水下生產系統電液飛線安裝工藝對比

黃佳瀚 盧維強 吳仁輝 鄔智慧 代曉廣

（深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067）

0 引言

水下生產系統由于其高效、低成本等特點已經成為深水油氣田開發的主流模式[1]。電、液飛線是水下生產系統中的重要組成部分，一般用于連接水下分配系統與水下控制系統，起到傳遞液壓動力、電力和通信信號的作用，是關系到生產區塊正常運行的重要“生命線”[2]。電飛線主要給水下控制模塊提供電力和傳輸電信號，液飛線主要給水下設施提供液壓動力和各類化學藥劑。一般來說，上部平臺的信號指令通過臍帶纜傳輸到臍帶纜終端，再通過飛線傳輸至水下設施（采油樹、采氣樹等）進而達到控制各類水下設施的目的。同時，水下設施的運行狀況也通過飛線反饋到上部平臺。

隨著400 m水深級南海流花16-2油田群和1 500 m水深陵水17-2油田的開發，標志著我國深水油氣田開發進入新開發階段，水下生產系統大規模發展應用。目前國內海洋油氣開發中對水下生產系統的應用越來越廣泛，研究飛線安裝技術對控制項目施工成本具有重要意義。電液飛線的安裝方案主要有2種：水平鋪設式和水下展開式安裝方案，該文簡要介紹這2種安裝方案，并進行對比。

1 水平鋪設式安裝方案

水平鋪設式是將飛線放在特制的卷盤或滾筒中，通過船舶吊機、張緊器、絞車和卷盤協同合作將飛線鋪設至設計路由上，再通過水下機器人進行回接的一種安裝方法。水平鋪設式安裝方案所需設備及其布置方案如圖1所示。

圖1 水平鋪設式安裝方案設備布置

1.1 適用對象

水平鋪設式安裝方案一般適用于水深較深、管體為鋼芯管、抗拉強度較大、抗壓強度較大和最小彎曲半徑較大難以盤繞在飛線架上的液飛線類型。

1.2 關鍵設備選型

根據設備工具的功能劃分，水平鋪設式安裝方法所需的主要設備包括存儲設備、驅動設備、導向和支撐設備、絞車、ROV工具、浮塊和配重塊。

1.2.1 存儲設備

存儲設備主要用于安裝階段存儲飛線。對于水平鋪設方案，飛線的存儲設備主要包括2種類型：滾筒或儲纜盤。在制定存儲方案時，主要考慮以下幾點：飛線交貨方式、最小彎曲半徑、接頭固定方案、存儲能力以及占用甲板面積。

1.2.2 驅動設備

驅動設備主要用于驅動儲纜設備，將飛線從儲纜設備中釋放出來。驅動設備主要包括3種：滾筒驅動系統、轉盤和張緊器。滾筒驅動系統用于驅動滾筒旋轉，轉盤用于驅動儲纜盤轉動，以此達到釋放飛線的目的。轉盤又分為動力式轉盤和無動力轉盤，無動力轉盤則須使用張緊器牽引飛線[3]。

驅動設備的選擇主要考慮：類型、尺寸和重量、驅動力要求和飛線鋪設的最大拉力等。對于張緊器，還須特別考慮液飛線的直徑、抗擊壓力和線體表面摩檫力等，避免牽引飛線時損傷飛線線體。

1.2.3 導向和支撐設備

導向和支撐設備包括水平導向弧板、入水橋和支撐架等，主要用于飛線支撐和路由導向。根據飛線甲板鋪設路由，在合適位置安裝導向弧板和支撐架；在飛線入水位置安裝下水橋。導向和支撐設備主要用于避免飛線鋪設過程中過彎或磨損。

1.2.4 絞車

絞車主要用于在甲板上牽引飛線，使飛線轉移至鋪設路由。同時，在飛線末端下水時，臨時懸掛飛線。絞車選型主要考慮牽引力和工程船上的動力源。

1.2.5 ROV工具

ROV（水下機器人）工具主要包括扭矩工具（Torque Tool）、方向導向工具（FLOT）和液壓剪等[4]。扭矩工具和FLOT主要用于將飛線接頭連接至目標設施；液壓剪則用于應急情況下切割索具或飛線。

1.2.6 浮塊和配重塊

浮塊的作用是在水中平衡飛線接頭重量，使飛線接頭距離海床一定高度，避免接頭觸泥，同時也便于ROV回接飛線至目標設施。另外，需要1個配重塊用于控制飛線接頭位置。

1.3 施工方案

液飛線水平鋪設主要施工步驟包括首端入水、正常鋪設、末端入水、路由段鋪設、飛線回接、路由調整及安裝后調查。

1.3.1 首端入水

液飛線首端解除固定后，驅動設備配合吊機先將飛線首端從存儲設備中牽引出來，飛線通過支撐設備和張緊器，最終放置在入水橋前。在下水橋位置連接配重塊、浮塊和索具，再將飛線首端起吊入水。為了避免索具纏繞飛線，浮塊和配重塊也可以在首端入水后，由ROV水中連接。首端入水過程如圖2（a）所示。

1.3.2 正常鋪設

首端入水后繼續正常鋪設，直到末端即將從卷盤中出來。正常鋪設時，需要在管體上綁扎猴拳繩用于ROV水下調整路由。在末端接頭附近綁扎1個拖拉網套用于連接絞車鋼絲繩。

1.3.3 末端入水

在解除首端與吊機的連接以及末端的固定前，液飛線應先與絞車連接。液飛線與絞車連接，絞車完全承載飛線重力后，再解除末端固定。吊機慢慢將飛線末端牽引至入水橋前，連接配重、浮塊和索具。吊機和絞車配合，將飛線末端下放入水。飛線接頭到底一定水深后，吊機完全承載所有飛線重量，ROV解鉤絞車鋼絲繩。吊機繼續下放飛線至海床上。末端入水過程如圖2（b）所示，圖2（c）則為飛線通過下水橋，完全入水示意圖。

圖2 飛線鋪設入水過程

1.3.4 路由段鋪設

路由段鋪設主要是指將飛線鋪設到海床上的設計路由上。工程船吊機將飛線首端接頭的配重塊下放至設計位置，工程船移船和吊機下放互相配合，將飛線鋪設至設計路由上，最后吊機將末端接頭的配重塊下放至海床上。

1.3.5 飛線回接

飛線回接工作主要由ROV完成。ROV先將扭矩扳手插入液飛線接頭中，再將液飛線接頭攜帶至目標設施對應的接口附近，將飛線接頭插入并鎖緊。ROV 進行飛線回接示意圖如圖3所示。

圖3 液飛線水下回接

1.3.6 路由調整及安裝后調查

ROV通過牽引液飛線上的猴拳繩調整飛線線體至設計路由。ROV攜帶定位信標進行飛線路由調查和視頻錄像。

1.4 主要特征

水平鋪設安裝方案涉及的設備資源較多，索具復雜，對海況、船舶性能等要求較高。該方案須利用吊機將液飛線整體吊裝在水中，飛線頂部將會承載飛線所有重力，要求飛線具有較大的抗拉強度。張緊器夾持飛線、飛線過下水橋時將要承受較大的擠壓力，要求飛線具有較強的抗擠壓力。采用水平鋪設式安裝方案時，須重點研究飛線的特征和受力情況，在制定方案時，有必要進行吊裝受力分析和鋪設過程模擬分析。

2 水下展開式安裝方案

水下展開式是先在陸地或工程船甲板上將飛線盤繞在飛線架上，并綁扎固定。工程船吊機將整個飛線架吊裝下放至海床上，再由ROV完成飛線牽引鋪設和接頭回接。水下展開式安裝方案示意圖如圖4所示。

圖4 水下展開式安裝方法

2.1 適用對象

一般來說，只要能盤繞在飛線架上的飛線都能使用水下展開式安裝。電飛線由于其柔性好，彎曲半徑較小，通常均采用水下展開式安裝方案。部分液飛線其彎曲半徑較小，重量較輕，剛性較小，也適用于水下展開式安裝方案。

2.2 設備選型

水下展開式安裝方案主要施工資源包括飛線架、ROV工具和浮球。

飛線架可根據飛線的最小彎曲半徑、接頭類型、接頭重量和盤線數量進行設計和制造，海床地質情況和飛線架著泥后的穩定性也是飛線架設計的重要考慮因素。在設計時，可以考慮一個飛線架盤繞多根飛線，減少飛線架吊裝入水和回收的次數，提高海上安裝效率。

ROV工具同水平鋪設式方案一樣，主要用于飛線回接和應急切割棄置。

浮球主要用于在水中平衡飛線接頭重量，便于ROV回接飛線。選擇浮球時，浮球浮力大于飛線接頭重力為宜，避免ROV失壓后，飛線接頭掉落至海床上而受損。

2.3 施工方案

在陸地或甲板先將飛線盤繞至飛線架上，并用綁扎帶將飛線接頭及管體固定在飛線架上。在飛線管體上每隔一段距離綁扎一個猴拳繩，用于ROV調整飛線路由。電液飛線盤繞在飛線架上的狀態如圖5所示。

圖5 電液飛線盤線后狀態

吊機將飛線架下放至飛線設計路由中間，ROV將飛線接頭從飛線架取下，并攜帶飛線巡游至目標設施處進行回接，一臺ROV牽引飛線的過程中，需要另一臺ROV在飛線架位置觀察并指揮第一臺ROV牽引運動，避免飛線被飛線架刮傷。部分飛線接頭較重，需要使用浮球平衡接頭重量，以便ROV牽引飛線。飛線兩端回接完成后，由ROV調查和調整飛線路由，并由定位打點記錄。

2.4 主要特征

水下展開式安裝工序較為簡單，使用資源少，索具配置簡單，對船舶性能要求較低。飛線盤線可在陸地完成，避免海上作業的風險，同時也能減少海上工作量。

水下展開式安裝方法對飛線的要求較高：飛線線體和飛線接頭重量需要較輕，否則飛線架難以承載飛線重量，ROV牽引、回接飛線比較困難；飛線彎曲半徑需要較小，否則飛線架須設計結構較大，影響飛線架建造成本和海上吊裝。

3 安裝方案對比

從施工難度來說，水平鋪設式安裝方案海上施工風險較大，甲板吊裝和操作工序復雜，工作量大；水下展開式安裝方案只需要將飛線架吊裝入水，甲板吊裝作業少，工序簡單。從設備需求來說，水平鋪設式安裝方案動用設備工具較多，操作復雜；水下展開式所需要的工具設備較少，操作簡單。從施工效率角度，以南海某深水項目為例，水平鋪設方式平均每根安裝工時約為12 h，水下展開式每根安裝工時約為9.3 h。水平鋪設式安裝方案時效和經濟性明顯低于水下展開式安裝方案。從適用對象角度分析，水平鋪設式安裝方案適用于大尺寸、抗拉和抗擠壓能力強的飛線；水下展開式安裝方案要求飛線接頭輕、線體柔，易于盤繞在飛線架上。因此，2種安裝方案的適用對象有所不同，水下展開式適用于電飛線和部分液飛線安裝，水平鋪設式則主要適用于部分液飛線安裝。電液飛線安裝方案對比見表1。

表1 飛線安裝方案對比

4 結語

電液飛線安裝作為水下生產系統安裝中的重要環節，需特別關注其安裝方案的可行性和經濟性。在制定飛線安裝策略時，優先考慮飛線的適用安裝方法，根據飛線的結構特征和技術參數制定安裝方案，選擇、設計和建造施工設備工具。在飛線能夠同時適用2種方案時，則研究方案的施工成本。一般而言，水下展開式安裝方案比水平鋪設式安裝方案具有更高的經濟性，可優先考慮。