)慕涌诜ㄌm上側，輔吊吊起載有人員的吊籃至樁頂法蘭外一段距離進行觀察（此過程需保證兩個吊機不出現(xiàn)干涉），吸力泵通過甲板的動力單元保證其與法蘭的連接鎖銷可以正常開關，當載人吊籃內的人員確認（只需觀察，不必離開吊籃）吸力泵下部接口與樁頂接口法蘭對接完成且艏向符合要求后，通知甲板人員關閉吸力泵鎖銷，完成吸力泵在吸力樁頂部的安裝。

2）吸力樁起吊入水下放。當吸力泵安裝完成后，需要進行吸力樁的起吊入水。由于吸力泵頂部的300 t 寬體卸扣可以作為吸力樁的吊點，當吸力泵安裝完成后，其吊裝索具無需解鉤，可繼續(xù)作為吸力樁吊裝的索具使用。

吸力樁起吊之前，需要對其海固進行切除。吸力樁起吊入水前需提前確認安裝作業(yè)的海域是否滿足要求。同時為保證吸力樁入水狀態(tài)良好，通常而言，吊機入水速度要比較慢，下放至水下80～150 m 時，ROV 水下確認吸力樁（包括樁側錨鏈）、吸力泵及吊裝索具狀態(tài)良好，繼續(xù)下放吸力樁至離海底30 m 處再次檢查上述的幾項參數(shù)，確認一切正常后，準備開始吸力樁的貫入。

3）吸力樁貫入。當下放至離海底30 m 時檢查不存在問題之后，通過移船使吸力樁大概移至安裝位置上方，繼續(xù)下放吸力樁，ROV 在此段下放過程中始終觀察吸力樁的下放過程，確保吸力樁狀態(tài)滿足要求，當至海底1 m 處時，ROV 通過轉動吸力樁調整吸力樁的艏向，保證吸力樁側的鑄造吊耳的方向指向FPSO 中心位置，同時通過定位設備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)確認吸力樁安裝的傾斜度及安裝位置都滿足要求后，繼續(xù)下放吸力樁并開始吸力樁的自沉貫入，自沉貫入過程中，ROV 需要一直監(jiān)測吸力樁樁側的標度，同時關注吸力樁的安裝誤差參數(shù)是否滿足要求。如果出現(xiàn)問題，須在自沉初期進行調整，如果入泥過深，其調整的空間較小，調整難度較大。

當吸力樁自沉完成之后，需要啟動吸力泵開始抽水來使吸力樁繼續(xù)貫入，由于海底土層的分布不均勻，隨著貫入深度的增加，其需要的吸力越來越大，若離心泵無法滿足吸力要求時，可以將SPT 吸力泵的吸力工作模式調節(jié)為凸輪泵抽水，從而滿足貫入要求。當吸力樁貫入完成之后，ROV 對安裝完成的吸力樁進行后調查，后調查項目包括貫入深度、安裝位置誤差、安裝艏向要求、安裝傾斜度要求，當都沒有問題后，ROV 解開連接于吸力泵的吊裝索具，并回收吸力泵至甲板，從而完成吸力樁的安裝。

3 結 語

吸力樁作為海洋工程深水樁基的重要安裝結構，具有很廣闊的未來發(fā)展空間。通過流花項目吸力樁海上安裝，總結一套適用于深水吸力樁安裝的施工技術，包括設備及施工流程操作，對未來走向更深水深的吸力樁安裝提供良好的經(jīng)驗基礎。