流花11-1油田水下跨接管拆除技術(shù)要點分析

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(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067)

流花11-1油田位于東經(jīng)115°42' 02"、北緯20°49' 27"，距離香港東南230 km。該油田作業(yè)水深約310 m，1995年投產(chǎn)。流花4-1新建油田采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)，并依托流花11-1現(xiàn)有設(shè)施進行開發(fā)，其具體設(shè)計思路為：流花4-1油田的生產(chǎn)井液通過11 km海底管線輸送到流花11-1油田水下管匯附近，經(jīng)橋接管匯與流花11-1油田的生產(chǎn)井液匯合后進入現(xiàn)有的兩條直徑為342.9 mm(13.5″)、長為2.8 km的海底管線輸送到“南海勝利號”FPSO上進行處理、儲存和外輸。

為依托現(xiàn)有流花11-1水下設(shè)施，需對現(xiàn)存的2根舊跨接管進行拆除，見圖1虛線；然后在原有的管接頭和新安裝的橋接管匯基礎(chǔ)上，安裝4根新跨接管。由于拆除舊跨接管后，原海底的管接頭(HUB)需要與新的跨接管連接，重新利用，所以拆除過程中對原舊管接頭(HUB)密封面的保護尤為重要。文中重點闡述兩根舊跨接管P1和P2拆除總體方案及實施過程中遇到的困難，為以后類似水下設(shè)施改造、重新利用提供借鑒[1-3]。

圖1 流花11-1水下布置示意

舊跨接管一端連接海管終端PMTB(perma- nent tie-in base)，另一端連接中心管匯CPM(central production manifold)，兩端接頭外部形式見圖2，雖然接頭外部形式不同，但其軟著陸、鎖緊、解鎖、提升原理是相同的。

圖2 跨接管兩端外部形式

1 流花11-1舊跨接管接頭形式和解鎖原理

流花11-1油田水下設(shè)施的跨接管接頭是FMC torus III系列早期產(chǎn)品接頭形式之一。該產(chǎn)品可通過液壓功能便捷地對接頭進行軟著陸、鎖緊、解鎖、提升等操作，在液壓功能失效時，還可以通過過提活塞體，對接頭進行機械解鎖。下面以海管終端PMTB端的跨接管接頭(如圖3)為例，分別對接頭形式和液壓解鎖及機械解鎖的工作原理進行介紹。

圖3 接頭結(jié)構(gòu)示意

1.1 接頭結(jié)構(gòu)形式

如圖3 b)，接頭的軟著陸及頂升功能是由接頭外部結(jié)構(gòu)的軟著陸液壓缸實現(xiàn)的。受海況影響，跨接管在下放過程中，一定是上下抖動的，因此在對接過程中對密封面的保護顯得尤為重要。在下放跨接管時，3個軟著陸液壓缸處于伸長狀態(tài)，使得接頭外部結(jié)構(gòu)先與海底的管接頭(HUB)附近的導向結(jié)構(gòu)接觸，保護原舊管接頭(HUB)及內(nèi)部密封面，避免其在跨接管安裝和拆除過程中意外碰撞、刮擦而受損，消除海況的不良影響。

如圖3 c)，接頭的鎖緊及解鎖功能是由接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鎖止環(huán)實現(xiàn)的。左半圖：活塞體(primary piston body)處于較上位置，由于鎖止環(huán)(locking segments)內(nèi)部由彈簧相連，鎖止環(huán)在彈簧恢復變形力作用下，遠離管接頭外表面，接頭處于解鎖狀態(tài)；右半圖：活塞體處于較下位置時，在活塞體的擠壓作用下，緊貼管接頭外表面，接頭處于鎖緊狀態(tài)。

1.2 液壓解鎖步驟

第一步。水下機器人(ROV)將液壓回路連接到液壓腔2(見圖3c)，并打壓至10.35 MPa，活塞體被提升，鎖止環(huán)中的彈簧在恢復變形力的作用下將鎖止環(huán)撐開并遠離管接頭外表面，實現(xiàn)液壓解鎖。

第二步。舉升接頭，使其離開管接頭上表面。水下機器人(ROV)將液壓回路連接至軟著陸液壓缸(見圖3b)，并打壓至10.35 MPa，接頭外部兩側(cè)液壓缸伸長，接頭離開管接頭上表面。然后即可用吊機提升跨接管，進行回收作業(yè)。

1.3 機械解鎖功能

當接頭液壓解鎖失效時，可以通過過提功能(over-pull)對接頭進行機械解鎖。圖3中的活塞體通過3個指示桿連接到圖4中的3個過提吊耳，繼而連接到橫板和與橫板連接的過提索具(over-pull sling)。為便于提拉，過提索具上部固定在跨接管的端部。通過上提索具，活塞體被提起，鎖止環(huán)中的彈簧在恢復變形力的作用下將鎖止環(huán)撐開并遠離管接頭外表面，實現(xiàn)機械解鎖。依據(jù)FMC的設(shè)計推薦，過提力應(yīng)為200 kN。

圖4 過提索具布置示意

2 施工方案設(shè)計和實施過程

在海上施工開始初期，成功地利用水下機器人(ROV)將P1的管匯終端(PMTB)接頭和P2的中心管匯(CPM)端接頭進行液壓解鎖。但在對P1的中心管匯(CPM)端和P2的管線終端(PMTB)端進行液壓解鎖時，打壓壓力始終無法達到10.35 MPa，多次嘗試均未能成功解鎖。分析原因，應(yīng)該是活塞體本身的密封結(jié)構(gòu)損壞，只能通過過提功能實現(xiàn)機械解鎖。

2.1 P1的CPM端解鎖過程

1)ROV連接索具到P1中心管匯一側(cè)接頭的過提索具上，并將限位索繩連接到P1中心管匯一側(cè)導向樁上，吊機設(shè)置為恒張力CT(constant tension)模式。限位索繩的作用是限制接頭解鎖后被拉起的高度，避免因碰撞而損壞管線終端(PMTB)的管接頭。

2)安裝船吊機逐漸提高拉力至200 kN，并反復循環(huán)加載。

3)ROV利用原有液壓解鎖系統(tǒng)向液壓腔2持續(xù)打壓，壓力值穩(wěn)定在0.69 MPa左右，P1成功解鎖。

4)起吊該跨接管。

5)ROV調(diào)查并清理HUB口密封面情況，確保HUB完好無損。

6)將兩個垃圾帽裝在HUB口上用作臨時保護，防止物體進入。

2.2 P2的PMTB端解鎖過程

嘗試對P2管線終端(PMTB)接頭使用液壓解鎖和機械解鎖，不能成功。隨后準備使用后備解鎖專用工具(enerpack jack tool)，見圖5。

圖5 解鎖專用工具

其工作原理如下：用enerpack jack液壓缸舉升圖6中橫板，從而達到過提活塞體的作用，進行解鎖。其整體工作原理與過提索具基本一致，不同之處在于一個是上提索具，一個是舉升連接索具的橫板。

圖6 解鎖專用工具原理

P2管線終端(PMTB)接頭解鎖過程如下。

1)將P2中心管匯(CPM)端軟著陸液壓缸打壓至處于舉升狀態(tài)，避免過提解鎖另一端接頭時，解鎖瞬間跨接管被拔起并損壞接頭密封面。

2)連接限位索具到P2管線終端(PMTB)tie-in base結(jié)構(gòu)上以防止跨接管被過大提升，再連接吊機鋼纜至過提索具, 吊機設(shè)置為恒張力CT模式，提升鋼纜至吊機載荷200 kN，同時配合使用液壓解鎖功能向接頭打壓，但多次嘗試接頭仍無法解鎖。

3)逐漸加大吊機載荷至200 kN，同時配合使用液壓解鎖系統(tǒng)向接頭間斷打壓，仍無法解鎖。

4)嘗試使用后備解鎖專用工具機械解鎖，enerpac jack tool頂推力逐漸增大到200 kN, 配合使用液壓解鎖系統(tǒng)向接頭間斷打壓，接頭也無法解鎖。

經(jīng)過仔細分析接頭無法解鎖的原因，追溯至1995年跨接管安裝時，有信息反映P2跨接管制作稍長，安裝時是用ROV擠推到位鎖緊的，屬于強力安裝。由此判斷跨接管接頭內(nèi)部仍可能存在應(yīng)力而導致活塞體被卡死。為消除跨接管內(nèi)應(yīng)力，遂決定對P2從近海管終端(PMTB)處進行切割跨接管。

如圖7所示，切割位置應(yīng)盡量靠近接頭處，以減少懸掛管段重量對接頭產(chǎn)生的彎矩；同時，選擇該方案意味著放棄了接頭自身的液壓解鎖功能，因為切割時將切斷連接ROV控制面板和接頭的液壓管線。

圖7 P2跨接管切割位置示意

管線切割及隨后的工作程序大致如下。

1)遠程操作水下機器人(ROV)對P2進行切割，完成后起吊回收左半段跨接管。

2)ROV調(diào)查并清理中心管匯(CPM)端舊管接頭(HUB)密封面情況，確保管接頭(HUB)完好無損。

3)將垃圾帽裝在中心管匯(CPM)端管接頭(HUB)上用作臨時保護，防止物體進入。

4)對P2管線終端(PMTB)使用過提索具進行機械解鎖，反復加載、卸載仍未解鎖。

5)使用解鎖專用工具將舉升力逐漸提升至20 t,反復卸載、加載，接頭仍無法解鎖。

6)經(jīng)過研究廠家接頭設(shè)計計算書，找出與過提功能相關(guān)的部件能承受的最大載荷。經(jīng)確認，3個吊耳為最薄弱環(huán)節(jié)，最大受力為500 kN。經(jīng)風險分析后，決定同時使用過提和舉升兩種機械解鎖方式將總解鎖最大提升力提高到50 t。 首先用專用解鎖工具舉升至200 kN, 然后吊機提升過提索具逐漸加載，當?shù)鯔C拉力加載至280 kN時，接頭終于成功解鎖。

7)回收P2管線終端(PMTB)側(cè)跨接管，ROV調(diào)查并清理管線終端(PMTB)管接頭(HUB)密封面情況，確保管接頭(HUB)完好無損。

8)將垃圾帽裝在管線終端(PMTB)管接頭(HUB)上進行臨時保護，防止物體進入。

2.3 清理管接頭及安裝保護帽

在檢查管接頭完好無損后，將防腐藥劑棒投放到管接頭里，并安裝壓力保護帽(pressure cap)，在新跨接管安裝之前，起到防腐并保護管接頭的作用。

3 創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

1)專用解鎖工具液壓上頂解鎖。與運用索具過提相比，此工具施加的上頂力穩(wěn)定，避免了使用吊機上提索具時海況引起的波動，且彌補了索具長期存放水下引起的載荷能力減弱。

2)水下跨接管切割釋放應(yīng)力。遠程操控水下機器人操作砂輪片切割機進行切割，釋放了由于跨接管變形引起的存在接頭內(nèi)的應(yīng)力。

3)過提與液壓上頂組合應(yīng)用。在施加最大上頂力的前提下，反復漸進地增大索具過提力，松動接頭內(nèi)部卡住的結(jié)構(gòu)，最終成功將P2的PMTB端解鎖，解決了舊跨接管拆除過程中最大的難題。

4 結(jié)論

在拆除P2PMTB端過程中，應(yīng)了解項目初期安裝的實際情況，做出正確的選擇。遇到問題時，不僅僅參照設(shè)備廠家的回收程序，還要了解生產(chǎn)廠家設(shè)計計算文件，找出各個部件所能承受的最大載荷，在保證水下設(shè)備完整性(接頭無損)的前提下，果斷決策。

流花11-1兩根舊跨接管的拆除是國內(nèi)首次對在水下使用長達16年的此類設(shè)施進行拆除并部分重新利用，施工成功，為以后更好地開發(fā)利用及改造老油田水下設(shè)施提供了寶貴經(jīng)驗。

[1] 王春升.流花4-1油田開發(fā)可行性研究[R].北京：中海石油研究總院，2009.

[2] 冒家友，原慶東，范志鋒.浮式平臺水下電纜(立管)快速解脫及存儲技術(shù)研究[J].船海工程，2013，42(6)：144-146

[3] 萬 祥，張長智.荔灣3-1深水氣田水下設(shè)施安裝設(shè)計[C]∥海洋石油工程技術(shù)論文，第四集.北京：中國石化出版社，2012.