ROV在海底油气管道铺设施工中的应用

关键词：油气

海底油气管道铺设对于海上油气田开发、建设非常重要。海管将各油气平台之间连接起来, 形成具有一定规模的海洋油气生产作业区, 并将钻采出的油气输送至陆地终端做进一步炼化、使用。

在海管的铺设施工中, ROV (Remotely Operated Vehicle, 即水下机器人) 担任水下视频支持、定位支持、海管着泥点监控、铺设路由监控、剪切牺牲缆、临时调查铺设路径等水下作业任务, 对于海管铺设施工的精度要求、质量保证、以及突发应急状况的处理具有重要的意义。

1 海底管道铺设方法

1.1 海管铺设方法分类

一般地, 海管铺设方法可以分为以下四种:拖曳式、卷管式、J型和S型铺管法。本文以S型铺管法为例, 探讨ROV在海管铺设中的应用, 如图1.1.1所示。

1.2 S型铺管法一般步骤

1.2.1 起始铺设

主要包括起始锚排布, 起始缆调整、起始封头焊接, ROV调查起始封头偏转角度、法兰位置, 确定铺设路由起点坐标, 剪切调整缆等工作。

1.2.2 持续铺设

由驳船运送海管;铺管船作业线内焊接、检验、涂覆、防腐等基站相互配合, 将各单根海管焊接在一起, 沿设计路由DP (Dynamically positioned) 操船, ROV持续在水下监控海管着泥点, 并反馈DCC (Distance Cross Course) 及定位信息, 便于铺管船及时调整船位, 以保证海管铺设精度。

1.2.3 终止铺设

主要包括焊接终止封头, ROV持续在水下监控海管着泥点, 剪切牺牲缆, 调查终止封头偏转角度、法兰位置, 确定铺设路由终点坐标等工作。

2 ROV分类与选型

概据挪威石油工业标准 (NORSOK STANDARD U-102-Remotely operated vehicle (ROV) services) 中对ROV的规定, ROV可分为5类:纯观察级、带负载的观察级、工作级、海底作业级以及模型或发展级潜器。其中工作级ROV又可细分为3类:

A类:轻工作级潜器<100 HP, 如深圳水下公司的QUARK01-ROV;

B类:中工作级潜器100 HP至150 HP, 如深圳水下公司的VENOM 5-ROV、QUANTUM 13/14/18/19-ROV;

C类:重工作级潜器>150 HP, 如深圳水下公司的UHD 78/79-ROV;

由于此次海管铺设施工中使用的牺牲缆、调整缆均为65/78 mm钢缆, 且东海海域海况较差, 海底黑流较多, 需选用B/C类ROV。本次作业中选用的ROV为200 HP, 3000 m铠甲缆/TMS内软缆600 m级重工作级水下机器人, 配备一个SCHIL-LING TITAN-4七功能模拟机械手, 一个SCHILLING RIGMAS-TER五功能机械手, 可外接液压剪、液压砂轮机、钻石切割锯、吸泥泵等各类液压工具, 具有很强的水下工作能力, 能够胜任铺管作业中ROV所担负的支持工作。

3 ROV作业配置方式

3.1 RSV (ROV Support Vessel) 设备

ROV在海上作业时, 一般需使用具有动力定位, 即DP功能的工程作业船舶作为支持母船。此次选用的RSV为HYSY681船, 该船具有DP-2功能, 在2013年度作为RSV参与了南海海域1500 m深水铺管项目, 具有丰富的ROV作业支持经验。

3.2 水声定位 (Underwater Acoustic Positioning)

ROV入水作业时, 除自身带有的姿态传感器 (罗盘、声呐、深度计、高度计等) 外, 还需定位设备的支持, 一般采用水下声学定位 (Underwater Acoustic Positioning) 导航技术。

目前主要应用的有以下三类水声定位系统 (按应答器基阵基线长度分) :

3.2.1 超短基线系统:

SSBL/USBL (Super/Ultra Short Base-line) , 其声基线长度<10 cm;

3.2.2 短基线系统:

SBL (Short Baseline) , 其声基线长度20m-50 m;

3.2.3 长基线系统:

LBL (Long Baseline) , 其声基线长度100m-5000 m;

综合考虑到以上三种不同定位系统的成本、精度、覆盖范围、安装、操作、维护及性能可靠性等因素, 此次铺管作业区域海水深度在81.8-100.0 m范围, 为保证海管铺设的精度要求, 故选择超短基线声学定位系统。

4 ROV用到的外接工具

专用水下工具主要是用来完成一些特定的水下作业, 扩大机械手的作业能力和效率, 其按运动方式可分为旋转型、直线型和冲击型。具体分类见表4.1。

在此次海管铺设中, ROV用到的外接工具有液压剪/钳、吸泥泵/冲洗推进器、砂轮机/钻石切割锯等。

5 ROV在海管铺设过程中的工作

5.1 海管起始铺设作业

海管起始铺设时, 根据施工方案的具体要求, ROV携带US-BL (超短基线) 定位信标进行起始锚、起始缆A/R索节、起始封头法兰等相关精度的定位工作。具体实施过程为, ROV飞行至目标点处, 悬停或坐于目标点正上方, 由定位工作人员打点, 并做好记录。

5.2 临时弃管和弃管回收作业

5.2.1 临时弃管作业

由于天气因素的影响, 作业船队被迫天气待机时需要临时弃管, 即ROV使用机械手对海管临时封头上钢缆连接的回收钩进行摘钩作业。在此过程中需确认, 钩头的挡板是打开的;如果不是, 需ROV使用机械手将其打开。

52.2弃管回收作业

当天气情况允许时, ROV需要进行弃管回收, 即临时封头的挂钩作业。在此过程中需确认, 钩头的挡板是闭合的;如果不是, 需ROV使用机械手将其闭合。

5.3 ROV剪切调整缆、牺牲缆

5.3.1 ROV剪切调整牺牲缆

对于起始铺设完成后, 剪切起始封头处的调整牺牲缆时, 钢缆上带有较大的张力, 根据所铺设海管直径的不同, 设计张力大约为60—105 T。在不卸除张力剪切钢缆的作业中, 对于ROV操作人员需要较高的技术要求, ROV剪缆的角度、位姿也有一定的限制, 否则会出现刀片断裂、破损的情况, 甚至会损坏液压剪, 导致将ROV挂在钢缆上无法回收的严重后果。

5.3.2 ROV剪切牺牲缆

在终止铺设时, 需要剪切牺牲缆, 此时钢缆上几乎不带张力。在此次海管铺设过程中, 牺牲缆采用Φ65 mm/Φ76 mm×8 m的钢缆。剪切牺牲缆时, ROV外接75 mm液压剪, 即3寸液压剪, 最大可以剪切78 mm钢缆, 如图5.3.1所示。

5.4 ROV着泥点监控

海管铺设期间, ROV全程监控起始封头和海管着泥点, 其结果主要体现在DCC (Distance Cross Course) 数值上。ROV上携带定位信标, 即在ROV上取一个参考点, 参考点投影到海床上的点到设计路由的垂线距离即为DCC数值, ROV需保证在实际铺设管线的正上方飞行, 这样测出来的DCC才准确。