百米水深新型液压调节阀组安装技术

崔 宁，曹晨磊，高 超，黄秀龙

(深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067)

百米水深新型液压调节阀组安装技术

崔 宁，曹晨磊，高 超，黄秀龙

(深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067)

近年来，水下阀组作为油田开发中一种重要的海底装置被广泛研究和应用，同时现有水下阀组由于老化、外力破坏等原因需要更换的事件也不断发生。崖城13-1气田项目新阀组安装时，为了减少水下法兰连接数量，采用了一种新型液压调节阀组直接与海管组对。结合该项目实际应用，对百米水深新型液压调节阀组安装技术进行介绍，为日后海洋工程水下新型阀组安装提供参考。

海洋工程；百米水深；液压调节阀组；安装技术

0 引 言

水下阀组作为一种重要的海底装置，其主要功能是对海底油气管线进行汇集与控制。一般的水下阀组由管路、阀门、连接装置、控制器、结构框架和底座几个部分组成[1]。

崖城13-1气田香港管线直径28英寸(1英寸≈2.54 cm)，海管路由平均水深90 m。崖城13-1气田项目水下2个现有阀组已服役近20年。2013年调查发现，由于渔网拖曳导致海管悬空，2个阀组也被损坏需要更换。根据要求，为了减少水下法兰连接数量，提高管线可靠性，项目采用了新型液压调节阀组。安装时，将阀组直接与海管组对，省去中间连接段膨胀弯短节。2016年4月，2个新型液压调节阀组安装作业成功完成，作业水深85 m。本文将结合该项目中成功的应用实践，与传统的水下阀组安装过程进行比较，对新型阀组安装方法加以介绍。

1 传统的水下阀组安装

水下阀组安装由潜水作业支持船(DSV)作为主作业船，水下安装作业由饱和潜水员完成[2]。传统的水下阀组安装方法为：(1)DSV就位，潜水员水下预调查；(2)DSV吊机下放阀组至连接点位置附近，潜水员辅助就位于海床；(3)潜水员使用法兰测量仪完成膨胀弯测量(包括法兰间相对水平角度、相对竖直角度及法兰端面距离等数据)；(4)根据测量数据，陆地进行膨胀弯预制、防腐及检验；(5)运输驳船将膨胀弯运至海上作业位置；(6)膨胀弯完整性检查；(7)DSV吊机起吊膨胀弯并下放入水，潜水员通过法兰捕捉器、水下配重、倒链调整并完成膨胀弯就位；(8)最后进行螺栓安装[3]、紧固，并完成试压，至此阀组安装完成。

2 新型液压阀组安装

较深水水下液压调节阀组的工作的大体施工流程如下：(1)潜水员到达作业区域；(2)新阀组安装位置调查；(3)安装位置基坑处理；(4)新阀组吊装、就位；(5)新阀组保护罩安装；(6)法兰螺栓紧固及自试压；(7)液压调节完成法兰组对。

与传统的采用膨胀弯连接方式不同，崖城13-1气田项目出于减少水下调整管段及法兰的初衷，在海管法兰连接点已存在的情况下，创新地在水下阀组上采用三维液压可调设计，从而实现了阀组与海管的直接连接。阀组根据标记线及导向框架初步就位后，通过阀组内部液压调节功能，进行微调完成法兰水下组对。新阀组液压调节系统的创新性设计，在提高就位精度的同时，减少了法兰数量，节省了中间段膨胀弯等水下工作量，提高了海管可靠性和海上作业效率。表1对比了传统阀组与新型阀组的施工流程。

表1 施工流程对比

2.1 新型液压阀组

如图1所示，新型液压调节阀组在传统阀组的基础上，对结构和功能做了改进和提升。新型液压阀组由基座、可调结构和液压系统组成。基座作为整个阀组的支撑结构，直接就位在海床上。阀组共有三层可调结构，分别可以在轴向(X)、横向(Y)、纵向(Z)三向进行调节。阀组液压调节系统为可调结构提供动力，该系统由液压缸、液压管线、管线接入面板组成。阀组在入水前液压缸、管线及管线接入面板均已连接完成，通过脐带缆连接到甲板上的液压站和控制台，由水面控制实现水下新阀组的X、Y、Z三向调节(X向：±250 mm；Y向：±250 mm；Z向：±400 mm) 。

图1 新阀组结构Fig.1 New manifold structure

新阀组内部预装有封堵器(IPP，见图2)、脐带缆密封装置(USV，见图3)、脐带缆及其导缆架等。该成套管内预装封堵系统设备，主要是为了防止新阀组在下放安装过程中太多的海水进入海管和阀组。

图2 IPP预装Fig.2 IPP pre-installation

图3 脐带缆密封装置Fig.3 USV

2.2 基坑处理

由于阀组自身高度，若直接将其就位在海床上，阀组法兰会与海管法兰口存在高度差，无法直接组对。根据新阀组设计参数，为保证阀组与海管顺利对接，需要预处理安装基坑(约16 m × 10 m区域)，阀组橇基坑深度应控制在1 300～1 700 mm之间，整体高差不超过150 mm。

新阀组基坑处理先后使用了T8000、潜水员用吸泥泵等设备。T8000对基坑预处理后，根据新海管铺设管头法兰位置确定的新阀组基坑，潜水员对基坑深度未满足要求的区域进行吸泥作业。完成吸泥后，对原预吹坑深度超出要求的区域，采用水泥压块和沙包进行填坑和平坑工作。为保证基坑平整度，处理过程中潜水员使用打桩拉线的方法对新阀组基坑进行深度和平整度测量。基坑处理完后使用特制的平整度测量框架对基坑进行水平度的测量工作，并由水下机器人(ROV)携带多波束设备对基坑平整度进行最终扫测确认。扫测结果如图4所示。

图4 多波束扫测结果Fig.4 Multibeam survey

2.3 吊装就位

本项目把握新阀组与海管连接的特点，在新阀组上设置八字型导向框架，能在不损伤海管的情况下，顺利卡入并与海管精确组对。新阀组与八字形导向框架总重88 t，由运输驳船运至作业位置，靠泊饱和潜水支持船，进行下放前检查及准备工作(见图5)，主要包括：(1)新阀组结构及液压系统检查、调试；(2)IPP状态确认；(3)在新阀组上设置可拆卸对接引导支架(Docking,避免渔网拖刮风险)；(4)安装法兰防碰垫、测平牛眼；(5)标记、荧光棒、信标、尾绳布置；(6)挂钩新阀组下放索具[4]。

图5 阀组下放前Fig.5 Manifold before deploying

准备工作完成后，DSV吊机起吊新阀组下放至水下30 m位置待命，ROV #1监控整个下放过程。用于对接引导的ROV #2就位，连入结构上预设的对接引导支架(Docking)，与结构物“连成一体”，控制新阀组的姿态。继续下放新阀组至基坑位置上方3 m位置，ROV #2调整阀组姿态，ROV #1观察阀组八字形导向框架与海管之间的位置，移船配合将阀组八字形导向框架卡入海管。微调船位，将阀组在水平方向慢慢靠近海管法兰，直到阀组法兰面防碰垫与海管法兰面防碰垫贴上。吊机继续下放阀组至海床，ROV #1持续监控两个法兰面的位置状态。确认阀组就位完成后，潜水员拆除两块法兰防碰垫及八字形导向框架。

2.4 液压调节

新阀组在海床上就位后，需通过液压调节完成两法兰精确组对。甲板上按液压系统图(见图6)连接液压管线并下放脐带缆(见图7)，潜水员按脐带缆分支编号对接快速接头。按照液压原理图连接各路油管并检查确定是否正确。潜水员在水下测量并最终确认阀组三维方向需要移动的距离。启动液压源，根据潜水员反馈，液压操作人员进行液压控制(见图8)，通过在X、Y、Z三向调节完成法兰精确组对。法兰组对完成后，关闭液压源，拆除并回收液压脐带缆。

2.5 法兰螺栓紧固及自试压

潜水员调整阀组球法兰及海管旋转法兰方向，吊机协助安装螺栓及钢圈，并按照拉伸程序完成法兰螺栓紧固。由于海管总长778 km，整体试压难以实现，为确保法兰连接点的密封性，本次采用了法兰自试压(见图9)钢圈。由潜水员使用水下手摇泵进行试压，设备连接简单，通常测试保压时间仅需15 min，与传统方式海管整体打压试漏相比节省施工时间。

图6 液压系统图Fig.6 Hydraulic system

图7 液压脐带缆Fig.7 Hydraulic umbilical

图8 液压控制台Fig.8 Hydraulic control panel

图9 法兰自试压Fig.9 Flange self pressure test

2.6 IPP系统设备拆除

新阀组安装完成后，需排出IPP与海管段之间的水，并将IPP系统设备撤出水下阀组并回收至甲板。水下连接150 m脐带缆至IPP系统设备16 m脐带缆上。打开注气阀门，潜水员打开水下脐带缆连接处的G1/4高压球阀观察，当球阀内排出大量气体断定管内海水基本排净，潜水员关闭排水阀门，停止注气。确认IPP与海管段水全部排出后，水面操作人员启动手动液压泵，反向增压，解锁IPP。DSV吊机牵拉预装在脐带缆末端约100 m位置处的网套，牵拉力约 2 t，当IPP通过球阀时，吊机停止牵拉，潜水员关闭球阀。继续牵拉IPP至法兰口位置，拆除脐带缆密封装置，回收IPP及脐带缆密封装置至甲板。

2.7 阀组保护罩安装

保护罩桩腿通过导向柱与阀组连接。与阀组下放过程相同，ROV #1监控就位情况，ROV #2连接可拆卸对接引导支架调整保护罩方位，将保护罩桩腿套入导向柱，吊机继续下放保护罩，使之完全就位于阀组上[5]。至此，新阀组(见图10)安装工作整体完成。

图10 新阀组整体安装图Fig.10 New manifold installation

3 新型液压调节阀组安装方法工程应用分析

传统的阀组安装方法是由DSV吊机将阀组下放至海床预定位置后，潜水员使用法兰测量仪测出阀组与海管中间段膨胀弯短节尺寸数据。根据测量结果完成膨胀弯预制，并最终进行海上对接、调节、安装、试压等工作。

与传统阀组安装方法相比，本次使用的新型液压调节阀组安装少了中间连接段膨胀弯，节省膨胀弯测量、预制及运输的时间。同时减少了水下法兰连接数量，不仅节省了时间，也提高了水下海管的可靠性。使用IPP和USV对阀组进行预封堵，避免海水进入阀组导致后期排水不充分，对内部阀门造成腐蚀。阀组水下组对时，以八字导向结构和ROV 对接引导方式取代了以往的配重、倒链牵拉方式，保证了就位精确度的同时，也使得水下施工更加的轻松、快速。

崖城13-1气田项目使用新型液压调节安装方法，成功完成2个新阀组的安装工作。该方法的使用保证了海上施工快速、高效地完成，为项目节省了海上施工时间。

4 结 语

本文以崖城13-1气田项目的施工为基础，介绍了新型液压调节阀组安装方法。此次新型液压阀组在百米水深安装的成功应用实践，为今后较深水油气田开发提供了新思路。随着我国海洋油气产业的快速发展，新型液压调节阀组安装方法也将取得更加广泛的应用。

[1] 张瑾,谢毅.深水水下管汇安装方法研究与进展[J].海洋工程，2011(1)：143.

[2] 高原,桂津,杜永军，等. 300米水深PLET安装技术研究[J].中国造船，2012(S2)：65.

[3] 杨天笑,陈捷俊,陈池,等.番禺油田海底水下基盘更换方案设计与安装实践[J].中国海上油气，2014(4)：106.

[4] 惠丹,古和亮,廖正盛,等.文昌水下基盘安装工艺[J].中国集体经济,2011(1)：77.

[5] 张飞,黄晓华,尹汉军,等.一种考虑渔网拖挂防护的水下在线结构物设计[J].中国海上油气，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

崔宁(1986—)，男，工程师，主要从事水下生产设施完整性管理方面的研究。

TP211+.31

A

2095-7297(2016)05-0305-05