深水柔性软管湿存后的回收工艺研究

刘书胜 周健伟 李国毅 李 俊 吴业旺 卢维强

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067）

0 引言

深水油气田的开发过程普遍采用基于水下井口和浮式生产装置（Floating Production Unit，FPU）的水下生产系统开发模式。水下生产系统以其高效、低成本等特点成为深水开发的首选。立管系统是连接水下静态设施和水面动态浮式生产装置的中间媒介，是水下生产系统的核心设施之一[1-2]。FSR立管系统用于连接水下钻井中心的跨接管至浮式生产装置（FPU），主要由连接FPU和钢制站立立管间的柔性跨接软管、钢制站立立管顶部的浮体、一段钢制站立立管和海床上的基座4个部分组成，其中浮体通常位于海面以下50 m～250 m水深，以降低表面风、浪、流的影响。顶部柔性跨接软管为1种无粘结柔性软管，其主要作用是将流体从钢制立管管柱输送到表面终端FPU中[4]。FSR（Free standing Riser）立管系统主要应用于海况较好的西非深水区块油田开发项目，近年来也逐渐应用于中等海况以及恶劣海况条件的巴西深水油田和墨西哥湾深水油田开发项目，世界上第1个FSR立管系统在2004年安装于安哥拉海上深水油田，油田区域水深1180 m[3]。

1 项目介绍

1.1 项目背景

在某国外超深水油田退役项目中的FSR系统中的2条300 m长度的柔性跨接软管在保护性拆除后临时湿存在海床上，该文以采用单体工程船携带滚筒驱动设备和TLS（Tiltable Lay System垂直铺设系统）设备完成深水柔性跨接软管保护性回收为例，讨论了深水柔性软管回收作业的设备选型和海上施工中的重点。

1.2 柔性跨接软管

FSR系统中的柔性跨接软管用于连接FPU和钢制站立立管。跨接软管的主要附件包括FPU端软管接头、用于软管外皮保护的Uraduct（护套）、弯曲限制器（Vertebrae）、在位生产使用的摩擦悬挂卡具（Friction Clamp）、均匀分布在动态段管体的浮子模块、FSR站立立管端的防弯器和软管接头，如图1所示。

2 施工设计

2.1 垂直铺设系统挤压力计算

表1为该项目所使用的垂直铺设系统中4轨道张紧器挤压力计算结果，用于柔性软管保护性回收作业时VLS设备张紧器对软管施加挤压力设置，所有计算结果均以软管本身设计最大抗挤压能力值为基础。

表1 铺设系统挤压力参数设置

2.2 水动力分析

采用Orcaflex软件对施工船舶、设备和动态软管及其附件进行建模和水动力分析，验证施工作业过程中产品的完整性，并且通过关键作业敏感分析，形成关键作业的风险识别管理，以下7条为施工所涉及的关键作业分析：1） 回收软管首端离开海床。2）软管首端甲板处理。3） 回收整条软管离开海床湿存区域。4） 软管首端通过TLS。5） 浮子段通过TLS船舷外工作平台。6） 软管末端通过TLS。7） 软管末端甲板处理。

根据施工中涉及的关键作业步骤，通过Orcaflex软件模拟给出作业要求和建议。计算分析文件中体现的主要信息和数据应该包括以下6条：1） 关键作业限制的天气条件及施工船舶艏向。2） 2)关键作业涉及的laytable（软管铺设/回收作业使用的计算分析表）。3） 整个施工作业中TLS系统最大回收张力。4） 关键作业中软管极限弯曲半径。5） 吊装作业中索具最大受力情况。6） 关键作业步骤敏感性分析。

2.3 软管湿存要求

由于动态柔性跨接管上分布的浮子模块会产生向上浮力，因此前期水下湿存阶段使软管的一端带有配重链条，目的是使配重链条端在湿存过程中作为柔性跨接管最先着泥端的起始锚点以及克服浮子浮力作用。配重链条的质量在湿存作业前期设计时需要通过软件精准计算。最后通过软件对软管湿存涉及的所有施工环节进行水动力计算，保证施工安全可靠。

2.4 设备选型

超深水柔性软管回收作业的主要设备为垂直铺设系统。垂直铺设系统大体上可以分为VLS（Vertical Lay System）铺设系统和TLS（Tiltable Lay System ）铺设系统2种。垂直铺设系统从上到下主要包括服务吊机、末端处理A&R绞车系统、导向轮或者导向Gutter（托管器）、对中器、张紧器、首末两端处理所需的甲板绞车系统以及月池辅助行吊系统等。VLS和TLS系统的主要差别在于前者通常安装于工程船中的月池上方或者船尾，并且整体塔架通常为垂直不可倾斜设计；后者主要安装于工程船的船舷侧，并且整体塔架可以在小范围内调整角度，在航行时可以避开桥梁等限高结构并且用于管缆倒缆、铺设过程中[4]。从施工设计层面考虑，由于VLS系统在回收软管的过程中软管是从船中月池进入张紧器，软管动态段安装有大量浮子模块后对整体悬链线产生较大影响，因此动态段管体在浮子模块影响下会产生上浮导致管体和月池船体发生碰撞因而存在损坏管子的风险[5]。而TLS系统为船舷侧回收软管，不涉及软管回收过程中软管动态段影响管体导致管体和船体结构发生碰撞的问题，施工设计更为友好。

图1 典型的深水柔性动态软管系统附件组成示意图

动态软管的特殊用途导致其长度通常较短，并且由于涉及一端有较长的弯曲限制器不便于通过舱口盖存储于卷缆盘，因此通常以滚筒形式交货生产后以存储在标准滚筒的形式交付，具有动、复员效率高，对船舶存缆能力要求低等优点。RHD（Reel Hub Drive）系统用于驱动滚筒实现放、收缆作用。

3 海上施工

由于动态柔性跨接管上分布浮子模块会产生向上的浮力，因此前期水下湿存阶段采取一端带有配重链条的方式，目的是在湿存过程中克服浮子的浮力作用。配重链条的质量在湿存作业前期设计时需要通过软件精准计算，验证湿存状态下软管是否满足强度要求，避免损坏产品。下面以该项目软管回收施工为例，作软管回收作业的要点分析。

主要施工流程包括以下8点：1） 预调查柔性跨接管临时湿存位置。2） TLS系统绞车初始化作业。3） 工程船吊机下放索具水下连接至软管首端。4） 回收软管离开海床。5） 软管首端过TLS系统进入滚筒。6） 在TLS工作平台拆除软管管体上的附件。7） 拆除末端配重链条并且回收至船舶甲板。8） 末端通过TLS系统回收至甲板。

3.1 预调查柔性跨接管临时湿存位置

施工船舶到达海上油田作业现场，根据施工Checklist（检查表），完成船舶动力定位系统和主要设备的校准、测试以及通讯系统检查。通过ROV（Remote Operated Vehicle，水下机器人）完成临时区域软管位置调查作业，确认软管的最终位置和整体状况良好，检查软管首端拖拉头和吊索具情况，管体上浮子、Uraduct（护套）、弯曲限制器、摩擦卡子、浮子模块等附件状态以及末端拖拉头及吊索具和配重链条状况。

3.2 TLS系统绞车初始化作业

打开TLS系统张紧器轨道，设备人员操作绞车释放钢丝绳，施工人员按照设计路由完成钢丝绳的走线布置，并且在绞车钢丝绳末端安装索具。设备人员操作TLS系统顶部吊机，使钢丝绳通过TLS系统顶部导向轮到达船舷外工作平台，临时固定钢丝绳末端至工作平台。

3.3 工程船吊机下放索具水下连接至软管首端

施工船舶移船至软管首端区域，通过船舶自带AHC（主动升沉补偿，Active Heave Compensation）吊机下放打捞索具至海床上方，吊机启动主动升沉补偿，ROV水下连接吊机主钩头的打捞索具至软管首端。

3.4 回收软管离开海床

当吊机打捞索具并且将其至软管首端后，施工船舶按照软管湿存路由方向移船，AHC吊机同步回收软管首端离开海床。按照计算分析laytable（软管铺设/回收作业使用的计算分析表） ，根据要求限定作业过程中的施工船舶layback（软管着泥点位置到吊机钩头位置的水平投影长度）、船舶移动距离以及吊机钢丝绳回收长度。ROV辅助监测软管着泥点位置和软管悬链线区域，直到软管末端离开海床。施工人员通过ROV检查软管末端配重链条及连接索具，继续回收至配重链条离开海床[6]。

3.5 软管首端过TLS系统进入滚筒

吊机回收整条软管直至首端到达TLS系统船舷外工作平台，甲板人员在工作平台安装拖拉网套至软管首端后面管体，并连接甲板绞车钢丝绳索具至软管首端。初始化绞车配合船舶吊机向上回收软管，当软管首端通过张紧器顶部后，关闭TLS系统对中器和张紧器4轨道。按照计算所需夹紧力设置张紧器，完成夹紧软管，启动张紧器回收软管，初始化绞车配合船舶吊机向上同步回收软管，完成软管首端通过TLS系统作业，如图2所示。

甲板绞车配合吊机牵引首端通过甲板Underbender（压管器）和导向托辊等设备后到达主甲板，固定软管首端至滚筒内部独立隔层，启动RHD设备驱动滚筒配合张紧器回收软管，逐层盘管至滚筒内侧。

3.6 软管管体上的附件在TLS工作平台拆除

在软管回收的过程中，涉及软管管体上附件拆除，拆除附件的主要原因在于安装有附件区域的软管无法通过张紧器和TLS顶部导向Gutter（托管器）结构。在现场作业的过程中，当软管上的附件例如护套（Uraduct）、弯曲限制器（Vertebrae）、摩擦悬挂卡具（Friction Clamp）以及浮子模块到达舷外工作平台位置时，暂停回收作业，通过专用工具拆除以上附件后利用TLS工作平台上方梁吊转移至甲板存储，继续回收作业。TLS回收动态软管的优势在于TLS的firing line（作业线）和工作平台均位于船舷外侧，在回收至动态段管体出飞溅区后，管体不会和船体发生严重干涉问题。下面以浮子拆除为例简述作业步骤和注意事项。

当浮子位置到达船舷外工作平台位置后停止软管回收作业，使用索具临时固定软管管体至平台结构，连接吊装索具至浮子和工作平台顶部梁吊钩头，甲板工作人员使用扭矩扳手拆除浮子外部紧固Strap（带）和紧固螺栓。最后通过2台梁吊分别将两瓣浮子本体吊装至甲板存储。

拆除浮子外部本体后，检查内部抱卡紧固件的情况，必要情况下润滑螺杆螺纹，安装厂家提供的专用拉伸器至抱卡螺杆上，完成拉伸器和紧固件的匹配和预张紧工作。设置拉伸器拉伸数值，启动拉伸器完成紧固螺杆的张紧，松开锁紧螺母后对拉伸器进行泄压，拆除拉伸器，甲板工作人员拆除内部抱卡和紧固件。

3.7 拆除末端配重链条并回收至船舶甲板

当软管末端到达水面以下50 m～100 m深度位置后，AHC吊机下放打捞索具并且回收末端配重链条至主甲板；继续回收软管直到软管末端到达船舷外工作平台，在工作平台安装拖拉网套至软管末端后面管体；连接TLS甲板绞车钢丝绳至拖拉网套，连接AHC吊机索具至末端拖拉头，打开张紧器和对中器，绞车配合船舶吊机向上回收软管末端通过TLS系统，如图3所示。

图2 软管首端回收通过TLS

图3 末端通过TLS系统

3.8 末端通过TLS系统回收至甲板

吊机转移末端通过TLS系统后，打开主甲板Underbender（压管器）设备，RHD设备同步驱动回收软管，通过吊机和甲板绞车配合RHD设备回收末端到主甲板并临时放置，固定末端至滚筒。

4 结语

该文通过对国外某超深水项目柔性软管回收工艺方法的研究，介绍了主要施工设备，对比了VLS和TLS系统处理动态软管的优缺点，得出了TLS在回收动态软管作业过程中更具有优势，同时介绍了基于TLS的施工设计和流程。整体施工方案可行，该成功经验可为后续深水柔性动态管缆安装提供一定的参考。