HYSY702船柔性管铺设能力开发分析

梁 稷，武 林，逯晶晶，韦 卓

(1. 深圳中海油服深水技术有限公司，广东 深圳 518067； 2. 中海油服物探事业部水下工程技术中心，天津 300451)

HYSY702船柔性管铺设能力开发分析

梁 稷1，武 林1，逯晶晶2，韦 卓2

(1. 深圳中海油服深水技术有限公司，广东 深圳 518067； 2. 中海油服物探事业部水下工程技术中心，天津 300451)

HYSY702是一艘新型工程服务船舶，定位于满足国内外增长迅速的水下工程市场需求。为进一步拓展HYSY702船的服务能力，总结了柔性管铺设方法，对比了国内外先进柔性管铺设船舶及其对应参数，讨论了HYSY702搭载柔性管道铺设系统的可行性。研究结果可为HYSY702船搭载经过专门设计的柔性管铺设系统实施铺管作业提供借鉴。

工程船；铺管船；柔性管铺设；卷筒；水下工程

0 引 言

随着海上油气田开发水深的不断增加，水下生产系统由于受恶劣天气影响较小、能提高采收率等优点，正备受关注并蓬勃发展[1-2]。水下生产系统可观的经济效益得到世界各大石油公司的广泛关注，在这方面的投资不断增加。国外在欧洲北海、北美洲墨西哥湾和南美洲巴西沿海等海域，我国在南海海域的惠州32-5油田、陆丰22-1油田、流花11-1油田等处，均有采用水下生产系统开发的海上油气田。水下生产系统覆盖水深从几十米到数千米，水下生产技术已经成为开发深水油气田和海上边际油气田的经济、高效手段之一[3-4]。

HYSY702是中海油服从战略高度打造的一艘新型工程服务船舶，定位于满足国内外增长迅速的水下工程市场要求，其主要应用包括：水下井口维护；完井，修井和压井支持；水下弃井作业；路由调查；水下机器人(ROV)支持；饱和潜水作业支持；检验、维护和维修(IMR)；尾部A架舷外作业。本文通过比较国内外先进柔性管铺设船舶及对应参数，对HYSY702搭载柔性管道铺设系统的可行性展开研究，以进一步拓展HYSY702船的市场竞争力。

1 柔性管铺设方法

柔性管具有柔顺性好、易铺设、抗高温高压、耐腐蚀、可模块化设计以及可重复利用的特点[5]。柔性管力学性能优异，是水下管汇之间、管汇与浮体或平台之间以及浮体与平台之间的关键连接纽带，是水下生产系统的重要组成部分。

与刚性管道铺设不同[6-7]，柔性管由于自身的结构特点，从工程需要及铺设经济性而言，不需要庞大的铺管船和张紧器，因此传统刚性管道铺设技术不适于柔性管铺设。目前国内外对于柔性管铺设技术的研究已经取得丰硕成果[8]，但对于柔性管铺设方法的认识还没有统一。根据对国内外柔性管铺设技术的调研，柔性管铺设方法按照管线在铺管船上呈现的形态，可以分为垂直铺设法和水平铺设法；按照柔性管的存储方式，可以分为卷轴铺设和卷盘铺设。下面分别加以介绍。

1.1水平铺设

铺设过程中，管线在铺管船上呈水平状态，这种方式即为水平铺设，如图1所示，其中图1(b)为带张紧器的布置图。一般而言，水平铺设所需张紧力较小，适用于浅水铺设。按照铺设深度和管线属性的不同，可以考虑是否施加张紧器以提供额外张紧力[9-10]。从水平方向的船甲板到近似垂直入水，管线要经过一个过渡设备——下水桥，该设备与管线的接触面主要是弧面形式，以减小管线的局部弯矩，提高铺设能力，是水平铺设方法特有的设备。

图1 水平铺设Fig.1 Horizontal lay

1.2垂直铺设

随着铺设深度的增加，铺设所需的张紧力增加，上弯段管线所受载荷及载荷组合影响管道的安全铺设，需要改变柔性管承受拉力、压力、弯矩和摩擦力的状态。如图2所示，铺设过程中柔性管经过塔架以及放置在塔架内部的张紧器后入水，铺管船上的管线在塔架内呈近似垂直形态，这种铺设方式即为垂直铺设。采用该铺设方法，柔性管的受力状态发生了改变，不再承受弯矩，改变了其失效模式，提高了管线铺设能力。垂直铺设是当前深水柔性管的主要铺设方式。

图2 垂直铺设Fig.2 Vertical lay

1.3卷轴铺设

柔性管在加工、生产完成后，直接于生产场地卷在卷轴之上，用铺管船直接运输并铺设，这种铺设方式即为卷轴铺设。铺设过程中柔性管在铺管船上的存储状态如图3所示。与刚性管卷轴铺设不同，柔性管卷轴铺设多采用近似垂直入水方式，而刚性管入水时与铺管船呈一定的夹角(小于90°)。两者的区别主要在于塔架与铺管船之间的角度。柔性管卷轴铺设的塔架垂直于铺管船，而刚性管卷轴铺设的塔架与铺管船的夹角小于90°，如图4所示。这一区别主要源于柔性管和刚性管的轴向抗拉强度不同：柔性管轴向抗拉强度低，采用垂直铺设可以降低对轴向拉力的要求；而刚性管则可以抵御较大的轴向拉力，能够满足管道呈一定角度入水时的拉力要求。此外，刚性管铺设还需要矫直器消除管道的残余变形，而柔性管铺设则不需要矫直器。根据铺设要求，柔性管卷轴铺设时铺管船可以存储多个卷轴，以满足铺设长度、段数和管道结构安全等要求。卷轴的布置可以是并列的，也可以是串联的，具体视船甲板空间条件、连续铺设条件、甲板面积和强度要求而定。

图3 柔性管卷轴铺设Fig.3 Reel-lay for flexible pipe

图4 刚性管卷轴铺设Fig.4 Reel-lay for rigid pipe

1.4卷盘铺设

铺管过程中柔性管由卷盘存储，如图5所示，即为卷盘铺设。卷轴铺设中的转动轴沿水平方向设置，而在卷盘铺设过程中，转动轴与甲板垂直，且卷盘通常用于单根长管道的存储和铺设，如远距离铺设脐带缆、电缆、柔性管和钢缆等。对于有多接头要求的柔性管，常用卷轴分别装载、铺设。

图5 卷盘铺设Fig.5 Carousel-lay

卷轴和卷盘是柔性管的存储方式，垂直和水平是柔性管铺设时在铺管船上的形态。两种不同的分类方法可以互相交叉，组合为不同的铺设方式。具体到铺设方法的选择，主要依据铺设要求而定。铺设方式组合的简单对比如表1所示。

表1 铺设方式组合对比

与专业的钢管铺设不同，柔性管铺设方法对铺管船的相关设备性能参数和船体的甲板空间都有要求，而且有时还会相互影响。但就目前而言，深水长距离柔性管铺设多采用垂直铺设和卷盘存储的方式，而对于浅水近距离作业，多采用水平铺设方法和卷轴存储方式。作业要求在上述两者之间的，可以根据具体施工条件进行设计。选择组合铺设方式，除了满足项目需求外，很大程度上还要考虑铺管船的具体条件。

2 柔性管铺管船

作为铺设系统的载体，铺管船性能决定了铺设系统的整体铺设能力。国际上从事柔性管铺设的工程公司主要有Subsea7、Technip与DOF等，他们均有各自专属的柔性管铺设船舶，Technip和Subsea7在全球拥有最多的铺管服务船舶。其中Subsea7将于2016年下水的柔性管道铺设船舶Seven Arctic，采用垂直铺设方式，拥有325t的张紧器以及7000t柔性管和脐带缆的存储设备，如图6所示。

图6 Seven Arctic铺管船Fig.6 Pipe-laying vessel “Seven Arctic”

Technip公司拥有10艘柔性管铺管船，且于2016年再建造一艘柔性管铺管船Deep Explorer，如图7所示。

图7 Deep Explorer铺管船Fig.7 Pipe-laying vessel “Deep Explorer”

国内海洋工程服务船舶也加快了建造的进度，例如中海油已经购买并建造了HYSY289和HYSY286(见图8)，并将于2016年完成两艘先进船舶HYSY701和HYSY702(见图9)的建造。

为进一步拓展HYSY702船的服务能力，对比了国内外先进柔性管铺设船舶及其对应参数，如表2所示。

图8 HYSY286铺管船Fig.8 Pipe-laying vessel HYSY286

图9 HYSY702铺管船Fig.9 Pipe-laying vessel HYSY702

表2船舶参数表

Table2Specificationofvessels

注：-表示暂未查到；*表示暂无此项。

水下工程服务船舶正朝着模块化设计方向发展，船的服务能力由不同的设计模块的能力组合而成，以满足不同市场需求，提升竞争力。要具备多功能性，集起重、安装、铺管、ROV作业等多种作业功能于一体，且兼具成本和效率俱佳的深、浅水作业性能[7]，多功能服务船(MPV)是发展的主要形式。

对比现有先进服务船舶性能及参数，HYSY702是一艘性能先进且具备深水服务能力的现代化船舶，甲板空间及强度能够满足搭载一套管道铺设设备的要求：浅水远距离铺设，或者深水铺设，可以搭载卷盘进行铺设；短距离铺设可以搭载多个卷轴进行铺设。管道可以从月池或者船侧入水，以减小船体运动引起的惯性荷载。

由于铺管塔的重量与尺寸较大，典型的铺管塔系统重量可接近1 000 t(含绞车)，并且铺管塔重心较高，故布置铺管塔前需要计算HYSY702船的整体稳定性，寻求塔架的最佳布置方案。将卷盘放置在主甲板以下的舱室可以大大降低主甲板的占用空间，提升甲板利用率，但需考虑舱室的单位面积承载能力，如有必要改造舱室，例如拆除支撑柱以扩容，则需要经过计算，确保改造后的船舶整体强度满足设计要求。

3 结 语

柔性管铺管技术的特点是铺设速度快、效率高、施工周期短，其铺设系统需要经过针对性的设计，并配置于特定的服务船舶。通过对当前水下工程服务技术的研究，本文总结了现有的柔性管铺设方法，并对比了国内外先进水下工程服务船的参数。在此基础之上，探讨了HYSY702船柔性管铺设能力的开发。国内外先进柔性管铺设系统关键设备的相关参数可为HYSY702船搭载经过专门设计的柔性管铺设系统提供借鉴：针对深水作业要求，可以采用垂直铺设；而长距离铺设作业，则可尝试采用卷盘铺设。

[1] 陈家庆. 海洋油气开发中的水下生产系统(一)[J]. 石油机械,2007,35(5):54.

[2] 郭宏, 屈衍, 卢青针, 等. 深水水下生产系统脐带缆结构设计[C]. 中国海洋工程学术讨论会,2011:155.

[3] 王建文, 王春升, 杨思明. 水下生产系统开发模式和工程方案设计[C].中国科协2011年年会,2011:27.

[4] 张姝妍, 刘培林, 曾树兵, 等. 水下生产系统研究现状和发展趋势[C]. 中国海洋工程学术讨论会,2009:149.

[5] 郑杰馨. 海洋非粘结性柔性管设计和分析的验证实验研究[D]. 大连：大连理工大学,2010.

[6] 王林. 深海托管架概念设计要素研究[D]. 大连：大连理工大学,2008.

[7] 黄维平, 曹静, 张恩勇. 国外深水铺管方法与铺管船研究现状及发展趋势[J]. 海洋工程,2011,29(1):135.

[8] 汪智峰, 黄海龙, 黄佳瀚. 柔性软管铺设方法及设备探讨[J]. 工业及工程技术,2011(5):324.

[9] American Petroleum Institute. API Specification17J. Specification for unbonded flexible pipe[S].2002.

[10] American Petroleum Institute. API RP17B. Recommended practice for flexible pipe[S].2002.

AnalysisofFlex-LayCapacityDevelopmentforHYSY702

LIANG Ji1, WU Lin1, LU Jing-jing2, WEI Zhuo2

(1.COSLDeepwaterTechnologyCo.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong518067,China; 2.SubseaEngineering&TechnologyCenter,Geophysical,COSL,Tianjin300451,China)

HYSY702 is a new engineering vessel capable of worldwide operations, aiming at meeting the increasing need of the subsea engineering market. In order to develop the service ability of HYSY702, flex-lay method, data of the flex-lay vessels and the related operating parameters are considered. The feasibility of equipping a flex-lay system onto HYSY702 is also discussed. This research will help us to perform flex-lay operation using HYSY702 with a tailor-made flex-lay system.

engineering vessel; pipe-laying vessel; flex-lay； reel； subsea engineering

U655.3+2

A

2095-7297(2015)04-0253-05

2015-07-21

梁稷(1984—)，男，工程师，主要从事水下工程技术研究。