舷侧PLET安装多功能支撑框架的研究与应用

刘凯，樊鹤，牛强，刘月舟，高庆有(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

目前，我国浅水海域的油气产量已逐步接近饱和，油气开采工程逐步与国际接轨迈入深水、超深水领域。深水海底管道中有一种常用的装置叫做管端结构物(pipeline end termination,PLET)。小尺寸的PLET一般可以通过铺管船作业线随海管直接安装，但大尺寸的PLET受限于铺管船作业线的狭窄空间无法在线安装，此时就需要一套PLET舷侧安装系统来安装，某深水铺管船装备了国内首套PLET舷侧安装系统，但是该系统与不同尺寸PLET之间的匹配性问题并未得到很好的解决。文章介绍的多功能支撑框架可极大的拓展该系统适用范围，并间接有助于PLET在设计阶段的优化。

1 管端结构物PLET及舷侧下放系统

1.1 PLET

通常在浅水海域的油气田开发项目中，海底管道铺设完成后，会通过膨胀弯、立管等连接到导管架上部的生产设施中。而在深水油气田中，固定式的导管架已经不再适用，通常会采用水下采油树等纯水下装备，所以海管铺设完成后通常会在管端安装一个结构物，然后通过飞线等管线连接至其他水下设施[1]。

不同的项目，由于管径不同，相应的PLET的尺寸也就不同，小尺寸的PLET可通过作业线直接焊接在管线上随海管入水。而大尺寸的PLET则必须在舷侧安装，即将海管从舷侧回收上来，焊接安装PLET，然后再下放至海底。

1.2 舷侧下放系统

PLET舷侧下放系统简称PLS，即PLET Lowering System，是深水海管管端结构物安装的有效利器，国际上比较先进的海洋工程公司都拥有此项设备。

主要包括：A字架、滑轮系统(导向滑轮、定滑轮等)、液压缸系统、支撑腿、对中系统、悬挂锁紧系统等。

海管回收至舷侧系统，将悬挂法兰放在悬挂卡具中，切割封头并移除，PLS系统放置水平，将PLET放置在PLS系统上，PLS翻转至设计角度，通过液压系统实现PLET与海管对口焊接，PLET脱离PLS，逐步下放至海底设计位置。

1.3 安装过程中的风险点

(1)由于A/R缆轴线与PLS自身挂点间隙过大，PLET与PLS无过渡式匹配，需要PLET尺寸加大，造成运输难度增加，下放过程中海管弯矩过大，屈曲风险增大；

(2)焊接完成后，PLET处于悬挂状态，上挂点需承受绝大部分的力，鉴于PLS原配挂钩的结构形式，在脱钩阶段，可能出现无法脱钩的情况；

(3) PLET上预留的尾管长度与Collar管预留长度在设计阶段就确定完成，但实际施工过程中可能会出现误差，且PLS自身的调节距离有限，可能会造成无法焊接对口的重大事故；

由此，为降低PLET设计过于复杂，提高PLET海上安装效率，降低海上安装的风险，设计了这套深水海底管道管端结构物(PLET)适配装置。

2 多功能框架研究

针对以上安装过程中的风险点，需要设计一个适当的结构件，将不同尺寸的PLET与PLS适当的匹配起来，主要内容如下：

2.1 PLET多功能支撑安装框架解决PLET与PLS配合间隙问题

小管径PLET尺寸较小，而A&R缆绳与PLET悬挂轴线到PLET支撑框架间隙大，约有1.6 m。以流花16-2及流花29-1项目为例，一共有12个PLET，尺寸分别为152.4 mm (6吋)、254.0 mm (10吋)、304.8 mm (12吋)、355.6 mm(14吋)，PLET与PLS间隙最大是880 mm不同PLET尺寸与PLS间距不一样，每种PLET底部为了适应PLS都需要加厚垫板，一则造成PLET重量增加，造成运输难度增加，下放过程中海管弯矩过大，屈曲风险增大；二则增加了PLET的高度，对其稳定性造成影响。

增加新设计的适配装置后，配合不同高度的挂点，可以为各种尺寸的PLET提供稳定可靠的悬挂点，对于小尺寸PLET来说，极大的减轻了重量，降低了PLET本体设计量，减小了运输过程中的困难，同时也减小PLET下放过程中对海管造成的弯矩，对海管安全性有更好的保障。对于大尺寸PLET来讲，可以将此框架移除，也不影响其安装[1]。

2.2 PLET多功能支撑安装框架解决PLET与PLS连接及快速脱扣问题

原挂点采用的液压钩子的形式，在PLET放入挂点后，通过液压翻转，扣住销轴，实现锁死。该种挂点由于结构比较特殊，PELT需要按照此形式进行设计，为整体设计增加了难度及工作量。另一方面，在焊接完成后，PLET处于悬挂状态，上挂点需承受绝大部分的力，鉴于PLS原配挂钩的结构形式，在脱钩阶段，可能出现无法脱钩的情况，构成风险隐患。

在设计安装适配装置后，PLET挂点直接做成简单的圆形支撑腿即可。在进行组对焊接前，需要将PLET水平吊装至PLS上，与PLS进行配合，该适配装置上设计了一对挂点和一对导向点，顶部的上挂点一侧宽度比较大，一侧纵向长度比较大，这样当PLET吊装到PLS可以快速进行配合，随着A字架的提升，PLET与PLS实现稳定可靠的配合并可以防止滑脱。

PLET与海管焊接完毕后，需要进行张力转换，将悬挂卡子上的张力转换至A&R缆上，由于该支撑框架(如图1所示)挂点上部没有约束，因此PLS可通过提升A&R缆快速将PLS上的张力迅速转换至A&R缆，从而实现PLET下放安装。

图1 多功能框架设计图

2.3 多对挂点螺栓孔解决了PLET尺寸或Collar管长度误差原因导致无法对口的风险

在安装设计阶段，通常已对Collar管两端长度及PLET尾管长度确定，而实际生产过程中及终止弃管时难免产生一定的误差，若误差超出了PLS自身的调节范围，那么就可能造成无法焊接的事故，只能重新弃管，作业线回收管线重新切割长度。造成重大的工期及成本损失。

该适配装置设计了多个挂点螺栓孔(如图2所示)，当对口距离不合适时，可以将PLS重新调至水平，调至挂点位置，实现顺利对口焊接，从而避免了重新弃管或切口的风险[2]。

图2 悬挂框架主框架设置多个调节螺栓孔

3 工程应用

南海某项目作业水深392 m至404 m，其中包括4套355.6 mm(14吋)PLET、4套254 mm(10吋)PLET，均为分体YOKE式PLET，即预先将防尘板放置在海底，然后再将PLET放入防尘板中，此种形式对于安装精度要求极高，详细尺寸重量信息如表1所示。

表1 PLET信息表

不同项目的PLET，支腿的长度及圆盘直径不同，根据PLET支撑腿尺寸，制作了相应的上下挂点，圆盘间隙3 mm，防止加工误差。多功能支撑框架在此项目中首次成功应用，解决了PLS与PLET之间的匹配问题，提高了快速脱钩效率，每套PLET节省约2 h，共计节省船队约16 h的成本，验证了该框架的可行性与可靠性，为后续项目施工积累了丰富的经验。

4 结语

目前国内深水油气田开发稳步推进，其中深水海管管端结构物(PLET)是必不可少的水下设施，国内最先进的深水起重铺管船HYSY201船安装了国内首套PLET舷侧安装系统[2]，为此装置专门研发的PLET安装多功能支撑框架成功的解决了PLS系统与PLET之间的匹配问题、下放时快速脱离问题、预留管长度不精准问题，并成功应用于流花16-2、流花29-1及陵水17-2等众多深水PLET安装项目，为同类型的安装项目成功实施积累了经验。