海底水平連接器應用實例及關鍵技術

陸予洋，蔣喻栓，李濤，劉京仕(深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

近年來，我國南海范圍內探明并逐漸進行開發的油氣田資源儲量十分可觀。多個國內外公司和組織機構的分析、評估結論都大致相同，均認為南海潛在油氣資源儲量巨大，且深水區域中所蘊含的油氣資源占整個海域總量的70%以上。水下生產系統作為目前深水油氣開發過程中的重要一環，其中最關鍵、基礎的一部分工作就是將海底的采油樹、生產管匯、管線終端及動力單元等設施連接起來，使之成為一個整體。除了電、液飛線及通訊電纜之外，海底結構物間的各種跨接管線安裝連接均離不開水下連接器的使用[1]。通過水下機器人ROV(Remotely Operated Vehicle)協助進行連接器水下操作并提供液壓動力等完成管線的連接。目前，已有多家外國公司擁有了成熟的深海管道連接器技術，且產品在各油田建設中廣泛運用形成系列化，例如：Cameron，FMC，Oil States等等。UCON-H水平連接器便是其中具有代表性的一款連接器，主要用于采油樹及相關水下設施間水平跨接管線的安裝使用。

1 UCON-H連接器介紹

1.1 UCON-H連接器本體

UCON-H水平連接器采用卡爪式連接設計，如圖1所示，主要由連接母座(Inboard Hub)、終端接頭(Outboard Hub)及密封鋼圈組成，且產品可覆蓋多種尺寸的管線連接。

圖1 UCON-H 水平連接器

1.2 UCON-H連接器配套工具

搭配相關專用連接工具，如圖2所示，由ROV操作完成水下安裝、連接。

圖2 UCON-H連接器及相關水下工具

(1)CAT(Connection Actuation Tool) 鎖緊驅動模塊；

(2)SST(Sealine Stroke Tool)拉伸工具；

(3)TIF(Tool Interface Frame)工具搭載框架；

(4)HCT(Hub Cleaning Tool)清洗工具；

(5)SRT(Seal Replacement Tool)密封圈更換/安裝工具；

(6)HIC(Hub Inspection Camera)檢查用攝像頭；

(7)4 L/6 L Jumper液壓跳線；

(8)Guide Post/Lifting Anchor/ROV Grabber Post等輔助工具。

2 應用實例

近期，在南海某深水油氣田建設過程中便選用了UCON-H水平連接器來進行采油樹與管線終端間跨接管線的安裝連接，填補了該類型作業在國內的空白，積累下寶貴的經驗。

2.1 SIT陸地完整性測試階段

開展SIT測試，如圖3所示，通過Dummy ROV進行模擬試驗，確認水下施工中各步驟ROV空間位置情況，為后續海上作業提前做足功課，以提高安全施工效率。

圖3 Dummy ROV測試管線終端處連接器安裝空間

2.2 海上安裝作業階段

UCON-H水平連接器根據柔性管線管徑的不同其連接器接頭結構及所配套使用的水下安裝工具有些許不同，但作業流程與原理大致相同。本文以14寸跨接管線安裝為例，歸納總結典型的安裝流程。具體內容及相關注意事項如下所示。

(1)ROV預調查、導向柱安裝：

作業支持船舶抵達現場后，ROV進行預調查，并輔助完成導向柱就位、鎖緊。

(2)甲板準備，跨接管線入水下放：

柔性跨接管線由吊機牽引從滾筒釋放，由ROV持續監控下放至海底。

(3)跨接管線姿態調整，落座就位：

調整跨接管姿態，使連接器沿導向柱落座切入連接母座。

(4)使用配套工具鎖緊連接器：

ROV使用各水下工具進行UCON-H連接器鎖緊連接。該過程中主要以CAT及SST工具上的壓力表讀數作為參考，同時通過攝像頭從側面觀察連接器上的標記線等判定是否達到作業程序標準。

(5)進行背壓測試，回收水下工具：

ROV攜帶背壓測試工具對連接器接頭進行密封測試，確認其接頭密封性達標后回收所有水下安裝工具。

3 相關經驗及關鍵技術

項目的順利實施離不開多方人員的傾力配合，提前進行海上施工沙盤模擬及陸地測試，有針對性地預先對難點步驟進行深入探討并制定相應的解決、應急方案，是使得整體項目作業能有序開展的基礎。深水作業時，嚴苛的環境給水下安裝帶來了不小的挑戰，UCON-H水平連接器安裝過程中，每一步都須嚴格按照施工作業計劃執行，仔細檢查每一個環節是否達標，以確保最終跨接管線的順利安裝。

施工作業方面，由于跨接管線整體長度較長需要多次在甲板、水下進行吊點位置調整，其所用吊裝的鎖具組合需根據跨接管線及支持船舶甲板裝船布局等情況預先設計并通過模擬校核滿足安全標準，同時便于甲板準備期間的負載轉換和ROV在水下進行鎖具解、掛鉤等操作。在安裝過程中，通過合理調整支持船舶位置、艏向，讓兩臺搭載不同外接工具的ROV相互協作，實現一次入水完成整套連接器安裝全流程操作，能極大程度提升連接器安裝效率。針對該類作業的多種工具使用需求，也可對ROV做一定的適應性改進，例如加裝水下液控換向閥、合理調整ROV自身浮力等，便于ROV在水下驅動、操作相關工具進行作業。

連接器設計方面，UCON-H連接器的設計是基于水下采油樹及相關水下生產設施來進行配套使用的[2]。其中，連接器KX 型金屬密封圈材料的屈服極限，卡爪的強度與法蘭面鎖緊的穩定性等關鍵因素共同決定了連接器在深水環境下安裝及密封的可靠性。以巧妙的機械、液壓設計實現卡爪式連接器在水平端連接的應用，呈模塊化的工具設計從各方面細節上都是為了便于ROV能在水下操作。并設有指示線與壓力表等參照，最大限度輔助、確保連接過程中各步驟達到設計標準。

4 結語

國內深海油氣開發起步較晚，雖然近年來在部分領域已取得了突破性進展，但還有許多相關的技術、人才儲備依然欠缺。從首次順利完成跨接管線水平連接安裝到真正完全掌握該項技術、設備設計制造仍有很長一段距離。總結歸納目前實際項目中的技術應用與經驗，包括連接器的結構原理與海上作業相關經驗積累等，為后續海洋工程裝備的探索研究及深水油氣田開發建設打下一定的基礎。