深水防弯器快速连接器应用

刘耀江，黄鑫，何昱亮，谢锏辉，胡绍峰

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

动态管缆作为深水海洋生产设施重要的电力、信息、生产物流传输通道，在深水海洋开发中得到越来越多的应用。动态管缆受到浮体运动、海洋环境载荷等动载荷作用，是海洋管缆应用中最薄弱的部位，且动态管缆在水中还需满足一定的线性要求。深水海洋生产设施护管底部动态管缆受海洋波流的影响，容易产生局部变形，防弯器作为动态管缆的重要安装附件，通常安装在深水海洋生产设施护管口底部，能有效地保护动态管缆不受波流影响，进而保护管缆[1-5]。防弯器一般随动态管缆抽拉作业安装在深水海洋生产设施底部，由潜水员进行安装，随着动态海缆作业水深越来越深，超过350 m以上水深，饱和潜水无法作业，因此防弯器快速连接器作为有效连接深水海洋生产设施和防弯器在深水作业中得到大规模应用，且防弯器快速连接器与防弯器配合一起保护设施底部管缆。本文基于南海流花项目动态管缆安装项目重点介绍防弯器快速连接器的应用及安装。

1 防弯器快速连接器结构及原理

1.1 防弯器快速连接器形式

本项目采用的防弯器快速连接器分为公头和母头两个结构模块；母头为空心圆柱体渐扩式结构，包括法兰盘、圆柱筒体、喇叭口、阳极块、ROV（Remote Operation Vehicle）抓手、液压执行机构、观察窗口，详见图1。法兰盘在圆柱筒体上方，喇叭口在圆柱筒体下方，圆柱筒体上半部安装有液压执行机构，执行机构有凸起伸入到筒体内部，通过液压和弹簧相互配合实现凸起的伸缩，凸起结构用于公母头连接，圆柱筒体下半部均匀分布有阳极块，同时对称分布4个观察窗口，另外圆柱筒体下半部侧边对称安装两个ROV抓手。公头为空心圆锥筒体结构，包括圆弧型卡槽、圆锥筒体、法兰盘、阳极块、管缆固定插销，详见图2。卡槽在圆锥筒体锥体侧，与母头液压执行机构的凸起连接，法兰盘在圆锥筒体圆盘侧，圆锥筒体上半部有用于观察连接情况的黄色油漆标线，圆锥筒体下半部均匀分布有阳极块，圆锥筒体与法兰盘交接处对称分布4个管缆固定插销，同时对称分布4个观察窗口。

图1 防弯器快速连接器母头结构图

图2 防弯器快速连接器公头结构图

1.2 防弯器快速连接器原理

防弯器快速连接器母头法兰端提前与深水海洋生产设施底部护管口连接。公头提前与动态管缆防弯器法兰连接。母头圆柱筒体内有液压执行机构的3个凸起，不受力的情况下，凸起结构向母头圆柱体内自由伸出。动态海缆下放抽拉，当公头从母头喇叭口进入，ROV通过母头上的观察窗口观察公头上的黄色油漆标线穿过，当黄色油漆标线出现在观察窗口底部时，母头的凸起与公头的圆弧型卡槽接触并产生挤压，母头凸起在挤压力的作用下缩回，公头得以往上抽拉；当黄色油漆标线穿过观察窗口顶部时，公头不与母头凸起挤压，母头凸起在液压油及弹簧的反作用力下恢复到自由状态，公头的卡槽坐落在凸起上方，公头、母头自动连接完成，详见图3。公头、母头释放时，ROV在母头液压执行机构插座处插入插头，并加压液压油，加压到300～500 psi，使液压油作用在凸起的弹簧上，使凸起缩回，公头、母头解锁。

图3 防弯器连接器连接示意图

公头上有4个固定插销，详见图4，定位插销通过螺钉固定在公头上，当动态管缆拖拉头最后一个短节进入到公头时，通过观察窗口查看最后一个短节的凹槽出现在观察窗口，与固插入定位插销固定动态管缆和公头及防弯器。定位插销上有黄、绿两色油漆标线，黄色在前，绿色在后，当绿色标线插入看不见时，代表插销已插入至动态管缆拖拉头短节的凹槽中；释放动态管缆时，拔出定位插销，当插销上的黄色油漆标线出现时，代表已完全拔出，动态管缆完全释放。

图4 定位插销示意图

2 深水防弯器快速连接器安装技术

2.1 深水防弯器快速连接器安装背景

由于海洋平台设施管缆存在管缆路由及管缆弯曲半径，平台设施护管口底部通常都呈一定的角度垂直偏斜，为了便于管缆抽拉，避免因抽拉钢丝绳在护管口存在大角度抽拉而增大摩擦力和剪切力，导致钢丝绳断裂，一般会在护管口底部增加喇叭口导向。而管缆和喇叭口之间没有填充，随着海流的冲刷，高频率小范围摆动，管缆与护管口之间出现摩擦和剪切，降低管缆的使用寿命。为解决上述问题，静态管缆中采用可密封的导向装置[1]，动态管缆没有静态管缆的密封塞结构附件，与护管口连接通常为防弯器，为解决上述问题，开发出防弯器快速连接器。

2.2 深水防弯器快速连接器结构参数

流花项目作业区域水深为390～420 m，本次动态管缆安装抽拉18根，其中防弯器连接器母头长约为1.2 m，空气中质量为996 kg，水中质量为866 kg。防弯器连接器公头长约为1.5 m，空气中质量为1213 kg，水中质量为1055 kg。

2.3 深水防弯器快速连接器安装流程

1）快速连接器母头安装。深水防弯器快速连接器母头在深水海洋生产设施陆地建造阶段提前安装，深水浮式设施护管口底部周边焊接9.25 t吊耳，在底部护管口侧边的吊耳上悬挂5 t的倒链，母头法兰盘侧边有吊环螺栓孔，使用2 t的吊环螺栓连接2 t、3 m长的吊带，吊带同倒链连接，将防弯器快速连接器母头缓缓提拉至深水浮式设施底部护管口，调整母头法兰面与护管口法兰面对齐，使用液压转矩扳手拧紧连接螺栓。

2）快速连接器公头安装。铺缆船倒缆时，防弯器与快速连接器公头法兰连接，用液压转矩扳手对连接螺栓打转矩，并在动态管缆拖拉头最后一个短节上做好油漆标记。公头观察窗口上观察到标记进入窗口中时，停止倒缆，在拖拉头两侧地锚上安装两个5 t倒链，拖拉头上缠绕两根5 t、3 m长的吊带，两根吊带分别同倒链连接，通过公头观察窗口观察拖拉头最后一个短节凹槽在固定插销的位置，通过倒链调节，使拖拉头最后一节短节凹槽刚好与公头固定插销位置平齐，插入固定插销，直至插销上绿色油漆标线没入公头本体内，表明此时公头、限弯器及拖拉头已连接锁定。

3）动态管缆入水。铺缆船到达现场后，深水海洋生产设施下放绞车钢丝绳到达指定深度，铺缆船下放回收钢丝绳，铺缆船ROV入水连接绞车钢丝绳和回收钢丝绳，铺缆船回收钢丝绳。铺缆船甲板将绞车钢丝绳同动态管缆拖拉头连接，铺缆船下放动态管缆拖拉头，设施绞车钢丝绳抽拉拖拉头，铺缆船ROV水下监控。当深水海洋生产设施绞车开始带力抽拉时，ROV拆除铺缆船与动态管缆拖拉头下放索具

4）公母头连接。当拖拉头靠近防弯器母头时，ROV在母头附近进行监控，当公头进入母头喇叭口时，ROV在母头观察窗口进行观察，当公头上黄色油漆标线进入到观察窗口底部时，代表公头卡槽同母头液压执行机构的凸起开始接触并挤压，当公头上黄色油漆标线穿过观察窗口上方时，代表公头卡槽已在母头液压执行机构凸起上方，公母头连接完成，详见图5。

图5 防弯器连接器安装示意图

5）动态管缆释放。防弯器快速连接器公母头连接完成后，ROV操作员通知设施绞车停止抽拉，ROV进行动态管缆释放操作，拔出公头上4个定位插销，当插销拔出至插销黄色油漆标线出现，动态管缆释放，可继续抽拉作业，ROV通知设施绞车继续作业，ROV返回铺缆船。

至此，整个深水防弯器快速连接器完成安装。

3 结语

深水防弯器快速连接器为动态管缆的重要结构附件，除了本文中的流花项目，2021 年 也 刚刚应用在1500 m水深的超深水项目中，随着国内深水开发的不断拓展，深水防弯器快速连接器应用会越来越多。快速连接器的安装是作为动态管缆抽拉施工的重要工序，了解深水防弯器快速连接器的结构构成及工作原理，总结一套适用于深水防弯器快速连接器安装的施工技术，可为未来走向更深水深的动态管缆抽拉安装提供良好的经验基础。