HCCS-L水平连接器形式柔性跨接管安装技术研究

摘 要：深水柔性跨接管作为连接水下生产管汇、采油树以及PLET等结构物的关键油气输送管道，随着我国越来越多深水油气田项目的开发，其应用也日趋广泛。该文主要对使用HCCS-L水平连接器及导向柱的深水柔性跨接管的结构形式、所需设备资源以及安装要点进行研究分析，总结一些良好实践经验，可以为类似柔性跨接管安装项目提供借鉴和参考。

关键词：深水柔性跨接管;水平连接器;导向柱;安装要点;深水油气田

中图分类号：TE952 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）34-0176-05

Abstract： With the development of more and more deepwater oil and gas field projects in China， the application of deepwater flexible jumper， which is a key oil and gas transmission pipeline connecting subsea production manifold， christmas tree and PLET， is becoming more and more widespread. This paper mainly studies and analyzes the structural form， equipment resources and installation points of the deepwater flexible jumper using the HCCS-L horizontal connector and guide post， and summarizes some good experience， which can provide reference for similar project.

Keywords： deepwate flexible jumper; horizontal connector; guide post; installation points; deepwater oil and gas fields

跨接管分为刚性跨接管及柔性跨接管2种，刚性跨接管受限于运输驳船甲板长度以及工程船吊机作业半径影响，长度一般不超过50 m。然而水下生产系统结构物之间距离较远，因此使用柔性跨接管就成了最佳选择。相比于柔性跨接管海上安装过程，刚性跨接管完成陆地预制后需要通过驳船运输至作业现场，由工程船靠泊驳船才能完成刚性跨接管的下放安装，而海上靠泊作业需要良好天气窗口且吊装作业操作难度大、安全风险较高;而柔性跨接管则可由工程船通过滚筒或者提前倒入卷管舱进行铺设，铺设及拆除回收都相对容易，可有效避免海上靠泊作业带来的安全风险。

柔性跨接管连接器根据结构形式不同有垂直连接器和水平连接器2种，垂直连接器在流花29-1项目以及陵水17-2项目中均有运用，水平连接器形式柔性跨接管则在流花21-2项目、陆丰12-3项目以及陵水25-1项目中得到使用。根据各个项目的实际运用经验，当前主要优先采用水平连接器形式柔性跨接管。本文主要介绍了使用HCCS-L水平连接器形式的柔性跨接管的结构形式、所需设备资源、海上安装注意要点以及一些良好实践等。

1 HCCS-L水平连接器形式柔性跨接管

柔性跨接管作为水下结构物之间的油气输送管线，主要由柔性管体及端部连接器构成。目前柔性跨接管的核心技术仍被国外企业控制，很大程度上影响了深水油气开发国产化进度。典型柔性跨接管管体及HCCS-L水平连接器结构形式分别如图1和图2所示，管体和连接器之间通常采用Grayloc快速卡箍进行连接。柔性跨接管管体与连接器一般分别存储，由滚筒携带柔性管装船，连接器则放置在翻转架一起装船，另外配备限弯器及阳极块、连接器吊装框架等软管附件。

采用水平式连接器可以使柔性跨接管更接近地面，降低其他水下结构物高度，减少渔网或船锚拖拽风险。使用工程船进行柔性管铺设时船位、安装工序相对灵活，遥控水下机器人（ROV）进行水下回接时连接速度快，ROV操作相对简单。HCCS-L水平连接器由于其吊装框架FLT与连接器受结构件固定，可实现FLT与连接器在水下一体式旋转，因此HCCS-L末端连接器landing时可避免试铺，待末端连接器铺至距海床30 m时再由ROV调整末端连接器朝向，使其对准结构物方向。随着水平连接器形式柔性跨接管的安装应用逐步增多，对于其安装技术的研究便具有重要意义。

2 柔性跨接管安装所需设备资源

柔性跨接管一般采用垂直铺设方式，由于其长度一般在40～300 m，因此通常采用RHD加滚筒模式进行垂直铺设，当计划单航次装多根柔性跨接管时则会考虑卷管盘铺设模式。柔性跨接管安装所需设备资源主要分为甲板铺设设备及ROV水下回接工具2大类。甲板铺设设备主要有VLS垂铺系统、卷管盘/RHD系统、首端牵引及末端回拉绞车、空压机、螺栓拉伸设备和翻转架等，主要布置在工程船甲板;ROV水下回接工具主要有导向柱吊装锚、管口清洁工具、密封圈安装工具、stroke tool顶伸工具、torque tool锁紧工具以及背压测试单元、hot stab等，后3种一般装在ROV本体，其他外接工具则需放至专用ROV工具篮中。

为保证柔性跨接管海上安装效率，相关关键铺设设备及水下回接设备均需要在动员期间或之前提前进行功能测试，并准备数量充足。如水平连接器翻转架应提前将连接器组装至翻转架并进行翻转测试，ROV专用工具则需提前进行安装匹配或者量程校准、密封测试等，相关设备工机具准备齐全、功能良好是确保海上施工安全高效的关键。

3 海上安装流程及注意要点

柔性跨接管海上安装过程主要分为甲板及水下准备工作以及柔性跨接管安装、HCCS-L水平连接器回接3个阶段，各个阶段作业工序可以灵活调整或甲板水下同时进行，也可以多船合作完成整体柔性跨接管安装，以提高项目整体施工效率及船舶利用率。与柔性软管相比，由于柔性跨接管长度较短，在深水柔性跨接管安装过程中，一般先完成首末端初始化，即先将整条软管下放入水，再进行铺设及回接;而柔性软管则需首端下放铺设一段时间后再进行末端下放及铺设。以国内某项目深水柔性跨接管安装工程为例，其海上安装整体流程及HCCS-L水平连接器水下回接流程分别如图3和图4所示。

在柔性跨接管安装过程中，首先要求其路由设计要比较合理，由于跨接管长度普遍较短、弯段较多，合理设计一条既满足软管最小弯曲半径、容易铺设又不影响其他管缆路由的跨接管路由非常关键。其次各个工序的衔接以及合理安排也可以极大提高安装效率，如下一个工序准备工作的提前进行等。最后务必要选择足够的海上天气作业窗口，避免发生船舶无法完成铺设作业不得不现场抵抗恶劣海况事件。现针对各个阶段主要工作内容及注意要点简要分析如下。

3.1 甲板及水下准备工作

水下准备工作主要由ROV进行，包括路由预调查、首末端导向柱安装、管汇等结构物上阀门状态检查操作等。甲板准备工作主要有跨接管首末端初始化、软管与水平连接器对接及密封测试、限弯器及阳极块等附件安装和甲板索具准备等。准备阶段的安全及质量控制要点在于要选择良好天气窗口，提前进行施工技术交底及安全作业风险分析。从施工角度来说，导向柱的安装和首末端初始化、密封测试为准备阶段施工重点。

导向柱安装务必在甲板提前测试吊装锚功能，确保下水前导向柱底部锁销状态正常;首末端初始化应该注意调整至最佳艏向、保持通信频道畅通、绑好尾绳等防晃措施;密封测试应做好安全隔离，严格把控密封质量，确保做到连接后无明显压降。

3.2 柔性跨接管安装

柔性跨接管水下安装主要分为首端连接器landing、甩弯铺设及末端连接器landing 3个阶段。以近年某深水项目为例，水下安装顺利情况下可在20 h内完成。柔性跨接管水下安装注意要点在于甩弯铺设时的末端剩余长度控制以及末端连接器landing。由于柔性跨接管通常较短、弯段较多，其甩弯铺设速度一般控制在平均6 m/min，跨接管悬链线也即layback可控制在30～50 m。末端剩余长度控制是指末端连接器铺设至末端结构物时，软管末端应比结构物长3～5 m，以确保末端连接器就位时软管长度足够。

末端连接器landing（图5）主要是通过AR绞车及船舶吊机将末端连接器翻身至水平，然后移船至结构物上方，通过ROV辅助将末端连接器套进导向柱，再落座至结构物的连接器底座上。末端连接器landing是整个柔性跨接管水下安装过程的重难点，水平连接器landing时水平角及倾斜角一般控制在10°以内即可完成连接器landing（图6）。然而在某项目HCCS-L水平连接器落座中，普遍发现操作困难，连接器套进导向柱后非常容易卡住，不能完全落座到位。后续经过经验总结发现：第一，驼峰索具位置也非常关键，驼峰索具应设置在距离末端连接器适当位置，使得将末端连接器翻身至水平时不必将AR绞车钩头回收太高，当AR绞车回收太高时，末端连接器则会往远离结构物方向移动，进而导致跨接管长度不够landing。第二，HCCS-L水平连接器由于其结构物侧landing beam结构特点，对于连接器姿态要求较高，其最终完全落座时连接器姿态几乎要求水平，朝向也需与结构物底座上landing beam一致。第三，当连接器landing标志显示未落座到位时，可再次检查连接器朝向或者连接器前2个导向锥角度，进行微调后则有机会完成末端landing。

3.3 HCCS-L水平连接器回接

柔性跨接管完成水下铺设后即可进行首末端连接器的回接工作，跨接管的铺设安装一般可由单台ROV进行，跨接管的水下回接工作则需双台ROV配合进行。一台ROV主要进行ROV工具篮里回接工具的安装操作，另一台ROV安装hot stab及torque tool以及背压测试单元，2台ROV同时作业可以有效提高水下回接效率。HCCS-L水平连接器水下回接流程主要分为以下几步：①拆除水平连接器吊装框架;②拆除跨接管及结构物两端保护帽;③清洁结构物及跨接管两端管口外表面;④torque key解锁连接器本体，安装stroke tool顶伸对接（图7）;⑤使用torque tool扭矩扳手锁紧连接器管口（图8）;⑥使用hot stab进行连接后密封测试;⑦回收回接工具及ROV工具篮，拆除导向柱。

水平连接器的水下回接重点在于确保连接前要检查好结构物上阀门状态，连接后确保密封性能良好，密封圈外的密闭空间压降符合程序要求，同时对2台ROV水下作业的协调配合也提出了较高要求。在整个水下回接过程中，应确保回接作业时刻有连接器厂家工程师进行指导，同时甲方及第三方进行回接过程见证，以保证出现意外情况能及时应对。

4 工程实践经验

在某项目采用HCCS-L水平连接器形式柔性跨接管工程实践中，由于项目工期紧、施工任务重、多条船舶现场同时作业及现场海况不理想等作业条件，现场项目人员提前谋划、统筹调度、灵活安排现场各项作业，最终顺利完成了相关施工任务，也总结了部分良好工程实践经验。

4.1 多船船位实时显示

由于水下生产管汇周围管线繁多，设计有多条刚性跨接管、柔性跨接管及飞线等，部分软管及脐带缆还需进行水下调试;需要现场各条作业线同时作业，个别时间段甚至需多条船舶聚集在生产管汇周围进行施工，因此对于现场船位安排要求较高。现场项目组通过CAD软件提前模拟各船船位，定位软件来实时显示现场各条船舶船位，各船舶实际作业时加强沟通，船舶移动及艏向调整均互相通知，有效避免了因各船船位不清晰造成的待机事件，提高了海上施工效率。

4.2 合理调整各船作业内容

针对多船舶现场同时作业，首先综合现场各船作业计划，合理调整各船作业内容，从作业计划上提前避免船位待机事件。比如刚性跨接管与柔性跨接管的甲板准备、水下安装、连接器回接各个阶段均可分开进行，而甲板准备阶段船位可远离管汇上跨接管安装位置;管缆调试作业则主要在管缆两端位置，先在哪端调试也可灵活安排。因此针对各船作业内容的统筹安排，也可有效避免待机事件发生。

4.3 多船合作完成柔性跨接管安装

柔性跨接管安装分为甲板及水下准备、铺设安装、水下回接等阶段，甲板准备及铺设安装需要工程船自主完成，而水下准备如安装导向柱、拆除结构物侧压力帽、结构物侧阀门状态检查与操作以及连接器水下回接，则可由其他工程船协助完成。同时，如果受船位影响，首端连接器就位时，也可将首端连接器传递至其他工程船吊机，两船配合完成首端连接器就位。通过多船统筹合作，可有效提高各船使用效率。

4.4 水下工机具共享共用

不管是采用水平连接器的刚性跨接管还是柔性跨接管，跨接管安装就位均需要提前操作结构物侧阀门、安装导向柱等，需要使用到吊装锚、扭矩扳手等。由于现场船舶较多，各船工机具有限，可以将水下工机具临时存放管汇或PLET等结构物上，待水下作业全部完成时，再由最后一条离场工程船取回甲板。通过水下工机具的共享共用，也可以避免船舶靠泊穿梭物资次数，提高项目整体水下施工效率。

5 结束语

随着未来深水水下生产系统的广泛应用，采用HCCS-L水平连接器形式的柔性跨接管前景也非常可观。通过本文对于HCCS-L水平连接器形式柔性跨接管安装过程与注意要点的研究分析，以及一些良好实践经验，对于类似柔性跨接管安装工程具有一定参考意义。

参考文献：

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作者简介：郭非凡（1992-），男，助理工程师。研究方向为海洋管缆施工。