深水刚悬链线立管限位锚安装与限位链回接技术研究

李东生 崔 宁 檀晓光 钟任欢 黄秀龙

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067）

0 引言

为消除刚悬链线立管底部张力，避免张力导致连接的PLET和跨接管发生拖拽或偏移，须对刚悬链线立管底部进行holdback限位，设计研究深水立管限位锚和锚链对立管进行限位控制，保障水下设施安全和稳定。该套限位系统的适用张力大、稳定性高，但施工难度较大，需要重点考虑施工安装方案。

1 原理概述

该立管限位锚属于吸力锚，与普通吸力锚不同点主要在于其顶部具有锚链捕获及锁止机构，通过限位链连接立管进行限位。同时在该施工项目的设计中，有2种限位方式，一种为立管管道端部PLET限位，一种为立管中部限位，图1和图2为2种类型的限位吸力锚限位方式和顶部结构图。图1为立管中部限位示意图，图2为立管端部PLET限位示意图。

因此，为了实现立管限位的作用，需要安装吸力桩作为限位锚点，通过链条进行连接限位。立管中部限位是在管道中部的两侧进行限位，通常适用于立管海床段有弯曲段，需要在弯曲段后进行限位。立管端部PLET限位是在海管铺设时，将限位锚通过链条连接至立管末端的PLET上，在后方形成限位拉力，保证立管的稳定性。通常适用于立管铺设无弯曲路由，是直线形式。

2 深水限位吸力锚安装技术

刚悬链线立管的应用水深通常较深，在该工程应用中，水深达1400m以上，其安装进度包括位置偏移精度、艏向朝向精度、水平精度、贯入深度等要求。因此，在深水无潜水支持的情况下完成高精度吸力桩安装是技术的重难点。以下主要阐述其实现高精度要求的安装方法。

表1 限位吸力桩安装精度要求

为完成限位吸力锚的精确就位安装，需要从设计到安装都进行全方位的考虑，主要包括以下内容：限位锚设计建造与测试、限位锚吊装与安装分析、水下精确就位与安装以及吸力贯入操作。

2.1 限位锚设计建造与测试

图1 立管中部限位示意图

图2 管道末端PLET限位

首先限位锚为吸力桩形式，因此其具有吸力桩的必备结构排水舱口、吸力贯入接口。以便于形成吸力贯入结构。同时，由于为深水作业，须设计制造有ROV交互平台，便于ROV水下引导就位和进行相关调整。并且设计有作为限位链连接的限位结构，以实现立管限位作用。吊点设计为三点吊装，保持稳定性。限位的吸力桩顶部结构如图3和图4所示。

在限位吸力桩建造完成后，需要对其进行陆地测试，以校验相关设计参数以及模拟海上安装，识别问题，以便于在出海安装前将所有可能存在的问题和风险消除，确保其安全圆满安装。在相关各方确认无误后，才可以出具放行条进行出海安装。测试的主要类别见表2。

表2 限位吸力桩陆地测试项

2.2 限位锚吊装与安装分析

限位锚的吊装主要需要考虑2点：1）其吊高比较高，吊装索具的设计需要考虑吊高的影响，参考作业船舶的吊机性能设计吊装索具；2）吊装路径须清爽无干涉，需要对装船的位置和吊装路径提前设计。限位锚安装分析需要考虑的因素：船舶艏向与浪向的角度、过飞溅区计算、各个不同水深的下放速度、着泥速度等要求。以下为南海某项目实际工程应用中，计算分析得出的限位吸力锚的安装分析要求和天气海况限制。该分析考虑船舶艏向与浪向角度为±30°；飞溅区下放速度不超过0.2m/s；水中下放速度约0.5m/s；landing速度推荐AHC（Active Heave Compensation，主动深沉补偿）模式下最小速度0.13m/s。

2.3 水下精确就位与安装

水下精确就位是深水限位锚安装的重点和难点，为实现其就位精度，需要提前布设LBL（Long Base Line）矩阵，形成水声定位系统，通过与吸力桩顶部提前布置好的Gyrocompatt进行信号传递，将限位锚的艏向、位置信息实时传递至船舶中控室定位图上，便于施工监督下达调整和施工指令。同时，为实现精确就位的可视化，可提前在安装位置的精度要求范围内放置Mark buoy（定位浮球），便于ROV协助就位时观察。精确就位的步骤如下。布设LBL矩阵，调试设备；ROV在定位图上限位锚的精度范围外援放置4个Mark buoy，多次打点，保证精度；吊装就位至水下，通过Gyrocompatt与LBL定位系统的实时反馈，船舶中控指挥ROV调整限位吸力桩的艏向和位置，确保都在精度范围内；持续下放着泥，ROV观察牛眼读数，观察吸力桩水平度变化情况，船舶中控监控艏向和位置情况；下放至吸力桩不再自沉，表示第一阶段自沉贯入结束。

2.4 吸力贯入

图3 立管中部限位吸力桩顶部结构设计

图4 立管端部限位吸力桩顶部结构设计

吸力桩自沉结束以后，ROV从ROV 工具篮中将舱口盖取出，安装至舱口上，旋紧锁上。ROV将吸力泵的hot stab 插入吸力桩的吸力接口位置，逆时针锁紧。ROV启动吸泥泵，按照设计压力开始吸泥，另一台ROV观察桩身的泥线刻度下沉情况。吸泥过程需要同步以0.13 m/s的速度下放吊机钢丝绳，并设置恒张力，最后的恒张力不能小于吸力桩索具的质量，吸力桩吊装索具质量约为2.5 mt。吸力结束以后，ROV#1断开吸力泵Hot stab的连接。将保护接头安装至吸力接口作为保护。记录吸力桩艏向、水平度、位置、泥线数据等信息。ROV移除吊机索具和回收相关工机具。

3 限位链回接技术

管道末端PLET限位在立管铺设时，由铺管船将末端PLET下放后，由ROV将PLET的限位链条迁移至限位吸力锚的限位钩位置，扣紧和关闭限位钩，再将锁销插上完成限位。如图2所示。由于操作简单，不再描述和介绍。

立管中部限位结构主要分为2个部分：短链和长链。短链与SCR为一个整体，随铺管船铺设至海床；长链由工程船吊装下放，然后由ROV将短链与长链连接在一起，并铺设链条至限位锚进行锁紧限位。由于短链比较重（约450kg），为便于连接，需要将其进行漂浮状态进行ROV回接作业。因此，在铺设SCR时，在短链上绑扎有一个小的浮球。铺设完成后，工程船抵达该位置，通过配重块下放一个大的浮力块（浮力约500 kg），将短链漂浮。工程船再将长链下放至水下，ROV完成长链和短链的连接。步骤如图5所示。

为便于铺设锚链时观察是否出现打扭情况，在陆地准备时将锚链的上侧涂成白漆，便于深水水下ROV观察。同时由于长链较长，无法使用吊机直接挂钩整条锚链起吊。因此设计成将锚链来回折成多段，由吊机起吊连接点。同时根据链条的特性，区分和编号链条，保证安装时不会出错。并且为保证限位链环在卡槽位置方便ROV调整，就位链环至卡槽内，在陆地时在设计位置附近的链环上绑扎有monkey fist（绳结）。同时，考虑到水下应急情况，出现回收限位链的情况，在限位链的前后设置应急回收索具。

工程船移船铺设限位链条至限位锚位置，ROV监控限位链铺设情况，确保白色涂漆面朝上。限位链铺设进限位锚的链条导向槽内，ROV确认链环卡入限位槽内，ROV插入插销，锁紧限位链条。工程船继续铺设，将链条平铺至海床，最后由ROV解钩悬挂索具。

图5 ROV连接短链与长链

4 结语

深水刚悬链线立管限位吸力锚安装和限位链回接技术涉及水深较深，在国内的海洋石油工程中属于前沿施工和技术，国内的海洋石油开发逐步正走向深水，在后续的深水油气田开发中将会应用得非常广。该技术的开发与应用为后续的类似SCR限位作业提供思路以及施工参考案例。