PRT安裝技術(shù)研究

齊兵兵，曲有杰，朱國僑，郝靜，齊芳芳

（海洋石油工程股份有限公司 安裝事業(yè)部，廣東 深圳518067）

0 引 言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)90%以上的海上油氣平臺(tái)及海底管道處于300 m以內(nèi)的淺海域，以南海、東海為例，除荔灣3-1項(xiàng)目部分海底管道處于1500 m水深之外，其他油氣田幾乎沒有超過300 m水深的海底管道；渤海的海底管道水深更淺，平均水深超過20 m，最深處85 m[1]。

較淺的水深為海底管道應(yīng)急維修提供了多種技術(shù)選擇，包括水下維修和水上維修。水下維修是指將損壞海管在水下進(jìn)行清理、切割，安裝相應(yīng)維修工具、設(shè)備或者安裝水下干式艙進(jìn)行干式修復(fù)，整個(gè)修復(fù)過程均在水面以下進(jìn)行。水上維修是指將海管損壞段水下切割后，提升至水面進(jìn)行維修，修復(fù)后再放入海底的過程[1]。

水上維修能夠最大程度地保證海管的完整性，且修復(fù)效果較好，實(shí)際項(xiàng)目中使用水上維修技術(shù)較多。海底管道應(yīng)急回收作為水上維修必要且關(guān)鍵的步驟，在國內(nèi)海底管道維搶修領(lǐng)域尚屬薄弱環(huán)節(jié)[1]。目前國際上成熟的方法是安裝海管回收工具PRT（Pipeline Recover Tool），通過PRT提升回收海管至水面上。國內(nèi)應(yīng)用PRT回收提升海管尚處于起步階段，對(duì)PRT的安裝與應(yīng)用尚處于空白[2-10]。

根據(jù)海底管道尺寸不同，所需的PRT尺寸也不相同。根據(jù)對(duì)南海、東海海域的海底管道統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得知，直徑12”的海底管道所占比例最大，數(shù)量最多。文中以12”PRT安裝使用為例，詳細(xì)介紹PRT安裝技術(shù)，填補(bǔ)國內(nèi)在PRT安裝領(lǐng)域的技術(shù)空白，為后續(xù)海底管道搶修項(xiàng)目起到借鑒作用。

1 PRT介紹

1.1 PRT系統(tǒng)組成

PRT設(shè)備主要包含兩部分：1）吊裝支架。PRT吊裝時(shí)專用支架，可根據(jù)PRT重心，通過調(diào)節(jié)吊裝支架上的受力孔的位置來控制PRT姿態(tài)，使其保持水平狀態(tài)或頭部保持向下的傾角。在水下PRT安裝進(jìn)海管并卡緊后，可單獨(dú)回收甲板。2）PRT本體。包含前端滾珠軸承分離環(huán)和尾部吊點(diǎn)。前端滾珠軸承分離環(huán)需要插入海管內(nèi)部，滾珠凸出與管壁產(chǎn)生應(yīng)力，卡緊海管。尾部吊點(diǎn)，提供海管回收時(shí)的受力點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 PRT 示意圖

1.2 規(guī)格數(shù)據(jù)

12”PRT質(zhì)量為1250 kg，浸沒在水下時(shí)，浮力為1568 N。吊裝支架質(zhì)量為467 kg,浸沒在水下時(shí)，浮力為598 N。總長3237 mm,插入部分長度1950 mm, 插入直徑280 mm,當(dāng)滾珠凸出后，最大直徑310 mm,共含有100個(gè)滾珠，每個(gè)滾珠直徑60 mm。當(dāng)PRT插入海管卡緊后，可提供最大拉力1568 kN。不同尺寸的PRT提供的最大拉力不同。

1.3 PRT工作原理

工作時(shí)，利用吊裝支架將PRT下放入水，PRT尖端滾珠軸承分離環(huán)插入海管內(nèi)部，利用機(jī)械或液壓動(dòng)力使其內(nèi)部滾珠凸出，與海管內(nèi)壁產(chǎn)生作用力，從而達(dá)到卡緊海管的目的。尾部吊點(diǎn)裸露在海管外部，提供海管回收時(shí)的吊點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 PRT工作原理示意圖

1.4 PRT分類

根據(jù)工作原理不同，PRT可分為兩類：1）機(jī)械式PRT。利用機(jī)械原理進(jìn)行鎖緊，機(jī)械式PRT插入海管內(nèi)部后可直接通過控制板上的開關(guān)卡緊海管，安裝步驟較為簡單。2）液壓式PRT。利用內(nèi)部液壓動(dòng)力進(jìn)行鎖緊，液壓式PRT插入海管內(nèi)部后，需要ROV提供液壓動(dòng)力，通過液壓動(dòng)力來卡緊海管，安裝步驟較為復(fù)雜。實(shí)踐表明，液壓式PRT的安裝步驟已完全覆蓋機(jī)械式PRT的安裝步驟。故文中以液壓式PRT為研究對(duì)象進(jìn)行闡述。

2 PRT安裝實(shí)施步驟

2.1 施工準(zhǔn)備

1）海管已進(jìn)行水下切割完畢，確保切割端面與垂直方向夾角小于10°，若大于10°將嚴(yán)重影響PRT的順利安裝，如圖3所示。2）潛水員或ROV需要檢查切割端口是否平整，若有毛刺將影響安裝，需要打磨毛刺；若海管內(nèi)部有海生物或障礙物將影響PRT安裝，需要進(jìn)行清理。3）海管端頭位置清理出安裝PRT所需空間為長4 m ×寬1 m×高1 m。通常有兩種方案：a.將管頭吹坑（如圖4）；b.將管頭墊高（如圖5）。4）測(cè)量管頭端面與垂直方向上的夾角，滿足安裝要求即可。

圖3 端面角度示意圖

圖4 管頭吹坑示意圖

圖5 管頭墊高示意圖

2.2 甲板測(cè)試

為確保各項(xiàng)功能正常，PRT安裝前需要進(jìn)行甲板測(cè)試：1）采用液壓泵，加入液壓動(dòng)力，查看滾珠軸承是否能夠自由伸縮，如圖6所示；2）當(dāng)軸承處于收縮狀態(tài)時(shí)，檢查每個(gè)滾珠是否凸出卡緊狀態(tài)；3）吊機(jī)起吊PRT，調(diào)整其下方姿態(tài)，使其端部向下傾斜，保持10°左右傾角，如圖7所示：4）各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，準(zhǔn)備下放安裝PRT。

圖6 PRT甲板功能測(cè)試

圖7 PRT下放姿態(tài)調(diào)整

2.3 PRT下放安裝

PRT下放安裝具體步驟：1）主吊機(jī)下放PRT至管頭位置，ROV監(jiān)控下放過程，如圖8所示；2）PRT下放到位后，由ROV觀察其尖端與海管處于同一高度；3）ROV推動(dòng)PRT尾部，使其緩慢插入海管；4）插入過程中，ROV監(jiān)督指揮吊機(jī)，緩慢下放，使PRT端部順利插入海管內(nèi)部，如圖9所示；5）插入約0.5 m后，主作業(yè)船以DP模式沿海管方向前進(jìn)2 m，PRT完全插入海管內(nèi)部，如圖10所示；6）PRT完全插入海管以后，由PRT設(shè)備工程師、ROV監(jiān)督、現(xiàn)場(chǎng)指揮人員等各方進(jìn)行確認(rèn)；7）確認(rèn)后，準(zhǔn)備拆除吊裝支架，ROV逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)鎖緊把手90°，如圖11所示；8）松開機(jī)械手，使把手自然下垂，ROV指揮吊機(jī)緩慢起吊、回收吊裝支架，如圖12所示；9) ROV將快速接頭（hot stap）插入PRT，并開啟液壓系統(tǒng)；10) ROV通過快速接頭將液壓動(dòng)力輸入PRT，使其卡緊海管；通過壓力表變化，確定輸入壓力達(dá)到PRT工作要求，如圖14所示；11)確認(rèn)PRT卡緊海管后，ROV拔掉快速接頭，完成PRT安裝工作。

圖8 ROV監(jiān)控PRT下放過程

圖9 ROV插入PRT過程

圖10 PRT完全插入海管內(nèi)部

圖11 ROV逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)閥門

圖12 回收吊裝支架

圖13 ROV插入快速接頭

圖14 ROV監(jiān)控壓力表變化

3 PRT安裝技術(shù)建議

通過對(duì)PRT安裝技術(shù)進(jìn)行研究，提出以下幾點(diǎn)建議：1）PRT水下安裝空間有兩種獲取辦法：吹坑和墊高。吹坑效率低，提供空間較小，管口可能下沉，不利于PRT安裝；墊高效率高，提供空間大，且管口向上傾斜，便于PRT安裝；建議采用墊高方案。2）甲板測(cè)試要確保每一個(gè)滾珠均能正常工作，若發(fā)現(xiàn)有個(gè)別滾珠無法正常工作，需進(jìn)行維修后才能繼續(xù)使用，否則存在較大作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。3）PRT應(yīng)用于較淺水深，可采用潛水員和ROV協(xié)同作業(yè)，進(jìn)一步提高安裝效率。4）PRT安裝后須在24 h內(nèi)提升回收海管；若超過24 h，液壓動(dòng)力有所損失，需要重新加壓后才能繼續(xù)使用。5）PRT安裝時(shí)尖端傾斜角度大于海管端口向上的傾斜角度，便于水下安裝。

4 結(jié) 論

據(jù)調(diào)查，近年來海底管道損壞事故逐年增長，海底管道應(yīng)急維修技術(shù)的研究已是當(dāng)務(wù)之急。PRT安裝技術(shù)是海底管道維修技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一。其安裝簡單、使用可靠，是海底管道水上維修技術(shù)方案中的首選提管裝備。研究其安裝技術(shù)，解決安裝過程中存在的問題，進(jìn)一步優(yōu)化安裝過程的技術(shù)細(xì)節(jié)，能夠促進(jìn)海底管道應(yīng)急維修技術(shù)的發(fā)展，對(duì)其他類似項(xiàng)目也有借鑒意義。