ROV在海上吸力樁安裝場景的應用及安裝精度和風險控制

邱可(深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

本文以FPSO錨鏈固定、管匯安裝基座固定、動態(tài)電纜或軟纜位置固定等場景為背景，詳細介紹了ROV(搖控無人潛水器)在吸力樁一般安裝程序中的應用，闡述如何進行精度控制和安全風險控制，為以后的工程實踐提供參考依據(jù)和作業(yè)指導。

1 吸力樁的應用場景介紹

海油工程中常采用的吸力樁是利用樁筒的內壓和外部氣壓或水壓的壓力差將樁筒貫入海底的一種固定樁。安裝吸力樁時，首先在自重作用下，根據(jù)海底的地層泥質情況，可以自由下沉一定深度，然后在ROV的介入下，利用吸力泵從樁筒內向樁筒外抽水，在封閉的樁筒內形成負壓，繼而產生了向下的推力，在樁筒向下的過程中，海底的泥土自然壓入樁筒，進而完成吸力樁安裝作業(yè)[1]。在回收吸力樁時，吸力泵反向工作，向樁筒內注水，使樁筒內壓力大于樁筒外的壓力，利用正壓將樁筒內的泥土頂出，進而實現(xiàn)吸力樁的回收。

1.1 FPSO錨鏈海底固定

位于香港東南方向南海海域HYSY119 FPSO采用9條錨鏈固定，錨鏈的末端采用吸力樁固定方式。

1.2 動態(tài)電纜或軟纜位置固定

在流花21-2臍帶纜安裝方案中，垂直方向的限位方式采用了吸力樁錨定的固定方式。

1.3 管匯安裝基座固定

南海海域流花16-2管匯基座采用吸力樁固定方式。吸力樁安裝精度要求艏向±2°、pitch±2°、roll±2°。

管匯吸力樁如圖1所示。

圖1 管匯吸力樁

2 ROV介入下的吸力樁一般安裝程序

2.1 吸力樁的一般安裝程序

文章僅介紹即吸力泵安裝、吸力樁入水就位以及水下安裝作業(yè)流程，不包括船舶、吸力樁、吸力泵、ROV等前期準備作業(yè)內容。

2.1.1 將吸力泵安裝至吸力樁頂部

連接甲板測試動力單元至吸力泵本體，打開吸力泵固定插銷和排水閥；吸力泵上系尾繩；主吊機起吊吸力泵；吸力泵調試人員乘坐工作吊籃通過輔吊機在空中觀察吸力泵位置，引導主吊機將吸力泵導向緩慢插入吸力樁頂部法蘭和吊耳板；吸力泵調試人員將Hot-stab插入吸力泵，啟動甲板動力單元將固定鎖銷插入固定耳眼，完成吸力泵與吸力樁連接；吸力泵調試人員確認連接到位和密封合格之后，拔出Hot-stab放入吊籃回收至甲板；甲板人員協(xié)助吸力泵索具解脫，吸力泵安裝完成。

2.1.2 解除待安裝吸力樁甲板焊接固定

焊接人員切除固定吸力樁的全部海固；吸力樁開始起吊入水；如果吸力樁起吊過程中發(fā)現(xiàn)天氣條件不滿足吊裝要求，應立即停止吊裝作業(yè)，吸力樁返回原位，及時進行海固焊接(臨時固定可以只進行一半固定)。

2.1.3 吸力樁起吊入水至水深50 m，水下檢查吸力樁狀態(tài)

當開始起吊吸力樁時，作業(yè)船需調整壓載保證船體穩(wěn)定性；吸力樁穿越飛濺區(qū)的過程中吊機的下放速度不超過0.1 m/s，防止速度過快引起較大的晃動；在吸力樁入水下沉過程中，由于樁筒內氣體會慢慢排除，排除過程會引起一定程度的晃動，期間吊機手應注意其吊裝荷載變化，及時調整下放速度；在吸力樁入水50 m水深時，ROV水下檢查吸力樁吊裝索具、吸力泵鎖銷和閥門狀態(tài)、吸力樁初始傾斜度等。

2.1.4 ROV引導吸力樁初就位

吸力樁初就位過程中，一臺ROV調整吸力樁的艏向，另一臺ROV海床附近觀察吸力樁灌入深度刻度值。吊機下放吸力樁至距海底30 m水深，速度不超過0.35 m/s；調整船位將吸力樁移至安裝目標區(qū)上方；吊機開啟升降補償；吊機下放吸力樁至距海底3 m處；ROV1#抓住吸力樁上的把手調整樁的艏向，ROV2#通過攝像頭觀察牛眼監(jiān)控吸力樁樁實時傾斜度數(shù)據(jù)；通過調整船位使吸力樁安裝到設計位置[2]。距離海底3 m時確認以下幾個數(shù)據(jù)是否滿足要求：樁中心位置(通過LBL信標)、樁的傾斜度(通過牛眼)、吊機載荷(吊機讀數(shù))。

2.1.5 ROV操作吸力泵并監(jiān)控吸力樁貫入過程

ROV插入Hot-stab啟動吸力泵排水，將吸力樁貫入海床，實時監(jiān)控樁內負壓值，據(jù)此數(shù)據(jù)來調節(jié)吸力泵的功率。ROV1#進行吸力泵啟動操作并實時監(jiān)控吸力泵表盤數(shù)據(jù)；ROV2#在海床實時監(jiān)控吸力樁貫入刻度數(shù)據(jù)；吊機切換至恒張力模式，保持設計張力；啟動離心泵開始抽水，使吸力樁開始下沉；當離心泵壓力不足以繼續(xù)貫入時，切換至凸輪泵。

2.1.6 吸力樁貫入至設計深度，回收吸力泵

ROV1#操作吸力泵停止排水；ROV2#確認吸力樁艏向、傾斜度，貫入深度均滿足要求；ROV1#打開吸力泵鎖銷；ROV1#斷開Hot-stab與吸力泵的連接；ROV2#解開吸力樁的索具，主吊機回收吸力樁吊裝索具至甲板；甲板人員將吸力泵的索具連接至主吊機，并下放至吸力吸力泵安裝位置，ROV操作完成吸力泵與索具的連接；吊機回收吸力泵距海底20 m, ROV1#重新插入Hot-stab啟動吸力泵吸水，進行吸力泵清潔工作。

3 吸力樁的安裝精度控制

在海油工程應用中的吸力樁安裝精度要求往往比較高，它會直接影響所連接的主體結構的安裝精度，因此在具體施工過程中的精度控制極為重要。

3.1 位置精度控制方式

在海油工程中，常用的水下定位方式分為兩種LBL(長基線)和USBL(超短基線)兩種定位方式。因LBL具有高精度的特性常應用于水下結構物的精確就位和安裝。吸力樁可以說是結構物的地基建筑，它的精度將直接影響上層結構物的精度，因此在進行吸力樁安裝就位時，通常采用LBL定位方式。首先通過ROV攜帶SVP進行下水數(shù)據(jù)采集，然后ROV攜帶COMPATT進行LBL矩陣布置，定位人員再整合OCTANS、DVL、BEACON的數(shù)據(jù)進行校準，得出精確的位置數(shù)據(jù)。

3.2 吸力樁下放著泥與自沉精度控制

當吸力樁移至設計位置時，吊機緩慢下放使吸力樁自沉入泥約1 m的深度，ROV再次確認艏向、傾斜度、位置是否均在安裝誤差范圍內；吸力樁入泥自沉過程中，為防止因土質松軟導致吸力樁自沉過快而導致傾斜度偏差過大，需用吊機一直保持拉力，期間吊機載荷緩慢以1～3 t的數(shù)值遞減完成自沉；吸力樁自沉過程中，監(jiān)控并記錄吊機載荷變化和安裝數(shù)據(jù)(自沉深度、傾斜度、艏向、位置等)，當艏向或樁水平度超出誤差范圍時，可通過調整船位和控制吊機來進行調整；當傾斜度控制在1°以內，自沉降深度基本符合設計要求時，可認為完成自沉降。

3.3 貫入過程精度控制

貫入過程ROV全程監(jiān)控吸力泵面板上數(shù)據(jù)和牛眼度數(shù)，定位人員通過吸力樁上的羅經實時監(jiān)控并記錄吸力樁的艏向、水平度；吸力泵工作人員根據(jù)貫入壓差曲線來調整吸力泵的壓力和流量。流花16-2和流花20-2吸力泵差壓曲線圖如圖2所示。

圖2 吸力泵差壓曲線圖

4 吸力樁的安裝過程風險與應對措施

4.1 安裝位置偏移過大風險

吸力樁安裝位置偏移過大時，需要回收出泥并重新就位。ROV啟動吸力泵進行反向注水，并實時觀察壓力變化；吊機緩慢加載至吸力樁水下重量；吸力泵繼續(xù)反向注水，緩慢增加吊機載荷至樁發(fā)生移動，記錄此時泵的壓力為Breakout over pressure；當樁移動時，將吸力泵的吸力降至Retrieval over pressure(LE)的建議值，如果樁可以移動，則保持此壓力不變，完成吸力樁的回收，如果不行，則慢慢增大至Retrieval over pressure(HE)的建議值，進行吸力樁的回收；吊機配合吸力泵將樁從泥中拔出，回收至離海底10 m高；ROV檢查吸力樁的狀態(tài)；按設計要求樁重新至安裝位置[3]。

4.2 吸力樁貫入過程中天氣惡化風險

吸力樁安裝作業(yè)前確定一個適合安裝的天氣窗口期，保證在此時間段內完成安裝作業(yè)；惡劣天氣來臨之前應盡快完成吸力樁貫入，回收吸力泵；若受天氣狀況影響，來不及完全貫入，則停止貫入作業(yè)，ROV解脫吸力樁索具，打開吸力泵鎖銷，ROV水下連接吸力泵回收索具，協(xié)助吊機回收吸力泵至甲板；如果ROV水下解除吸力樁索具失敗，則可通過ROV攜帶的軟繩刀將4條軟吊帶剪斷，從而完成索具的回收；若吸力泵鎖銷不能液壓驅動脫開，則需要ROV使用機械方式脫開，然后回收吸力泵至甲板。待天氣窗口合適之后，ROV重新在水下安裝吸力泵，繼續(xù)貫入作業(yè)。

4.3 吸力泵故障/失效

一般情況下，吸力泵內有離心泵和凸輪泵兩種類型的泵，一臺泵功能失效或故障時，可使用另一臺泵繼續(xù)進行貫入操作；若兩臺泵均不能完成貫入作業(yè)，則需要ROV去協(xié)助回收吸力泵至甲板進行維修，維修并測試合格后，重新下放安裝到吸力樁頂部，繼續(xù)貫入操作；若吸力泵的排水閥故障導致不能開始貫入操作，則需要回收至甲板進行相應的維修，待維修調試完成之后再行下水進行相關操作。

5 結語

吸力樁具有穩(wěn)定性、可回收性、使用期限久等特點，在海油工程中的應用較為廣泛，解決了水下結構物的固定問題。隨著海洋工程的不斷發(fā)展，吸力樁的應用場景將會越來越多元化，本文僅從管匯吸力樁安裝角度出發(fā)，深入闡述ROV介入下的吸力樁安裝程序、安裝精度控制以及安裝風險控制，幫助相關從業(yè)者了解吸力樁的安裝特點，為以后的工程項目提供可靠的參考依據(jù)。