舷側PLET安裝多功能支撐框架的研究與應用

劉凱，樊鶴，牛強，劉月舟，高慶有(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

目前，我國淺水海域的油氣產量已逐步接近飽和，油氣開采工程逐步與國際接軌邁入深水、超深水領域。深水海底管道中有一種常用的裝置叫做管端結構物(pipeline end termination,PLET)。小尺寸的PLET一般可以通過鋪管船作業線隨海管直接安裝，但大尺寸的PLET受限于鋪管船作業線的狹窄空間無法在線安裝，此時就需要一套PLET舷側安裝系統來安裝，某深水鋪管船裝備了國內首套PLET舷側安裝系統，但是該系統與不同尺寸PLET之間的匹配性問題并未得到很好的解決。文章介紹的多功能支撐框架可極大的拓展該系統適用范圍，并間接有助于PLET在設計階段的優化。

1 管端結構物PLET及舷側下放系統

1.1 PLET

通常在淺水海域的油氣田開發項目中，海底管道鋪設完成后，會通過膨脹彎、立管等連接到導管架上部的生產設施中。而在深水油氣田中，固定式的導管架已經不再適用，通常會采用水下采油樹等純水下裝備，所以海管鋪設完成后通常會在管端安裝一個結構物，然后通過飛線等管線連接至其他水下設施[1]。

不同的項目，由于管徑不同，相應的PLET的尺寸也就不同，小尺寸的PLET可通過作業線直接焊接在管線上隨海管入水。而大尺寸的PLET則必須在舷側安裝，即將海管從舷側回收上來，焊接安裝PLET，然后再下放至海底。

1.2 舷側下放系統

PLET舷側下放系統簡稱PLS，即PLET Lowering System，是深水海管管端結構物安裝的有效利器，國際上比較先進的海洋工程公司都擁有此項設備。

主要包括：A字架、滑輪系統(導向滑輪、定滑輪等)、液壓缸系統、支撐腿、對中系統、懸掛鎖緊系統等。

海管回收至舷側系統，將懸掛法蘭放在懸掛卡具中，切割封頭并移除，PLS系統放置水平，將PLET放置在PLS系統上，PLS翻轉至設計角度，通過液壓系統實現PLET與海管對口焊接，PLET脫離PLS，逐步下放至海底設計位置。

1.3 安裝過程中的風險點

(1)由于A/R纜軸線與PLS自身掛點間隙過大，PLET與PLS無過渡式匹配，需要PLET尺寸加大，造成運輸難度增加，下放過程中海管彎矩過大，屈曲風險增大；

(2)焊接完成后，PLET處于懸掛狀態，上掛點需承受絕大部分的力，鑒于PLS原配掛鉤的結構形式，在脫鉤階段，可能出現無法脫鉤的情況；

(3) PLET上預留的尾管長度與Collar管預留長度在設計階段就確定完成，但實際施工過程中可能會出現誤差，且PLS自身的調節距離有限，可能會造成無法焊接對口的重大事故；

由此，為降低PLET設計過于復雜，提高PLET海上安裝效率，降低海上安裝的風險，設計了這套深水海底管道管端結構物(PLET)適配裝置。

2 多功能框架研究

針對以上安裝過程中的風險點，需要設計一個適當的結構件，將不同尺寸的PLET與PLS適當的匹配起來，主要內容如下：

2.1 PLET多功能支撐安裝框架解決PLET與PLS配合間隙問題

小管徑PLET尺寸較小，而A&R纜繩與PLET懸掛軸線到PLET支撐框架間隙大，約有1.6 m。以流花16-2及流花29-1項目為例，一共有12個PLET，尺寸分別為152.4 mm (6吋)、254.0 mm (10吋)、304.8 mm (12吋)、355.6 mm(14吋)，PLET與PLS間隙最大是880 mm不同PLET尺寸與PLS間距不一樣，每種PLET底部為了適應PLS都需要加厚墊板，一則造成PLET重量增加，造成運輸難度增加，下放過程中海管彎矩過大，屈曲風險增大；二則增加了PLET的高度，對其穩定性造成影響。

增加新設計的適配裝置后，配合不同高度的掛點，可以為各種尺寸的PLET提供穩定可靠的懸掛點，對于小尺寸PLET來說，極大的減輕了重量，降低了PLET本體設計量，減小了運輸過程中的困難，同時也減小PLET下放過程中對海管造成的彎矩，對海管安全性有更好的保障。對于大尺寸PLET來講，可以將此框架移除，也不影響其安裝[1]。

2.2 PLET多功能支撐安裝框架解決PLET與PLS連接及快速脫扣問題

原掛點采用的液壓鉤子的形式，在PLET放入掛點后，通過液壓翻轉，扣住銷軸，實現鎖死。該種掛點由于結構比較特殊，PELT需要按照此形式進行設計，為整體設計增加了難度及工作量。另一方面，在焊接完成后，PLET處于懸掛狀態，上掛點需承受絕大部分的力，鑒于PLS原配掛鉤的結構形式，在脫鉤階段，可能出現無法脫鉤的情況，構成風險隱患。

在設計安裝適配裝置后，PLET掛點直接做成簡單的圓形支撐腿即可。在進行組對焊接前，需要將PLET水平吊裝至PLS上，與PLS進行配合，該適配裝置上設計了一對掛點和一對導向點，頂部的上掛點一側寬度比較大，一側縱向長度比較大，這樣當PLET吊裝到PLS可以快速進行配合，隨著A字架的提升，PLET與PLS實現穩定可靠的配合并可以防止滑脫。

PLET與海管焊接完畢后，需要進行張力轉換，將懸掛卡子上的張力轉換至A&R纜上，由于該支撐框架(如圖1所示)掛點上部沒有約束，因此PLS可通過提升A&R纜快速將PLS上的張力迅速轉換至A&R纜，從而實現PLET下放安裝。

圖1 多功能框架設計圖

2.3 多對掛點螺栓孔解決了PLET尺寸或Collar管長度誤差原因導致無法對口的風險

在安裝設計階段，通常已對Collar管兩端長度及PLET尾管長度確定，而實際生產過程中及終止棄管時難免產生一定的誤差，若誤差超出了PLS自身的調節范圍，那么就可能造成無法焊接的事故，只能重新棄管，作業線回收管線重新切割長度。造成重大的工期及成本損失。

該適配裝置設計了多個掛點螺栓孔(如圖2所示)，當對口距離不合適時，可以將PLS重新調至水平，調至掛點位置，實現順利對口焊接，從而避免了重新棄管或切口的風險[2]。

圖2 懸掛框架主框架設置多個調節螺栓孔

3 工程應用

南海某項目作業水深392 m至404 m，其中包括4套355.6 mm(14吋)PLET、4套254 mm(10吋)PLET，均為分體YOKE式PLET，即預先將防塵板放置在海底，然后再將PLET放入防塵板中，此種形式對于安裝精度要求極高，詳細尺寸重量信息如表1所示。

表1 PLET信息表

不同項目的PLET，支腿的長度及圓盤直徑不同，根據PLET支撐腿尺寸，制作了相應的上下掛點，圓盤間隙3 mm，防止加工誤差。多功能支撐框架在此項目中首次成功應用，解決了PLS與PLET之間的匹配問題，提高了快速脫鉤效率，每套PLET節省約2 h，共計節省船隊約16 h的成本，驗證了該框架的可行性與可靠性，為后續項目施工積累了豐富的經驗。

4 結語

目前國內深水油氣田開發穩步推進，其中深水海管管端結構物(PLET)是必不可少的水下設施，國內最先進的深水起重鋪管船HYSY201船安裝了國內首套PLET舷側安裝系統[2]，為此裝置專門研發的PLET安裝多功能支撐框架成功的解決了PLS系統與PLET之間的匹配問題、下放時快速脫離問題、預留管長度不精準問題，并成功應用于流花16-2、流花29-1及陵水17-2等眾多深水PLET安裝項目，為同類型的安裝項目成功實施積累了經驗。