水下嵌入式海管终端PLET设计及建造综述

肖德明，肖易萍，陈再玉，赵晓磊，李 伟，张铮一，关 萍

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）①

水下嵌入式海管终端PLET设计及建造综述

肖德明，肖易萍，陈再玉，赵晓磊，李 伟，张铮一，关 萍

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）①

水下生产系统已经成为深水开发中的重要模式。海管终端PLET是水下生产系统的常见设施，为油气田水下回接提供接口。番禺35-1／35-2气田中的海管终端PLET采用了新型嵌入式的解决方案，用于194～338 m水深，首次在国内实现了嵌入式安装。阐述了番禺35-1／35-2水下设施项目中海管终端PLET的设计方案、建造要求及控制措施等，为我国南海深水油气田开发积累了宝贵经验。

水下生产系统；PLET；嵌入式

随着海洋油气田的开发不断向深水延伸，水下生产系统已经成为深水开发中的重要模式。一般水下生产系统包括采油树、水下管汇、跨接管、管道末端管汇（PLEM）／管道终端（PLET）等。PLET（PIPELINE END TERMINATION）即海底管线终端的缩写，位于海底管线末端位置，将海管和其他生产设施通过跨接管（JUMPER）连接起来，为油气田水下回接提供接口［1-3］。PLET及跨接管的使用可以有效避免由于海管的膨胀、收缩对水下结构物直接作用而造成的损坏。

番禺35-1／35-2气田位于南中国海，隶属于荔湾3-1气田群，如图1所示。水下生产系统通过ø152.4 mm（6英寸）、ø254 mm（10英寸）海底管线连接至番禺34-1中心平台，并以此为过渡回接到荔湾3-1中心平台，最后回接至珠海高栏港陆地终端。番禺35-1气田水深194.8～201.5 m，PY35-2气田水深236～338 m。番禺35-1支路ø152.4 mm（6英寸）海管一侧端部有1个PLET；番禺35-2支路ø254 mm（10英寸）海管一侧端部有1个PLET，ø152.4 mm（6英寸）海管两端各有1个PLET，合计4套PLET。以上4套PLET均采用“S-Lay”方法在线铺设，首次在国内采用嵌入式安装。

图1 番禺PY34-1／35-2／35-1气田开发系统示意

1 设计方案概述

水下产品在设计阶段通常就要将安装过程考虑其中，通过结构功能设计及分析计算以满足产品的相关安装及使用要求。根据安装方式划分，PLET可分为吊装安装和铺设安装2种。吊装安装的方法是先将PLET采用吊装的方式安放到海底，再将海管与PLET连接，通常用于PLET的体积或者质量较大的情况下。铺设安装的方法一般采用“S-Lay”或“J-Lay”的方式随海管一起安装。与吊装安装PLET相比，铺设安装的PLET既可以节约1对水下接头的费用，又可以减少海上连接的时间；同时也增加了PLET设计和安装的难度［4-6］。采用“SLay”铺设的PLET由于受到船舶作业线尺寸的限制，设计阶段就需要考虑其结构空间、结构物通过托管架的受力等因素锁定安装的船舶。为了减少空间，PLET通常采用折叠式设计。流花4-1油田PLET作为我国首次自主设计、建造和安装的300 m水深水下产品就采用折叠式设计方案。

本项目中设计和实际安装使用的船舶为海洋石油201全回转起重铺管船，考虑到项目所在区域渔业活动需要防渔网保护及土壤条件（土壤条件以松散的沙土为主，下层为硬质砂岩）等因素对防沉板的影响，折叠式设计方案由于整体尺寸超大，无法通过船舶作业线而放弃。

分体式嵌入方案如图2所示，防沉板与防渔网保护架设计为一体，中间预留空间及滑道（为海管膨胀而引发的结构物运动提供限位及支撑平台），这样可以大幅减少PLET本体的质量及尺寸。其中防沉板及保护架需提前下放至预定位置，而PLET则在海管铺设时嵌入到保护结构中。

图2 嵌入式PLET方案

PLET本体模型由流体管线、上部结构框架、鞍座及其他附属结构等组成，如图3所示。其中HUB及附属结构、压力帽均为Cameron公司产品。上部结构框架通过鞍座与主流体管连接，用于嵌入到保护结构中并为管汇本体提供限位及滑动支撑。

图3 PLET三维模型

流体管模型如图4所示，流体管由直管段及90°弯头组成，90°弯头与HUB袖管焊接；控制阀门选用球阀，该阀门提供ROV操作接口，用于ROV水下开启、关闭阀门。HUB在实际服役状态时与Cameron公司生产的立式卡爪连接器连接。流体管的直管段通过锚固件（BULKHEAD）实现变径，为避免鞍座与主流体管直接焊接，在锚固件上焊接保护套管。

为了满足海洋石油201全回转起重铺管船的安装限制要求，对水下设施管道布置、结构框架进行优化设计；并对旋转吊耳（用于连接浮筒，防止安装时结构物颠覆）重新设计，有效减少了PLET的整体高度。

图4 流体管模型

2 建造要求及措施

PLET作为海底管线的一部分，其结构中既有流体管部分也有钢结构部分，综合体现了海管和海洋工程钢结构的特点。

作为水下生产系统的一部分以及深水油气田开发的需要，番禺35-1／35-2项目建造对流体管焊接质量、钢结构防腐、尺寸精度等提出了严格的要求。

番禺35-1设计压力27 MPa，番禺35-2设计压力31 MPa，管线采用API X65级基管及内部堆焊3 mm Inconel625合金的双金属复合管，对于焊接质量有较高要求，需要开发X65级双金属复合管的焊接工艺。水下生产系统由于服役的特殊性，对于与海水接触的钢结构，要求钢材涂装表面盐含量不超出20 mg／m2，远高于常规海洋平台等项目50～100 mg／m2的要求，需要开展相关的磨料喷砂试验，以保证其防腐要求。项目对于尺寸精度有严格要求，累积尺寸精度需要控制在±6.35 mm，HUB组对角度公差为±0.25°，对于建造过程的下料、组对、测量、焊接变形控制等均提出了严格要求。鞍座作为连接结构部分与工艺管线之间的枢纽，承载着二者之间的所有载荷，保证鞍座顶板的水平度，才能有效保障后续整体的组对尺寸精度及焊接强度。

针对以上难点，通过技术攻关，自主开发了适合公司现有设备与人员的X65级别的冶金复合管焊接工艺，掌握了冶金复合管焊接技术，在执行项目中复合管焊接1次合格率100%。通过项目前期磨料喷砂试验，项目采用新的涂装工艺，达到既经济同时又满足项目需求的目的。建造过程中大量使用了全站仪等测量设备，有效地将尺寸精度控制在±6.35 mm，±0.25°。鞍座的顶板在组对阶段即选用厚一点的板材，在预制后机加工，可保证顶板的水平，有效地保证了整体精度。

通过上述措施的实施，完成了4套PLET产品的建造，部分交付产品如图5所示。

图5 交付的PLET

3 结语

PLET产品在交付业主前通过了各项严格的测试，为水下结构物后期海上安装、联调打下了坚实的基础。截至2013-11，4套PLET产品均已经随海管安装完工，这标志着番禺35-1／35-2海管终端PLET安装成功。番禺35-1／35-2 PLET建造、测试及安装为我国深水油气田水下生产系统的应用积累了宝贵的经验。

［1］ 于芳芳，段梦兰，郭宏，等.深水管汇设计方法及其在荔湾3-1气田中的应用［J］.石油矿场机械，2012，41（1）：24-29.

［2］ 谭越，石云，刘明.管道终端及防沉板基础分析［J］.海洋石油，2011（9）：93-96.

［3］ 周美珍，王长涛，张飞.流花4-1海管PLET建造和安装要求综述［J］.中国造船，2013（A1）：302-306.

［4］ 杨伟，叶茂，何宁，等.深水海底管道J型铺设工艺及设备研究［J］.石油矿场机械，2013，42（1）：14-20.

［5］ 王建文，王春升，杨思明.水下生产系统开发模式和工程方案设计［C］／／第十三届科协年会海洋工程装备发展论坛论文集，2011.

［6］ 张瑾，谢毅.深水水下管汇安装方法与进展［J］.海洋工程，2011（1）：143-148.

Summary on Design Plan and Fabrication Requirements for a New Type of Embedded PLET

XIAO De-ming，XIAO Yi-ping，CHEN Zai-yu，ZHAO Xiao-lei，LI Wei，ZHANG Zheng-yi，GUAN Ping
（China Offshore Oil Engineering Company，Tianjin 300452，China）

Subsea production system has become the important development mode in deep water development.Pipeline End Termination（PLET）is common facilities in subsea production system and is used to provide subsea tieback interface.An embedded type PLET has been adopted in Panyu 35-1／35-2 Gas field with the depth of 194 to 338 m.It has realized the embedded online installation for domestic under water engineering for the first time.Design plan and fabrication requirements of PLET in Panyu 35-1／35-2 subsea facilities project has been given in this paper.Technical experiences have been made for the future development of deep water oil and gas field in the south China sea.

subsea production system；PLET；embedded

TE952

A

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.07.022

1001-3482（2014）07-0084-03

2014-01-20

国家科技重大专项“深水水下生产设施制造、测试装备及技术”（2011ZX05027-004）

肖德明（1985-），男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，硕士，主要从事海洋钢结构、水下结构物制造及测试工作，E-mail：xiaodm＠mail.cooec.com.cn。