PRT安装技术研究

齐兵兵，曲有杰，朱国侨，郝静，齐芳芳

（海洋石油工程股份有限公司 安装事业部，广东 深圳518067）

0 引 言

据统计，国内90%以上的海上油气平台及海底管道处于300 m以内的浅海域，以南海、东海为例，除荔湾3-1项目部分海底管道处于1500 m水深之外，其他油气田几乎没有超过300 m水深的海底管道；渤海的海底管道水深更浅，平均水深超过20 m，最深处85 m[1]。

较浅的水深为海底管道应急维修提供了多种技术选择，包括水下维修和水上维修。水下维修是指将损坏海管在水下进行清理、切割，安装相应维修工具、设备或者安装水下干式舱进行干式修复，整个修复过程均在水面以下进行。水上维修是指将海管损坏段水下切割后，提升至水面进行维修，修复后再放入海底的过程[1]。

水上维修能够最大程度地保证海管的完整性，且修复效果较好，实际项目中使用水上维修技术较多。海底管道应急回收作为水上维修必要且关键的步骤，在国内海底管道维抢修领域尚属薄弱环节[1]。目前国际上成熟的方法是安装海管回收工具PRT（Pipeline Recover Tool），通过PRT提升回收海管至水面上。国内应用PRT回收提升海管尚处于起步阶段，对PRT的安装与应用尚处于空白[2-10]。

根据海底管道尺寸不同，所需的PRT尺寸也不相同。根据对南海、东海海域的海底管道统计数据分析得知，直径12”的海底管道所占比例最大，数量最多。文中以12”PRT安装使用为例，详细介绍PRT安装技术，填补国内在PRT安装领域的技术空白，为后续海底管道抢修项目起到借鉴作用。

1 PRT介绍

1.1 PRT系统组成

PRT设备主要包含两部分：1）吊装支架。PRT吊装时专用支架，可根据PRT重心，通过调节吊装支架上的受力孔的位置来控制PRT姿态，使其保持水平状态或头部保持向下的倾角。在水下PRT安装进海管并卡紧后，可单独回收甲板。2）PRT本体。包含前端滚珠轴承分离环和尾部吊点。前端滚珠轴承分离环需要插入海管内部，滚珠凸出与管壁产生应力，卡紧海管。尾部吊点，提供海管回收时的受力点，如图1所示。

图1 PRT 示意图

1.2 规格数据

12”PRT质量为1250 kg，浸没在水下时，浮力为1568 N。吊装支架质量为467 kg,浸没在水下时，浮力为598 N。总长3237 mm,插入部分长度1950 mm, 插入直径280 mm,当滚珠凸出后，最大直径310 mm,共含有100个滚珠，每个滚珠直径60 mm。当PRT插入海管卡紧后，可提供最大拉力1568 kN。不同尺寸的PRT提供的最大拉力不同。

1.3 PRT工作原理

工作时，利用吊装支架将PRT下放入水，PRT尖端滚珠轴承分离环插入海管内部，利用机械或液压动力使其内部滚珠凸出，与海管内壁产生作用力，从而达到卡紧海管的目的。尾部吊点裸露在海管外部，提供海管回收时的吊点，如图2所示。

图2 PRT工作原理示意图

1.4 PRT分类

根据工作原理不同，PRT可分为两类：1）机械式PRT。利用机械原理进行锁紧，机械式PRT插入海管内部后可直接通过控制板上的开关卡紧海管，安装步骤较为简单。2）液压式PRT。利用内部液压动力进行锁紧，液压式PRT插入海管内部后，需要ROV提供液压动力，通过液压动力来卡紧海管，安装步骤较为复杂。实践表明，液压式PRT的安装步骤已完全覆盖机械式PRT的安装步骤。故文中以液压式PRT为研究对象进行阐述。

2 PRT安装实施步骤

2.1 施工准备

1）海管已进行水下切割完毕，确保切割端面与垂直方向夹角小于10°，若大于10°将严重影响PRT的顺利安装，如图3所示。2）潜水员或ROV需要检查切割端口是否平整，若有毛刺将影响安装，需要打磨毛刺；若海管内部有海生物或障碍物将影响PRT安装，需要进行清理。3）海管端头位置清理出安装PRT所需空间为长4 m ×宽1 m×高1 m。通常有两种方案：a.将管头吹坑（如图4）；b.将管头垫高（如图5）。4）测量管头端面与垂直方向上的夹角，满足安装要求即可。

图3 端面角度示意图

图4 管头吹坑示意图

图5 管头垫高示意图

2.2 甲板测试

为确保各项功能正常，PRT安装前需要进行甲板测试：1）采用液压泵，加入液压动力，查看滚珠轴承是否能够自由伸缩，如图6所示；2）当轴承处于收缩状态时，检查每个滚珠是否凸出卡紧状态；3）吊机起吊PRT，调整其下方姿态，使其端部向下倾斜，保持10°左右倾角，如图7所示：4）各项准备工作完成后，准备下放安装PRT。

图6 PRT甲板功能测试

图7 PRT下放姿态调整

2.3 PRT下放安装

PRT下放安装具体步骤：1）主吊机下放PRT至管头位置，ROV监控下放过程，如图8所示；2）PRT下放到位后，由ROV观察其尖端与海管处于同一高度；3）ROV推动PRT尾部，使其缓慢插入海管；4）插入过程中，ROV监督指挥吊机，缓慢下放，使PRT端部顺利插入海管内部，如图9所示；5）插入约0.5 m后，主作业船以DP模式沿海管方向前进2 m，PRT完全插入海管内部，如图10所示；6）PRT完全插入海管以后，由PRT设备工程师、ROV监督、现场指挥人员等各方进行确认；7）确认后，准备拆除吊装支架，ROV逆时针转动两个锁紧把手90°，如图11所示；8）松开机械手，使把手自然下垂，ROV指挥吊机缓慢起吊、回收吊装支架，如图12所示；9) ROV将快速接头（hot stap）插入PRT，并开启液压系统；10) ROV通过快速接头将液压动力输入PRT，使其卡紧海管；通过压力表变化，确定输入压力达到PRT工作要求，如图14所示；11)确认PRT卡紧海管后，ROV拔掉快速接头，完成PRT安装工作。

图8 ROV监控PRT下放过程

图9 ROV插入PRT过程

图10 PRT完全插入海管内部

图11 ROV逆时针旋转阀门

图12 回收吊装支架

图13 ROV插入快速接头

图14 ROV监控压力表变化

3 PRT安装技术建议

通过对PRT安装技术进行研究，提出以下几点建议：1）PRT水下安装空间有两种获取办法：吹坑和垫高。吹坑效率低，提供空间较小，管口可能下沉，不利于PRT安装；垫高效率高，提供空间大，且管口向上倾斜，便于PRT安装；建议采用垫高方案。2）甲板测试要确保每一个滚珠均能正常工作，若发现有个别滚珠无法正常工作，需进行维修后才能继续使用，否则存在较大作业风险。3）PRT应用于较浅水深，可采用潜水员和ROV协同作业，进一步提高安装效率。4）PRT安装后须在24 h内提升回收海管；若超过24 h，液压动力有所损失，需要重新加压后才能继续使用。5）PRT安装时尖端倾斜角度大于海管端口向上的倾斜角度，便于水下安装。

4 结 论

据调查，近年来海底管道损坏事故逐年增长，海底管道应急维修技术的研究已是当务之急。PRT安装技术是海底管道维修技术领域中的关键技术之一。其安装简单、使用可靠，是海底管道水上维修技术方案中的首选提管装备。研究其安装技术，解决安装过程中存在的问题，进一步优化安装过程的技术细节，能够促进海底管道应急维修技术的发展，对其他类似项目也有借鉴意义。