海底水平连接器应用实例及关键技术

陆予洋，蒋喻栓，李涛，刘京仕(深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067)

0 引言

近年来，我国南海范围内探明并逐渐进行开发的油气田资源储量十分可观。多个国内外公司和组织机构的分析、评估结论都大致相同，均认为南海潜在油气资源储量巨大，且深水区域中所蕴含的油气资源占整个海域总量的70%以上。水下生产系统作为目前深水油气开发过程中的重要一环，其中最关键、基础的一部分工作就是将海底的采油树、生产管汇、管线终端及动力单元等设施连接起来，使之成为一个整体。除了电、液飞线及通讯电缆之外，海底结构物间的各种跨接管线安装连接均离不开水下连接器的使用[1]。通过水下机器人ROV(Remotely Operated Vehicle)协助进行连接器水下操作并提供液压动力等完成管线的连接。目前，已有多家外国公司拥有了成熟的深海管道连接器技术，且产品在各油田建设中广泛运用形成系列化，例如：Cameron，FMC，Oil States等等。UCON-H水平连接器便是其中具有代表性的一款连接器，主要用于采油树及相关水下设施间水平跨接管线的安装使用。

1 UCON-H连接器介绍

1.1 UCON-H连接器本体

UCON-H水平连接器采用卡爪式连接设计，如图1所示，主要由连接母座(Inboard Hub)、终端接头(Outboard Hub)及密封钢圈组成，且产品可覆盖多种尺寸的管线连接。

图1 UCON-H 水平连接器

1.2 UCON-H连接器配套工具

搭配相关专用连接工具，如图2所示，由ROV操作完成水下安装、连接。

图2 UCON-H连接器及相关水下工具

(1)CAT(Connection Actuation Tool) 锁紧驱动模块；

(2)SST(Sealine Stroke Tool)拉伸工具；

(3)TIF(Tool Interface Frame)工具搭载框架；

(4)HCT(Hub Cleaning Tool)清洗工具；

(5)SRT(Seal Replacement Tool)密封圈更换/安装工具；

(6)HIC(Hub Inspection Camera)检查用摄像头；

(7)4 L/6 L Jumper液压跳线；

(8)Guide Post/Lifting Anchor/ROV Grabber Post等辅助工具。

2 应用实例

近期，在南海某深水油气田建设过程中便选用了UCON-H水平连接器来进行采油树与管线终端间跨接管线的安装连接，填补了该类型作业在国内的空白，积累下宝贵的经验。

2.1 SIT陆地完整性测试阶段

开展SIT测试，如图3所示，通过Dummy ROV进行模拟试验，确认水下施工中各步骤ROV空间位置情况，为后续海上作业提前做足功课，以提高安全施工效率。

图3 Dummy ROV测试管线终端处连接器安装空间

2.2 海上安装作业阶段

UCON-H水平连接器根据柔性管线管径的不同其连接器接头结构及所配套使用的水下安装工具有些许不同，但作业流程与原理大致相同。本文以14寸跨接管线安装为例，归纳总结典型的安装流程。具体内容及相关注意事项如下所示。

(1)ROV预调查、导向柱安装：

作业支持船舶抵达现场后，ROV进行预调查，并辅助完成导向柱就位、锁紧。

(2)甲板准备，跨接管线入水下放：

柔性跨接管线由吊机牵引从滚筒释放，由ROV持续监控下放至海底。

(3)跨接管线姿态调整，落座就位：

调整跨接管姿态，使连接器沿导向柱落座切入连接母座。

(4)使用配套工具锁紧连接器：

ROV使用各水下工具进行UCON-H连接器锁紧连接。该过程中主要以CAT及SST工具上的压力表读数作为参考，同时通过摄像头从侧面观察连接器上的标记线等判定是否达到作业程序标准。

(5)进行背压测试，回收水下工具：

ROV携带背压测试工具对连接器接头进行密封测试，确认其接头密封性达标后回收所有水下安装工具。

3 相关经验及关键技术

项目的顺利实施离不开多方人员的倾力配合，提前进行海上施工沙盘模拟及陆地测试，有针对性地预先对难点步骤进行深入探讨并制定相应的解决、应急方案，是使得整体项目作业能有序开展的基础。深水作业时，严苛的环境给水下安装带来了不小的挑战，UCON-H水平连接器安装过程中，每一步都须严格按照施工作业计划执行，仔细检查每一个环节是否达标，以确保最终跨接管线的顺利安装。

施工作业方面，由于跨接管线整体长度较长需要多次在甲板、水下进行吊点位置调整，其所用吊装的锁具组合需根据跨接管线及支持船舶甲板装船布局等情况预先设计并通过模拟校核满足安全标准，同时便于甲板准备期间的负载转换和ROV在水下进行锁具解、挂钩等操作。在安装过程中，通过合理调整支持船舶位置、艏向，让两台搭载不同外接工具的ROV相互协作，实现一次入水完成整套连接器安装全流程操作，能极大程度提升连接器安装效率。针对该类作业的多种工具使用需求，也可对ROV做一定的适应性改进，例如加装水下液控换向阀、合理调整ROV自身浮力等，便于ROV在水下驱动、操作相关工具进行作业。

连接器设计方面，UCON-H连接器的设计是基于水下采油树及相关水下生产设施来进行配套使用的[2]。其中，连接器KX 型金属密封圈材料的屈服极限，卡爪的强度与法兰面锁紧的稳定性等关键因素共同决定了连接器在深水环境下安装及密封的可靠性。以巧妙的机械、液压设计实现卡爪式连接器在水平端连接的应用，呈模块化的工具设计从各方面细节上都是为了便于ROV能在水下操作。并设有指示线与压力表等参照，最大限度辅助、确保连接过程中各步骤达到设计标准。

4 结语

国内深海油气开发起步较晚，虽然近年来在部分领域已取得了突破性进展，但还有许多相关的技术、人才储备依然欠缺。从首次顺利完成跨接管线水平连接安装到真正完全掌握该项技术、设备设计制造仍有很长一段距离。总结归纳目前实际项目中的技术应用与经验，包括连接器的结构原理与海上作业相关经验积累等，为后续海洋工程装备的探索研究及深水油气田开发建设打下一定的基础。