深水单点系泊维修中水浮筒保护性回收与下放工艺的应用

傅文志 刘耀江 黄佳瀚 郑申奎 卢维强 何昱亮

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518067）

0 引言

中水浮筒保护性回收与下放技术是1种在系泊系统维修更换过程对中水浮筒进行保护性回收与下放的技术。该工艺能够在 FPSO 在位不停产的情况下进行作业，工作量大大减少，提高了施工效率及可靠性，减少了油田的产量损失；利用ROV辅助下水作业，减少了施工成本[1]。

1 原理概述

内转塔式单点系泊系统是1种广泛应用于浮式生产储卸油轮（FPSO）的单点系泊系统，其通常可以包括6条～12条其结构形式相同的锚腿。深水（水深300 m以上）系泊锚腿一般由调整链（ACT链）、上锚缆、中水浮筒、连接板（三角板或四角板）、下锚缆、配重链、躺地缆和锚桩等组成如图1所示[2-4]。

与一般浅水系泊系统不同的是深水系泊系统在锚腿组成部分中由一根锚缆分割为上、下锚缆并通过中水浮筒连接。在锚腿的各组成部分中，上、下锚缆因长期处于反复收缩和拉伸的状态，经过多年的运行，其破损的概率相对最大，当损坏达到一定程度时，锚缆所能承受的最大安全载荷值将低于单点系泊系统设计时要求的安全载荷值，必须更换新锚缆以保证FPSO安全。此外，单点系泊系统设计寿命一般为10年～20年，到期后如果油田储量超出开发之初的估算储量仍然继续生产，就需要更换整个单点系泊锚腿以保证FPSO延寿期间的生产安全，这其中也包括上、下锚缆的更换。

图1 深水单点系泊系统锚腿的结构示意图

对FPSO在位锚缆更换工作中，由于中水浮筒连接于上、下锚缆之间，因此中水浮筒的保护性回收与下放是锚腿回收与下放程序中的重要组成部分。在回收锚缆前，须先在水下配置连接中水浮筒的回收索具。目前通常是由作业人员采用饱和潜水的方式完成中水浮筒回收索具的安装，这种作业方式增加了施工成本，工作效率低，对作业人员的要求较高，且不安全。

针对现有技术的上述缺陷，该工艺提供1种深水单点系泊中水浮筒回收下放系统及方法，能够在FPSO在位不停产不解脱的情况下进行作业，在作业过程中利用ROV辅助下水作业，减少了施工成本。

2 中水浮筒回收下放设备介绍

中水浮筒回收下放作业中要求的主要设备有锚系处理船、水下机器人（ROV）、索接头限位装置、中水浮筒存储支架。

在中水浮筒回收下放施工作业中，各类设备各有作用，并相互联系，共同协作完成中水浮筒回收下放工作。因此，在项目施工时，必须了解各类设备的功能特性以及互相交互工作时的操作流程。

2.1 锚系处理船

锚系处理船应该包括能吊装中水浮筒所需的吊机和绞车，并集成ROV在锚系处理船上。锚系处理船用于进行系泊系统的钢缆更换作业。

吊机用于将所述中水浮筒回收索具下放入水至中水浮筒上的卸扣附近，并通过ROV的辅助，将所述中水浮筒回收索具连接至所述卸扣上；以及用于在所述中水浮筒浮出水面后，连接至所述中水浮筒回收索具进行所述中水浮筒的吊装回收。

绞车用于通过ROV的辅助连接至ACT链上的ACT链索具，进行所述ACT链和第一上锚缆的回收。

2.2 水下机器人

如图2所示，水下机器人的主要作用是代替常规水下作业用的潜水员，提供1种高效安全的索具安装、施工监控的方式。

图2 水下机器人

2.3 索接头限位装置

如图3所示，索接头限位装置用于固定上锚缆与下钢缆的锚缆上索接头，以便于拆除ACT链与上锚缆的以及上钢缆与下钢缆和中水浮筒之间的连接。

2.4 中水浮筒存储支架

如图4所示，中水浮筒储存支架用于所述中水浮筒回收至甲板，拆除与上下钢缆连接后的临时存放。

2.5 中水浮筒安装支架

如图5所示，中水浮筒安装支架用于所述中水浮筒回连接至与上下钢缆，以及辅助下放。

图3 索接头限位装置

图4 中水浮筒临时存储支架

图5 中水浮筒安装支架

3 系泊系统中水浮筒回收下放工艺设计

参考国内的系泊系统维修工程中中水浮筒回收与下放实际施工应用，总结得中水浮筒回收与下放工艺主要包括中水浮筒回收索具的预安装、吊机回收中水浮筒、中水浮筒临时存放、中水浮筒的下放。

3.1 中水浮筒回收索具的预安装

在进行系泊系统的钢缆维修前，锚系处理船需要前往中水浮筒位置，利用ROV对中水浮筒回收索具进行预装。如图6所示，预装索具需要携带信标，以便于后续跟踪中水浮筒的位置以及水深状况。此过程仅仅需要ROV进行操作，不需要潜水员的辅助。

3.2 吊机回收中水浮筒

在系泊系统钢缆维修过程中，FPSO下放ACT链，ROV连接锚系处理船上的绞车至ACT链上的ACT链索具，利用锚系处理船上的绞车回收ACT链及上锚缆至甲板，利用索接头限位装置将上锚缆的上锚缆上索接头固定在锚系处理船上，拆除ACT链。

绞车继续回收上锚缆，直至中水浮筒浮出水面；甲板人员打捞中水浮筒回收索具，并连接至锚系处理船上的吊机，进行中水浮筒吊装。

在中水浮筒回收过程中，需要吊机、绞车、船舶等多方密切协作，以确保中水浮筒保护性回收至甲板。

中水浮筒回收过程： 1） ROV以及定位系统监控中水浮筒的实时位置。2） 吊机与预装索具连接。3） 吊机回收中水浮筒，船舶配合调整layback以及绞车配合调整钢缆受力情况。4） 吊机将中水浮筒回收至甲板如图7所示，索接头限位装置对下钢缆索接头进行限位，拆除中水浮筒与上下钢缆的连接。

3.3 中水浮筒临时存放

在中水浮筒临时存放，在中水浮筒回收上船后，甲板作业人员利用3根尾绳固定中水浮筒。

拆除中水浮筒与三角板之间连接的销轴，该销轴为螺杆设计，拆除保险销与螺母。然后拆除取下销轴；完成拆除后将中水浮筒存放至中水浮筒存储支架上（如图4所示），储存支架需要不干扰钢缆回收路径。

完成中水浮筒临时存放后，继续进行系泊系统下放的更换，直至重新将新的下放铺设至端头处，需要与中水浮筒以及上钢缆连接处。

3.4 中水浮筒下放

铺设至新下钢缆上索接头时，升起导向桩甲板作业人员在导向桩处安装索接头限位器固定索接头，拆除绞车钢丝绳与索接头的连接。

连接新上钢缆与三角板；新上钢缆绞车回拉钢丝绳，将三角板拉至船中合适位置。

根据三角板索接头位置，甲板作业人员安装中水浮筒的安装支架。

甲板作业人员安装中水浮筒下放索具，将中水浮筒从储存支架吊至安装支架如图5所示。

甲板作业人员利用千斤顶以及手扳葫芦连接中水浮筒与三角板。

吊机吊起中水浮筒，甲板人员移除中水浮筒安装支架。

吊机配合新上钢缆绞车将中水浮筒下放入水，ROV监控。

当浮筒顶部入水以后，吊机钩头，采用打双（回头缆）方式连接。当浮筒顶部入水以后，由甲板拆除回收吊装索具。

继续进行新上钢缆的铺设，直至完成钢缆更换作业。

4 中水浮筒保护性回收与下放技术工程应用分析

我国南海海域某系泊系统钢缆维修更换时，应用到了中水浮筒保护性回收与下放技术。在该维修更换项目中，要求对在FPSO在位不停产的情况下对损坏钢缆进行更换，要求快速高效地完成钢缆维修更换作业，其中中水浮筒进行保护性回收，作为关键技术有效地避免了新中水浮筒的采购以及安装过程，极大地降低的项目成本，缩短了项目流程。其作业水深在300 m，并且全过程不采用饱和潜水进行作业，仅适用ROV辅助。

图6 中水浮筒回收索具示意图

图7 中水浮筒回收示意图

通过对项目中中水浮筒的回收下放的分析，总结出以下需要注意的地方以及可以进行相关改进的地方。

浮筒安装分析如下所述。回收或下放浮筒时，要保证合适的船舶位置如图8所示，有以下3点要求：1） 保证浮筒不会与船艉发生接触或碰撞，此时要求较大的悬链线投影长度（layback）以提供来自锚方向的水平力。2） 保证吊机具有安装浮筒的能力，此时要求略小的layback以降低提升力。3） 保证Upper wire回收长度变化和船位变化相配合。

位置选取：分析时采取365m（距离转塔中心），此时layback为130 m。实际施工时采取380 m。

艏向选取：沿着锚腿方向，建议实际略调整船舶艏向，以减少吊机的侧向角度。

5 结语

该工艺通过锚系处理船上的吊机将中水浮筒回收索具下放入水至中水浮筒上的卸扣附近，利用ROV辅助将中水浮筒回收索具与卸扣连接；FPSO下放ACT链，利用ROV连接锚系处理船上的绞车至ACT链，利用绞车回收ACT链及第一上锚缆至甲板，拆除ACT链；绞车继续回收第一上锚缆直至中水浮筒浮出水面；将中水浮筒回收索具连接至锚系处理船上的吊机，进行中水浮筒吊装；将中水浮筒吊装回收上船并固定后，拆除中水浮筒，并存放至中水浮筒储存支架上。该工艺能够实现在FPSO在位不停产不解脱的情况下，进行锚腿的维修或更换作业，避免了FPSO的解脱与回接等工作，工作量大大减少，提高了施工效率及可靠性，且减少了油田的产量损失和产值损失；在作业过程中利用ROV辅助下水作业，完成索具的安装、解脱等工作，不需要作业人员进行饱和潜水作业，减少了施工成本，提高了作业效率和作业的安全性。

图8 中水浮筒安装分析示意图