動態海纜海底濕存技術研究及應用

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

中國南海某油田群的浮式生產儲油船FPSO達到設計使用壽命，需要進塢維修。塢修期間對其內轉塔式單點浮筒進行更換，需要提前在海上對動態海纜進行解脫和濕存工作。

受FPSO塢修和單點浮筒更換周期的影響，海纜動態段需要臨時存放在100 m水深的海底長達4個月。該海纜已服役達15年之久，根據以往項目案例[1-2]，該海纜接近設計使用壽命，存在材質老化、機械強度弱化和阻水功能退化等較為嚴重的問題，一旦受損或進水將會影響整個油田的復產計劃。

針對以上特點，該工程自主設計并制造了海纜索節式牽引頭等一批結構件，對海纜密封、下放和濕存方案進行設計和研究，并在實際施工作業中取得了良好效果。該關鍵技術的成功應用可為今后其他工程項目的安裝設計及實施提供借鑒和參考。

1 動態海纜端部密封工藝

動態海纜的永久錨固由外殼和內核組成，其中內核與海纜鎧裝鋼絲澆筑成一體，作為承受海纜重量的關鍵部件。內核至端頭部分的海纜由于剝離鎧裝層、內層護套、外層護套及填充，不具備受力能力，阻水能力較差。為保證動態海纜在水下的設計狀態，該段海纜需要保留并在回接時重新接入接線箱內。因此內核以上的海纜防水密封和機械防護至關重要。

圖1 海纜錨固外殼移除、內核提升和新錨固內核安裝

如圖1所示，海纜密封和濕存前需要首先將其電單元、光單元纜芯的端頭從接線箱內分離，拆除海纜錨固件外殼。由于錨固內核以上海纜已將內、外層護套剝離，無法安裝用于密封的熱縮三指套，需要使用內核提升件將海纜向上提升少量距離，為海纜在浮筒頂部安裝臨時固定卡具，最后拆除舊錨固內核，安裝新錨固內核。

如圖2所示，將新、舊錨固內核間統包海纜外層聚乙烯護套及鎧裝少部分剝離，漏出內護套。將遇水變色試劑分散涂在各纜芯上，用于鑒定是否進水。將3根電單元分別套入熱縮三指套的每個手指，光單元插入附近電單元的手指內，并使三指套主管套入統包海纜內護套上。加熱熱縮，使三指套緊密結合在統包海纜內護套及光電單元纜芯上，避免內部殘存空氣。

使用整根熱縮中壁護套管套在纜芯上，一端與三指套手指搭接重疊，一端與纜芯端頭重合，加熱熱縮。使用熱縮封帽外套在光電單元纜芯端頭，加熱熱縮，在熱縮封帽與熱縮中壁護套管搭接處使用防水膠帶纏繞數圈，加強密封效果。

使用強力膠帶將密封的光、電單元纜芯收緊、捆扎。使用金屬帽套在光電單元纜芯端頭外部，用于對纜芯端頭進行機械防護。使用雙組分聚氨酯灌入金屬帽與纜芯間的空隙內，進行硫化處理，為保證硫化效果，建議硫化時間不少于24 h。使用熱縮封帽套在金屬帽外層，加熱熱縮。在熱縮封帽外層及三指套主管上各纏繞1圈密封膠條。

將熱縮中壁護套管套從熱縮封帽末端一直套到統包海纜內護套上，使熱縮封帽及三指套主管均置于該熱縮中壁護套管內部，從該熱縮中壁護套管中間向兩端均勻加熱，避免內部殘存空氣。將一圈密封膠條套在上層熱縮中壁護套管外層端頭附近，使用一熱縮封帽套在上層熱縮中壁護套管外層，加熱熱縮。使用防水膠帶在熱縮封帽、海纜內護套與其內層熱縮中壁護套管重合處，纏繞數圈。然后使用一層熱縮中壁護套管套熱縮在上一層熱縮中壁護套管套外層及動態海纜外層護套上，避免海水從海纜外層護套和內層護套之間進入。至此，動態海纜端頭完成防水密封。

2 多節互鎖式索節牽引頭設計

完成海纜端頭防水密封后，需要為該段海纜安裝多節互鎖式索節牽引頭。牽引頭設計主要考慮以下5點：1）密封段海纜已剝離鎧裝層，牽引頭結構設計時需考慮包覆在海纜的外部，起到機械防護的作用。2）密封段海纜已剝離鎧裝層，無法直接承受動態段海纜重量的牽引力，需要將牽引頭末端與海纜的錨固內核進行連接，作為動態海纜向上牽引的受力點，牽引頭首端可通過索具連接絞車進行牽引。3）海纜在下放和回收時需要通過單點浮筒內的護管，并且需要保證在與海床接觸時不能過度彎曲，因此將其設計成索節式，兼具柔性同時限制海纜的彎曲半徑。4）設計結構的外徑應能使海纜牽引頭順利通過護管，在端頭位置和靠近錨固內核位置的海纜相對外徑較大，結構設計時需要重點考慮。5）牽引頭首端吊耳的強度在設計時，需要充分考慮動態海纜在濕存和回接過程中所需的最大牽引力。

基于上述因素設計，牽引頭主要由拖拉頭、首端索節、主體索節、尾端索節、短節、懸掛擋板和懸掛圓鋼等結構組成。拖拉頭與首端索節通過法蘭螺栓連接，首端索節與主體索節，主體索節與主體索節，主體索節與尾端索節之間通過球形結構互鎖，連接成一個整體。尾端索節與短節之間通過法蘭螺栓連接，短節連接至海纜的錨固內核法蘭上，如圖3所示。

將懸掛擋板置于單點浮筒頂部的法蘭上，兩者通過螺栓緊固連接。當完成密封段海纜的索節牽引頭裝配工作后，通過索具提拉或下放索節頭，使其穿過單點浮筒內的護管。當首端索節提拉至懸掛擋板的位置時，將懸掛圓鋼橫向穿過首端索節，兩端置于懸掛擋板上，索節頭整體結構懸掛于浮筒頂部。

多節互鎖式索節牽引頭設計精巧，可以分片預制，組裝時通過相鄰索節頭圓弧板和球形體的互鎖，使整個索節頭連成1個整體。主體結構均為普通鋼材加工焊接而成，制作簡單，成本低。通過增減主體索節的數量，能夠調整索節頭的長度，可以重復利用。

3 動態海纜濕存設計

在單點艙內進行海纜終端拆除和密封前，需要空氣潛水船靠泊在FPSO 1側，對海纜限彎器進行水下拆除，在該空潛作業期間需要對FPSO進行限位作業。

動態海纜限彎器通常為套入式設計，無法在水下將其保護性回收，如果計劃在海纜回接后繼續使用，需要通過空氣潛水員將其與浮筒分離后臨時固定在海纜上，待回接時再次固定至浮筒上。

圖2 海纜端頭防水密封過程

圖3 多節互鎖式索節牽引頭設計圖

如圖4所示，潛水員下潛至單點浮筒底部，拆除原海纜限彎器下方的限位止滑器。利用高壓水槍從單點浮筒底部向下對海纜及其附件上的海生物進行清理，包括彎頭、限彎器及海纜，清理限彎器以下需要向上提拉并密封的海纜段。

在限彎器上捆綁吊帶，通過倒鏈葫蘆等索具與浮筒底部的吊耳連接并收緊。在FPSO單點艙內進行海纜提拉作業，海纜將通過限彎器向上移動。

單點內部完成海纜提拉后，潛水員在海纜限彎器下方安裝新的限位止滑器。將限彎器與彎頭間的螺栓拆除。放松鏈條葫蘆，限彎器緩慢下沉，重量逐漸落到限位止滑器上。鏈條葫蘆不受力時，拆除葫蘆及吊帶。利用緊固帶將限彎器固定在限位止滑器上。

動態海纜限彎器水下拆除和固定后，FPSO與單點系泊系統完成解脫，施工主作業船即可進場開始進行動態海纜的海底濕存工作。

動態海纜端頭完成防水密封并安裝多節互鎖式索節牽引頭后，下放至單點浮筒頂部臨時懸掛。當FPSO離開單點系泊系統后，施工主作業船進場進行動態海纜海底濕存工作。

通過計算分析得知單點浮筒解脫后將下潛一定深度，施工主作業船搭載飽和潛水設備及人員到達現場，飽和潛水員入水至浮筒頂部位置。如圖5所示，作業船甲板絞車下放鋼絲繩，將其與海纜首端連接，拆除臨時固定卡具。

甲板絞車下放海纜首端通過護管到達浮筒底部。將海纜首端通過長索具懸掛在浮筒底部，拆除絞車鋼絲繩并回收至甲板。

主作業船移船至設計位置，甲板絞車入水再次與海纜牽引頭進行連接。注意如果海纜下放過程中與其他軟管、海纜或錨纜存在交叉，應調整絞車鋼絲繩并在其下方繞過避免接觸。

如圖6所示，通過移船并調節絞車鋼絲繩長度，使與浮筒底部連接的懸掛索具松弛后，斷開連接。

主作業船調整船舶艏向，并繼續沿設計路由進行移船，同時操控甲板絞車下放海纜，直至海纜末端到達海底。如圖7所示，吊機下放配重塊至海底，水下機器人ROV在水下將其與海纜末端進行連接，增加海纜在海底的穩定性，防止濕存期間海纜移位。至此，動態海纜海底濕存完成。

4 結語

單點系泊系統已廣泛應用于我國南海海域的多個油氣田區。其中部分FPSO及單點生產系統中的關鍵部件（如單點浮筒等）近些年將陸續達到設計使用壽命，需要根據要求進行維修和更換。該次動態海纜解脫及海底濕存技術的成功應用，為項目的順利完成奠定了基礎，同時為以后其他的類似項目提供了借鑒和參考。

圖4 限彎器海生物清理、固定及止滑器安裝

圖5 牽引頭從單點浮筒頂部下放并臨時懸掛于浮筒底部

圖6 海纜水下傳遞

圖7 海纜牽引頭與配重塊連接