刚性跨接管深水安装技术研究

肖清军，陈俊友

（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，随着深水油气田开发不断深入扩大，水下生产系统设备和深水安装技术的重要性已越发明显。而由于我国深水油气田开发起步较晚，缺乏深水油气田开采和水下设施安装的经验，极大地限制了我国深海油气的开发进程[1-2]。

水下跨接管作为水下设施之间的连接管段，以其优异的柔韧性和安装的便捷成为了深海油气田开发中必不可少的关键设施[3]，在全球水下生产技术中也有着广泛的应用。而在深水工程中，水下工作方式为人机交互模式，需要工程船舶和水下ROV（Remotely Operated Vehicle）配合才能实现安全稳定的安装作业。本文以南海某项目安装的垂直式M型刚性跨接管为案例，对深海跨接管安装技术进行介绍。

1 设备设施技术参数

1.1 跨接管技术参数

本次南海项目所装跨接管皆为刚性M型跨接管，管径尺寸分别为4.5 in、6 in、8 in、12 in，长度从26.2 m到37.0 m不等。跨接管由拖轮运输至作业现场，由施工作业船进行跨接管起吊和安装。

跨接管起吊过程中，为使起吊的跨接管与施工船保持水平平行入水，起吊和入水需要船头船尾绞车配合拉扯，使撑杆与跨接管保持垂直平行，且索具无缠绕。

4.5 in和8 in跨接管基本参数如表1所示为跨接管技术参数。

表1 跨接管技术参数

1.2 转矩工具

转矩工具通常搭载在ROV上，由ROV操作进行跨接管连接头的锁紧和解锁工作。工具配计数器屏幕显示器，用于显示当前所用转矩和具体的圈数。在跨接管安装工作正式开始之前，需要对转矩工具进行甲板功能检查和校准，配置所需的转矩和确保其在水下能正常工作。转矩工具的各项参数如表2所示。

表2 转矩工具参数

1.3 HUB口清洁工具/临时保护帽

在跨接管安装过程中，清洁工具是一种类似于毛刷的工具，在两端保护帽/注水帽拆除后用于清理HUB口；而黑色临时保护帽适用来遮盖清理完的HUB口，防止落物或杂质进入HUB口，两者同样由ROV手持操作。

1.4 高清摄像头

此工具安装于ROV上，主要用于跨接管入水后，检查两边连接头内部的密封圈和海底两端结构物上的HUB口。其特点是：具有伸缩性（收缩/延伸：964 mm/1372 mm），安装于ROV机械手内，操作灵活，清晰度高，可近距离检查跨接管连接头密封圈和连接接口，且不会对轮毂造成机械损坏。

1.5 背压测试单元

在跨接管安装作业中，背压测试单元是用于跨接管安装完成后测试其密封性的设备。其往往需要搭载在ROV机械臂上，由ROV操作。Hot stab为ROV液压动力的输出接口，ROV通过液压方式连接到背压测试单元，提供液压动力监测压力变化。在跨接管安装工作正式开始之前，需要对背压测试单元进行甲板功能检查和校准，确保它在水下能正常工作。

图1 跨接管安装工具

1.6 应急工具

除了以上用于跨接管安装的主要工具设备以外，跨界管安装还需准备一套应急设备，该应急设备主要是用于跨接管安装完后由于内部密封圈破损或移位导致背压测试保压失败的情况，此时将会使用这套应急设备进行深水跨接管密封圈更换工作。

2 跨接管安装方案

以下以安装4.5 in跨接管为例，介绍跨接管安装流程，跨接管安装共分为8个阶段。

图2 跨接管安装示意图

1）设备甲板测试校准，甲板准备。

a.使用校准夹具校准转矩工具，对转矩工具进行功能测试，确认工具各项功能、转矩输出能正常工作。安装套管测试其旋转方向和转动计数器读数，校准结束后将转矩工具安装在ROV上。

b.将高清摄像头连接并安装在ROV上，并测试其视频清晰度、伸缩组件功能是否正常，并将摄像头的倾斜度调整到一个合适的角度。

c.将背压测试单元连接并安装在ROV上，将Hot stab插入测试工具进行打压测试，看是否存在泄漏问题。如无泄漏，则其功能正常。

d.甲板将HUB口清洁工具、临时保护帽、ROV刀等工具放入ROV工具篮。

2）ROV湿测，路由预调查。

待准备就绪后，ROV入水湿测，直至降至作业深度能稳定飞行、正常工作即可。吊机下放部署工具篮，ROV开始路由预调查，清除路由障碍物。

3）拆除两端保护帽/注水帽。

管汇端保护帽拆除：ROV用刀将管汇端保护框架周围的吊带割断并回收保护框架至工具篮。拧断保护帽上的橡胶管，平衡内外压；再割断保护帽周围的绑带，抓住保护帽上的猴拳向后拉开拆除保护帽。最后用清洁工具清理HUB口，装上黑色临时保护帽。

PLET端注水帽拆除：找到注水帽的阀门，将其往上推至OPEN位置平衡内外压。将转矩工具插入注水帽的四方转矩接口，解锁注水帽。解锁完毕后ROV查看锁紧指示器，确认其在“OPEN”状态，将吊机挂钩挂在注水帽上并回收至甲板。最后，用清洁工具清理HUB口至光滑无碎屑状态并安装临时保护帽。

4）跨接管吊装入水。

待右舷ROV回收至甲板后，于右舷安装两个3.5 m的碰球并请求运输驳船靠泊。工程师检查跨接管的完整性，确认两边连接器锁箍能打开和关闭，且入水前锁紧指示器状态为“OPEN”状态。

ROV人员检查封堵帽、紧固带和猴拳，确保紧固带和猴拳便于水下拆除和切割。

用润滑油涂抹密封圈，并将其安装到连接头轮毂的凹槽中。在安装期间需注意：允许最大拉伸50%，不能只向一个方向拉伸，也不能扭曲和滚动。

船头船尾绞车钢丝绳绑定在跨接管两端，由甲板工作人员操作带力，减小吊装过程中跨接管摆动幅度。

跨接管入水，驳船解缆离开。吊机下放跨接管至一定深度，ROV入水解跨接管两端的绞车钢丝绳，继续下放跨接管至距离海床一定高度。

5）ROV检查跨接管状态并落座。

ROV前往检查跨接管的吊装索具状态，以及两边连接头内部密封圈状态。若索具无缠绕、损坏，密封圈状态正常无损坏，ROV抓住两端连接器旋转跨接管，对准两端结构物的HUB口。此时跨接管两端连接头旋转后上下HUB水平偏移量和垂直倾角偏移量不可超过限定范围。

缓慢下放跨接管，直至吊机完全卸掉跨接管的力，只保持撑杆和索具张紧，两边VCS OB（Vertical Connection System Out-board）hub 和VCS IB （Vertical Connection System IN-board）hub指示线对齐，由此确认连接器已完全坐落。

6）转矩工具锁紧。

ROV携带转矩工具寻找合适的插入位置将转矩工具插入连接器四方转矩接口，以适当转矩锁紧两端连接头。锁紧过程中时刻监控转矩工具上的计数器显示屏，直至完全锁紧。

此时ROV确定连接器锁紧指示器在“S”位置即表示已锁紧。

7）背压测试。

连接器锁紧之后，开始进行两边连接器试漏工作。ROV携带背压测试单元坐落在连接器旁，将连接器上的dummy Hot stab拔出，并插入携带的Hot stab开始供压。

跨接管安装中，背压测试有一定要求的供压范围，测试合格标准为：稳压持续时间在15 min以上，结束时连接处无可见泄漏，压降不超过一定量，则稳压成功。ROV拔出Hot stab并将dummy Hot stab插入连接器的单孔插口，至此完成背压测试。

8）撑杆解钩，回收撑杆。

待背压测试完成后，若无异常现象，ROV即可开始解撑杆和跨接管之间的索具。

吊机下放撑杆，直至所有索具松弛，整个过程由ROV监控撑杆，确保索具松弛，便于解钩。

ROV将撑杆与跨接管间所有连接索具逐一摘除并挂在撑杆倒刺上。待ROV确认所有索具已彻底脱离跨接管后，吊机便可开始回收撑杆。

撑杆回收至接近水面时停止回收，将作业船移至安全区。甲板工作人员下放绞车钢丝绳至水下，ROV连接钢丝绳至撑杆索具。待确认连接完成后，绞车带力，撑杆与作业船以水平平行的状态回收出水。

撑杆出水后，在确认安全的情况下，通知驳船靠船，传递撑杆至驳船，至此跨接管安装结束，ROV进行后调查。

3 结语

深水跨接管种类多、结构简单、安装方便，已成为深海油气开发水下生产系统的重要组成部分。本次项目所装跨接管虽在尺寸、长度、两端结构物及结构物上保护帽等方面有细微差别，但其水下连接和安装方式完全相同。掌握跨接管安装技术，不仅有利于跨接管安装，提高安装效率，降低作业风险，还对跨接管的利用和深海油气田开发具有重要的意义[4]。