深水單點(diǎn)系泊維修中水浮筒保護(hù)性回收與下放工藝的應(yīng)用

傅文志 劉耀江 黃佳瀚 鄭申奎 盧維強(qiáng) 何昱亮

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

中水浮筒保護(hù)性回收與下放技術(shù)是1種在系泊系統(tǒng)維修更換過程對(duì)中水浮筒進(jìn)行保護(hù)性回收與下放的技術(shù)。該工藝能夠在 FPSO 在位不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行作業(yè)，工作量大大減少，提高了施工效率及可靠性，減少了油田的產(chǎn)量損失；利用ROV輔助下水作業(yè)，減少了施工成本[1]。

1 原理概述

內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)是1種廣泛應(yīng)用于浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油輪（FPSO）的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，其通常可以包括6條～12條其結(jié)構(gòu)形式相同的錨腿。深水（水深300 m以上）系泊錨腿一般由調(diào)整鏈（ACT鏈）、上錨纜、中水浮筒、連接板（三角板或四角板）、下錨纜、配重鏈、躺地纜和錨樁等組成如圖1所示[2-4]。

與一般淺水系泊系統(tǒng)不同的是深水系泊系統(tǒng)在錨腿組成部分中由一根錨纜分割為上、下錨纜并通過中水浮筒連接。在錨腿的各組成部分中，上、下錨纜因長(zhǎng)期處于反復(fù)收縮和拉伸的狀態(tài)，經(jīng)過多年的運(yùn)行，其破損的概率相對(duì)最大，當(dāng)損壞達(dá)到一定程度時(shí)，錨纜所能承受的最大安全載荷值將低于單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要求的安全載荷值，必須更換新錨纜以保證FPSO安全。此外，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命一般為10年～20年，到期后如果油田儲(chǔ)量超出開發(fā)之初的估算儲(chǔ)量仍然繼續(xù)生產(chǎn)，就需要更換整個(gè)單點(diǎn)系泊錨腿以保證FPSO延壽期間的生產(chǎn)安全，這其中也包括上、下錨纜的更換。

圖1 深水單點(diǎn)系泊系統(tǒng)錨腿的結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)FPSO在位錨纜更換工作中，由于中水浮筒連接于上、下錨纜之間，因此中水浮筒的保護(hù)性回收與下放是錨腿回收與下放程序中的重要組成部分。在回收錨纜前，須先在水下配置連接中水浮筒的回收索具。目前通常是由作業(yè)人員采用飽和潛水的方式完成中水浮筒回收索具的安裝，這種作業(yè)方式增加了施工成本，工作效率低，對(duì)作業(yè)人員的要求較高，且不安全。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，該工藝提供1種深水單點(diǎn)系泊中水浮筒回收下放系統(tǒng)及方法，能夠在FPSO在位不停產(chǎn)不解脫的情況下進(jìn)行作業(yè)，在作業(yè)過程中利用ROV輔助下水作業(yè)，減少了施工成本。

2 中水浮筒回收下放設(shè)備介紹

中水浮筒回收下放作業(yè)中要求的主要設(shè)備有錨系處理船、水下機(jī)器人（ROV）、索接頭限位裝置、中水浮筒存儲(chǔ)支架。

在中水浮筒回收下放施工作業(yè)中，各類設(shè)備各有作用，并相互聯(lián)系，共同協(xié)作完成中水浮筒回收下放工作。因此，在項(xiàng)目施工時(shí)，必須了解各類設(shè)備的功能特性以及互相交互工作時(shí)的操作流程。

2.1 錨系處理船

錨系處理船應(yīng)該包括能吊裝中水浮筒所需的吊機(jī)和絞車，并集成ROV在錨系處理船上。錨系處理船用于進(jìn)行系泊系統(tǒng)的鋼纜更換作業(yè)。

吊機(jī)用于將所述中水浮筒回收索具下放入水至中水浮筒上的卸扣附近，并通過ROV的輔助，將所述中水浮筒回收索具連接至所述卸扣上；以及用于在所述中水浮筒浮出水面后，連接至所述中水浮筒回收索具進(jìn)行所述中水浮筒的吊裝回收。

絞車用于通過ROV的輔助連接至ACT鏈上的ACT鏈索具，進(jìn)行所述ACT鏈和第一上錨纜的回收。

2.2 水下機(jī)器人

如圖2所示，水下機(jī)器人的主要作用是代替常規(guī)水下作業(yè)用的潛水員，提供1種高效安全的索具安裝、施工監(jiān)控的方式。

圖2 水下機(jī)器人

2.3 索接頭限位裝置

如圖3所示，索接頭限位裝置用于固定上錨纜與下鋼纜的錨纜上索接頭，以便于拆除ACT鏈與上錨纜的以及上鋼纜與下鋼纜和中水浮筒之間的連接。

2.4 中水浮筒存儲(chǔ)支架

如圖4所示，中水浮筒儲(chǔ)存支架用于所述中水浮筒回收至甲板，拆除與上下鋼纜連接后的臨時(shí)存放。

2.5 中水浮筒安裝支架

如圖5所示，中水浮筒安裝支架用于所述中水浮筒回連接至與上下鋼纜，以及輔助下放。

圖3 索接頭限位裝置

圖4 中水浮筒臨時(shí)存儲(chǔ)支架

圖5 中水浮筒安裝支架

3 系泊系統(tǒng)中水浮筒回收下放工藝設(shè)計(jì)

參考國(guó)內(nèi)的系泊系統(tǒng)維修工程中中水浮筒回收與下放實(shí)際施工應(yīng)用，總結(jié)得中水浮筒回收與下放工藝主要包括中水浮筒回收索具的預(yù)安裝、吊機(jī)回收中水浮筒、中水浮筒臨時(shí)存放、中水浮筒的下放。

3.1 中水浮筒回收索具的預(yù)安裝

在進(jìn)行系泊系統(tǒng)的鋼纜維修前，錨系處理船需要前往中水浮筒位置，利用ROV對(duì)中水浮筒回收索具進(jìn)行預(yù)裝。如圖6所示，預(yù)裝索具需要攜帶信標(biāo)，以便于后續(xù)跟蹤中水浮筒的位置以及水深狀況。此過程僅僅需要ROV進(jìn)行操作，不需要潛水員的輔助。

3.2 吊機(jī)回收中水浮筒

在系泊系統(tǒng)鋼纜維修過程中，F(xiàn)PSO下放ACT鏈，ROV連接錨系處理船上的絞車至ACT鏈上的ACT鏈索具，利用錨系處理船上的絞車回收ACT鏈及上錨纜至甲板，利用索接頭限位裝置將上錨纜的上錨纜上索接頭固定在錨系處理船上，拆除ACT鏈。

絞車?yán)^續(xù)回收上錨纜，直至中水浮筒浮出水面；甲板人員打撈中水浮筒回收索具，并連接至錨系處理船上的吊機(jī)，進(jìn)行中水浮筒吊裝。

在中水浮筒回收過程中，需要吊機(jī)、絞車、船舶等多方密切協(xié)作，以確保中水浮筒保護(hù)性回收至甲板。

中水浮筒回收過程： 1） ROV以及定位系統(tǒng)監(jiān)控中水浮筒的實(shí)時(shí)位置。2） 吊機(jī)與預(yù)裝索具連接。3） 吊機(jī)回收中水浮筒，船舶配合調(diào)整layback以及絞車配合調(diào)整鋼纜受力情況。4） 吊機(jī)將中水浮筒回收至甲板如圖7所示，索接頭限位裝置對(duì)下鋼纜索接頭進(jìn)行限位，拆除中水浮筒與上下鋼纜的連接。

3.3 中水浮筒臨時(shí)存放

在中水浮筒臨時(shí)存放，在中水浮筒回收上船后，甲板作業(yè)人員利用3根尾繩固定中水浮筒。

拆除中水浮筒與三角板之間連接的銷軸，該銷軸為螺桿設(shè)計(jì)，拆除保險(xiǎn)銷與螺母。然后拆除取下銷軸；完成拆除后將中水浮筒存放至中水浮筒存儲(chǔ)支架上（如圖4所示），儲(chǔ)存支架需要不干擾鋼纜回收路徑。

完成中水浮筒臨時(shí)存放后，繼續(xù)進(jìn)行系泊系統(tǒng)下放的更換，直至重新將新的下放鋪設(shè)至端頭處，需要與中水浮筒以及上鋼纜連接處。

3.4 中水浮筒下放

鋪設(shè)至新下鋼纜上索接頭時(shí)，升起導(dǎo)向樁甲板作業(yè)人員在導(dǎo)向樁處安裝索接頭限位器固定索接頭，拆除絞車鋼絲繩與索接頭的連接。

連接新上鋼纜與三角板；新上鋼纜絞車回拉鋼絲繩，將三角板拉至船中合適位置。

根據(jù)三角板索接頭位置，甲板作業(yè)人員安裝中水浮筒的安裝支架。

甲板作業(yè)人員安裝中水浮筒下放索具，將中水浮筒從儲(chǔ)存支架吊至安裝支架如圖5所示。

甲板作業(yè)人員利用千斤頂以及手扳葫蘆連接中水浮筒與三角板。

吊機(jī)吊起中水浮筒，甲板人員移除中水浮筒安裝支架。

吊機(jī)配合新上鋼纜絞車將中水浮筒下放入水，ROV監(jiān)控。

當(dāng)浮筒頂部入水以后，吊機(jī)鉤頭，采用打雙（回頭纜）方式連接。當(dāng)浮筒頂部入水以后，由甲板拆除回收吊裝索具。

繼續(xù)進(jìn)行新上鋼纜的鋪設(shè)，直至完成鋼纜更換作業(yè)。

4 中水浮筒保護(hù)性回收與下放技術(shù)工程應(yīng)用分析

我國(guó)南海海域某系泊系統(tǒng)鋼纜維修更換時(shí)，應(yīng)用到了中水浮筒保護(hù)性回收與下放技術(shù)。在該維修更換項(xiàng)目中，要求對(duì)在FPSO在位不停產(chǎn)的情況下對(duì)損壞鋼纜進(jìn)行更換，要求快速高效地完成鋼纜維修更換作業(yè)，其中中水浮筒進(jìn)行保護(hù)性回收，作為關(guān)鍵技術(shù)有效地避免了新中水浮筒的采購(gòu)以及安裝過程，極大地降低的項(xiàng)目成本，縮短了項(xiàng)目流程。其作業(yè)水深在300 m，并且全過程不采用飽和潛水進(jìn)行作業(yè)，僅適用ROV輔助。

圖6 中水浮筒回收索具示意圖

圖7 中水浮筒回收示意圖

通過對(duì)項(xiàng)目中中水浮筒的回收下放的分析，總結(jié)出以下需要注意的地方以及可以進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)的地方。

浮筒安裝分析如下所述。回收或下放浮筒時(shí)，要保證合適的船舶位置如圖8所示，有以下3點(diǎn)要求：1） 保證浮筒不會(huì)與船艉發(fā)生接觸或碰撞，此時(shí)要求較大的懸鏈線投影長(zhǎng)度（layback）以提供來自錨方向的水平力。2） 保證吊機(jī)具有安裝浮筒的能力，此時(shí)要求略小的layback以降低提升力。3） 保證Upper wire回收長(zhǎng)度變化和船位變化相配合。

位置選取：分析時(shí)采取365m（距離轉(zhuǎn)塔中心），此時(shí)layback為130 m。實(shí)際施工時(shí)采取380 m。

艏向選取：沿著錨腿方向，建議實(shí)際略調(diào)整船舶艏向，以減少吊機(jī)的側(cè)向角度。

5 結(jié)語

該工藝通過錨系處理船上的吊機(jī)將中水浮筒回收索具下放入水至中水浮筒上的卸扣附近，利用ROV輔助將中水浮筒回收索具與卸扣連接；FPSO下放ACT鏈，利用ROV連接錨系處理船上的絞車至ACT鏈，利用絞車回收ACT鏈及第一上錨纜至甲板，拆除ACT鏈；絞車?yán)^續(xù)回收第一上錨纜直至中水浮筒浮出水面；將中水浮筒回收索具連接至錨系處理船上的吊機(jī)，進(jìn)行中水浮筒吊裝；將中水浮筒吊裝回收上船并固定后，拆除中水浮筒，并存放至中水浮筒儲(chǔ)存支架上。該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)在FPSO在位不停產(chǎn)不解脫的情況下，進(jìn)行錨腿的維修或更換作業(yè)，避免了FPSO的解脫與回接等工作，工作量大大減少，提高了施工效率及可靠性，且減少了油田的產(chǎn)量損失和產(chǎn)值損失；在作業(yè)過程中利用ROV輔助下水作業(yè)，完成索具的安裝、解脫等工作，不需要作業(yè)人員進(jìn)行飽和潛水作業(yè)，減少了施工成本，提高了作業(yè)效率和作業(yè)的安全性。

圖8 中水浮筒安裝分析示意圖