水下柔性软管垂直焊接铺设工艺的应用

宋昊政 张 杨 罗 洁 张继旭 吴健行

（深圳海洋工程技术服务有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

在海洋油气工程中，柔性软管连接水下管汇、基盘与上部的油轮（FPSO）、CEP 平台等，用以输送油气，是水下生产系统的“生命线”[1]。软管铺设工艺分为垂直铺设和水平铺设，通常浅水采用水平铺设，深水采用垂直铺设，垂直铺设对铺设设备和软管自身侧向抗挤压能力要求较高[2]。受限于软管长度，倒缆、运输会分段进行，在安装、铺设过程中需要对软管段进行连接，常用的方法有外卡式法兰连接、标准法兰连接好接头焊接连接[3]，该文研究项目采用海上接头焊接形式连接软管。根据以往项目实践经验，为了安全下放软管接头，需要通过加大铺设甩弯来避免接头与软管管体结合部在下放时面临的过弯问题。研究项目水深近100m，不适用该方法，因此使用垂直焊接方式，取消长接头从水平姿态到下水姿态的“翻身”操作，进而避免了软管过弯失效。

1 工程概述

南海西部某项目新建一整套水下生产系统，包括采油树、生产管汇、跨接管飞线、柔性软管及脐带缆系统，采出天然气通过水下生产系统回输至已建CEP 平台上，作业区域水深91m~94m。

水下铺设一条由CEP 平台到管汇长约8.9km 的8 寸柔性软管，软管分为4 段，以滚筒形式交付，卷缆盘进行存储，每段长度2220.5m，中间采用垂直焊接方式将3 处中间接头进行连接。每段软管均安装6 组阳极，共24 组，铺设方向由CEP 平台至水下管汇，软管回接均使用旋转法兰连接，柔性软管总体布局设计如图1 所示。

图1 柔性软管总体布局图

2 软管连接垂直焊接方法

2.1 甲板软管移动路由设计

为了实现在软管铺设船舶上进行软管接头的垂直焊接，需要对甲板布置进行合理设计，软管采用水平铺设加垂直下放的方式来进行。为提高铺设效率，软管采用卷缆盘加2 个张紧器和2 个入水桥的方式来倒缆，如图2 所示。卷缆盘前15Te 张紧器通过夹紧力来控制倒缆速度，50Te张紧器支撑底座前后增加2 个入水桥，实现管缆的导向功能，帮助软管姿态由水平变为垂直。

图2 垂直焊接铺设软管走向图

表1 柔性软管参数表

通过甲板布置图，船尾处空间狭窄，无法将软管临时悬挂在船尾并进行焊接作业，因此将在终端入水桥下方设计增加1 个垂直焊接和软管悬挂的工作平台，如图3所示，为软管铺设过程中接头焊接和临时悬挂提供作业空间。

图3 垂直焊接工作平

2.2 软管段首、末端临时焊接固定

相连软管段首、末端的临时焊接固定如图4 所示。软管首端初始化时，需要在软管首端预留连接索具。连接完后，软管开始正常铺设，直至末端离开卷缆盘时，张紧器缓慢下放软管，吊机将软管末端慢慢提起，同时背张绞车带1Te 左右的背张力跟随，辅助下放。软管末端接头接近15t 张紧器时，张紧器打开，随后由50t 张紧器下放软管，背张绞车跟随。当软管末端接头即将接近50Te 张紧器时，停止放管。背张绞车背张，张紧器卸力。打开50Te 张紧器，吊机缓慢提起软管，使软管变为垂直姿态。软管到达垂直焊接工作平台后，甲板人员拆除软管拖拉网套及所有索具。软管首端下放90m 后，通过ROV 水下辅助连接配重块。完成连接后，继续下放软管，直至第一段软管末端接头的卡槽就位。50Te 和15Te 张紧器关闭并夹紧，甲板人员准备第一段和第二段端头阳极，完成软管附件的安装和电阻导通性测试后，在悬挂平台完成软管末端的固定。吊机和绞车配合重复上述操作，将第二段软管首端通过15Te 及50Te 张紧器牵引至第一段末端上方并对齐。当软管张力大时，可使用工作平台绞车连接索具或设置对中抱卡的方式以辅助软管对齐。如遇台风等恶劣天气时，可使用应急预制拖拉头在末端进行焊接，应急拖拉头上应预留湿存打捞索具，然后择机回收拆除该拖拉头后继续正常作业。

图4 相连软管段首、末端临时焊接固定

2.3 软管接头焊接

软管接头焊接前通过倒链以确保2 条软管首末端中心对准，如果已安装对中抱卡，也可通过抱卡完成软管端头对准。另外，焊接前需要确保软管上连接的拖拉网套及所有索具已移除，检查两端端头处，使端头保持清爽。焊接方法采用手工钨极气体保护焊，严格按照项目制定的WPS（Welding Procedure Specification）进行，特别是母材表面必须去除油漆、油及锈等对焊接有害的物资，焊接接头外表面两侧要求打磨干净至少25mm，内表面要求使用丙酮清洗。根部打底时背部充氩气的氧气浓度不能超过0.1%。预热方法采用烤把，预热/层间温度检测位置靠近焊道，严格控制层间温度，使用测温仪进行检测。在焊接过程中，对坡口边上的开孔处往内部充氩气进行保护。焊接完成后进行MT 检测（Magnetic Testing，MT）、PT 检测（Penetrant Testing，PT）以及防腐刷漆。

3 软管铺设方案

3.1 软管首端入水

作业船舶到达CEP 平台侧区域后进行DP 测试定位校准以及ROV 湿测、铺设预调查等准备工作。甲板人员将10Te 绞车钢丝绳牵引至卷缆盘，与软管上布置的拖拉网套相连。先后打开15Te 及50Te 张紧器，在初始化绞车的协助下，吊机提拉软管首段拖拉头，进行软管首端初始化。软管倒缆方向为顺时针，15Te 张紧器开始正常倒管，倒管速度将维持在3~4m/min，设备人员需要持续监控2 台张紧器的同步问题，确保软管的安全。下放过程中将会对软管管体的3 点钟和9 点钟方向做记号，同时记录张紧器读数，在倒管作业时校核放缆长度。软管拖拉头到达垂直焊接工作平台后，同步移船至首端配重块湿存地点，2 台张紧器关闭并夹紧，绞车钢丝绳辅助将首段软管首端拖拉头移除，安装12 寸收球筒和单向阀，球筒拖拉头处预留1 套后续连接配重块索具。完成后，将2 台张紧器打开，根据安装速度控制夹紧力，缓慢下放软管。甲板人员完成对软管4 对限弯器及3 对阳极的安装后，拆除首段软管首端拖拉头，连接收球筒。连接完后，开始正常铺设软管。当软管释放80m 后，ROV 人员保持关注，进行水下监测并辅助连接。ROV 连接球筒索具与临时配重，如图5 所示。连接配重块后，作业船将沿着路由图继续下放软管，直至软管末端到达垂直焊接工作平台。甲板人员准备末端阳极，准备拆除软管拖拉网套及所有索具，直至第一段软管末端接头的卡槽就位。50Te 和15Te 张紧器关闭并夹紧，甲板人员准备第一段和第二段端头阳极，测试标准为使用万用表分别测试阳极与接头间电阻，要求电阻小于等于0.1Ω。如果测试不合格，需要检查并调整阳极块直至测试合格。完成软管附件的安装和电阻连续性测试后，在悬挂平台完成软管末端的固定。吊机和绞车配合重复上述操作，将第二段软管首端通过15Te 及50Te 张紧器牵引至第一段末端上方并对齐。

图5 软管首端下放至湿存点

3.2 软管铺设与中间接头入水

主作业船沿设计路由进行软管铺设。当首段软管铺设到末端时，将软管末端接头与下段软管首端接头进行焊接，完成软管段连接。完成2 段软管焊接后，张紧器开始受力夹紧，将荷从悬挂平台转移至张紧器。观察张紧器读数，甲板人员解除悬挂卡子。移除后卷缆盘开始回收软管，直至甲板人员可能在工作平台处操作，提起软管大约1.5m高度后，需要在软管首、末端处安装阳极并通过导通性测试。中间接头完成阳极安装后，下放中间接头。同步移船将中间接头下放至海床，重复中间接头下放的步骤，完成另外2 段软管接头的下放。

3.3 软管清管与末端湿存

进行软管末端处理时，末端拖拉头连接绞车钢丝绳，使用甲板小车将末端移送至甲板处，吊机连接软管末端索具并开始受力。打开2 台张紧器，吊机完全受力后提起软管末端到工作平台。吊机缓慢下放，甲板人员安装末端阳极与限弯器，并需要通过测试。完成后，按照中间接头在工作台固定的方式，将最后一段软管末端牵引至船尾悬挂平台上方，拆除末端拖拉头并安装发球筒，进行软管注淡水及通球清管[4]，完成后拆除发球筒后重新安装末端拖拉头并打好对应安装扭矩。

在软管末端湿存前，拖拉头需要配置好连接配重块索具。末端连接配重块在距离管汇约50m 附近，吊机提起软管末端下放，软管触泥后ROV 拆除吊机连接，并将末端拖拉头连接至配置块，完成软管末端湿存，所有铺设作业后进行后调查。

4 结语

和水平焊接相比，柔性软管的垂直焊接铺设工艺节约了甲板空间，对主作业船甲板面积要求降低。不需要软管接头处的“翻身”操作，规避了焊接接头硬管、软管连接处的过弯风险，简化操作流程，提高了作业效率。船尾空间的合理应用，通过设计工作平台，不仅能将软管悬挂，还能确保其稳定性，可以有效提高焊接效率，减少焊接时间。

垂直焊接工作的难度体现在如果无特制对中固定设备，卡固对中效率较低、难度较大，建议采用垂直焊接工艺的项目可以提前预制两半式夹紧拖拉头，实现垂向和横向起吊软管接头，帮助焊接组对。