邱可(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

本文以FPSO錨鏈固定、管匯安裝基座固定、動(dòng)態(tài)電纜或軟纜位置固定等場(chǎng)景為背景，詳細(xì)介紹了ROV(搖控?zé)o人潛水器)在吸力樁一般安裝程序中的應(yīng)用，闡述如何進(jìn)行精度控制和安全風(fēng)險(xiǎn)控制，為以后的工程實(shí)踐提供參考依據(jù)和作業(yè)指導(dǎo)。

1 吸力樁的應(yīng)用場(chǎng)景介紹

海油工程中常采用的吸力樁是利用樁筒的內(nèi)壓和外部氣壓或水壓的壓力差將樁筒貫入海底的一種固定樁。安裝吸力樁時(shí)，首先在自重作用下，根據(jù)海底的地層泥質(zhì)情況，可以自由下沉一定深度，然后在ROV的介入下，利用吸力泵從樁筒內(nèi)向樁筒外抽水，在封閉的樁筒內(nèi)形成負(fù)壓，繼而產(chǎn)生了向下的推力，在樁筒向下的過(guò)程中，海底的泥土自然壓入樁筒，進(jìn)而完成吸力樁安裝作業(yè)[1]。在回收吸力樁時(shí)，吸力泵反向工作，向樁筒內(nèi)注水，使樁筒內(nèi)壓力大于樁筒外的壓力，利用正壓將樁筒內(nèi)的泥土頂出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸力樁的回收。

1.1 FPSO錨鏈海底固定

位于香港東南方向南海海域HYSY119 FPSO采用9條錨鏈固定，錨鏈的末端采用吸力樁固定方式。

1.2 動(dòng)態(tài)電纜或軟纜位置固定

在流花21-2臍帶纜安裝方案中，垂直方向的限位方式采用了吸力樁錨定的固定方式。

1.3 管匯安裝基座固定

南海海域流花16-2管匯基座采用吸力樁固定方式。吸力樁安裝精度要求艏向±2°、pitch±2°、roll±2°。

管匯吸力樁如圖1所示。

圖1 管匯吸力樁

2 ROV介入下的吸力樁一般安裝程序

2.1 吸力樁的一般安裝程序

文章僅介紹即吸力泵安裝、吸力樁入水就位以及水下安裝作業(yè)流程，不包括船舶、吸力樁、吸力泵、ROV等前期準(zhǔn)備作業(yè)內(nèi)容。

2.1.1 將吸力泵安裝至吸力樁頂部

連接甲板測(cè)試動(dòng)力單元至吸力泵本體，打開(kāi)吸力泵固定插銷(xiāo)和排水閥；吸力泵上系尾繩；主吊機(jī)起吊吸力泵；吸力泵調(diào)試人員乘坐工作吊籃通過(guò)輔吊機(jī)在空中觀察吸力泵位置，引導(dǎo)主吊機(jī)將吸力泵導(dǎo)向緩慢插入吸力樁頂部法蘭和吊耳板；吸力泵調(diào)試人員將Hot-stab插入吸力泵，啟動(dòng)甲板動(dòng)力單元將固定鎖銷(xiāo)插入固定耳眼，完成吸力泵與吸力樁連接；吸力泵調(diào)試人員確認(rèn)連接到位和密封合格之后，拔出Hot-stab放入吊籃回收至甲板；甲板人員協(xié)助吸力泵索具解脫，吸力泵安裝完成。

2.1.2 解除待安裝吸力樁甲板焊接固定

焊接人員切除固定吸力樁的全部海固；吸力樁開(kāi)始起吊入水；如果吸力樁起吊過(guò)程中發(fā)現(xiàn)天氣條件不滿足吊裝要求，應(yīng)立即停止吊裝作業(yè)，吸力樁返回原位，及時(shí)進(jìn)行海固焊接(臨時(shí)固定可以只進(jìn)行一半固定)。

2.1.3 吸力樁起吊入水至水深50 m，水下檢查吸力樁狀態(tài)

當(dāng)開(kāi)始起吊吸力樁時(shí)，作業(yè)船需調(diào)整壓載保證船體穩(wěn)定性；吸力樁穿越飛濺區(qū)的過(guò)程中吊機(jī)的下放速度不超過(guò)0.1 m/s，防止速度過(guò)快引起較大的晃動(dòng)；在吸力樁入水下沉過(guò)程中，由于樁筒內(nèi)氣體會(huì)慢慢排除，排除過(guò)程會(huì)引起一定程度的晃動(dòng)，期間吊機(jī)手應(yīng)注意其吊裝荷載變化，及時(shí)調(diào)整下放速度；在吸力樁入水50 m水深時(shí)，ROV水下檢查吸力樁吊裝索具、吸力泵鎖銷(xiāo)和閥門(mén)狀態(tài)、吸力樁初始傾斜度等。

2.1.4 ROV引導(dǎo)吸力樁初就位

吸力樁初就位過(guò)程中，一臺(tái)ROV調(diào)整吸力樁的艏向，另一臺(tái)ROV海床附近觀察吸力樁灌入深度刻度值。吊機(jī)下放吸力樁至距海底30 m水深，速度不超過(guò)0.35 m/s；調(diào)整船位將吸力樁移至安裝目標(biāo)區(qū)上方；吊機(jī)開(kāi)啟升降補(bǔ)償；吊機(jī)下放吸力樁至距海底3 m處；ROV1#抓住吸力樁上的把手調(diào)整樁的艏向，ROV2#通過(guò)攝像頭觀察牛眼監(jiān)控吸力樁樁實(shí)時(shí)傾斜度數(shù)據(jù)；通過(guò)調(diào)整船位使吸力樁安裝到設(shè)計(jì)位置[2]。距離海底3 m時(shí)確認(rèn)以下幾個(gè)數(shù)據(jù)是否滿足要求：樁中心位置(通過(guò)LBL信標(biāo))、樁的傾斜度(通過(guò)牛眼)、吊機(jī)載荷(吊機(jī)讀數(shù))。

2.1.5 ROV操作吸力泵并監(jiān)控吸力樁貫入過(guò)程

ROV插入Hot-stab啟動(dòng)吸力泵排水，將吸力樁貫入海床，實(shí)時(shí)監(jiān)控樁內(nèi)負(fù)壓值，據(jù)此數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)吸力泵的功率。ROV1#進(jìn)行吸力泵啟動(dòng)操作并實(shí)時(shí)監(jiān)控吸力泵表盤(pán)數(shù)據(jù)；ROV2#在海床實(shí)時(shí)監(jiān)控吸力樁貫入刻度數(shù)據(jù)；吊機(jī)切換至恒張力模式，保持設(shè)計(jì)張力；啟動(dòng)離心泵開(kāi)始抽水，使吸力樁開(kāi)始下沉；當(dāng)離心泵壓力不足以繼續(xù)貫入時(shí)，切換至凸輪泵。

2.1.6 吸力樁貫入至設(shè)計(jì)深度，回收吸力泵

ROV1#操作吸力泵停止排水；ROV2#確認(rèn)吸力樁艏向、傾斜度，貫入深度均滿足要求；ROV1#打開(kāi)吸力泵鎖銷(xiāo)；ROV1#斷開(kāi)Hot-stab與吸力泵的連接；ROV2#解開(kāi)吸力樁的索具，主吊機(jī)回收吸力樁吊裝索具至甲板；甲板人員將吸力泵的索具連接至主吊機(jī)，并下放至吸力吸力泵安裝位置，ROV操作完成吸力泵與索具的連接；吊機(jī)回收吸力泵距海底20 m, ROV1#重新插入Hot-stab啟動(dòng)吸力泵吸水，進(jìn)行吸力泵清潔工作。

3 吸力樁的安裝精度控制

在海油工程應(yīng)用中的吸力樁安裝精度要求往往比較高，它會(huì)直接影響所連接的主體結(jié)構(gòu)的安裝精度，因此在具體施工過(guò)程中的精度控制極為重要。

3.1 位置精度控制方式

在海油工程中，常用的水下定位方式分為兩種LBL(長(zhǎng)基線)和USBL(超短基線)兩種定位方式。因LBL具有高精度的特性常應(yīng)用于水下結(jié)構(gòu)物的精確就位和安裝。吸力樁可以說(shuō)是結(jié)構(gòu)物的地基建筑，它的精度將直接影響上層結(jié)構(gòu)物的精度，因此在進(jìn)行吸力樁安裝就位時(shí)，通常采用LBL定位方式。首先通過(guò)ROV攜帶SVP進(jìn)行下水?dāng)?shù)據(jù)采集，然后ROV攜帶COMPATT進(jìn)行LBL矩陣布置，定位人員再整合OCTANS、DVL、BEACON的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，得出精確的位置數(shù)據(jù)。

3.2 吸力樁下放著泥與自沉精度控制

當(dāng)吸力樁移至設(shè)計(jì)位置時(shí)，吊機(jī)緩慢下放使吸力樁自沉入泥約1 m的深度，ROV再次確認(rèn)艏向、傾斜度、位置是否均在安裝誤差范圍內(nèi)；吸力樁入泥自沉過(guò)程中，為防止因土質(zhì)松軟導(dǎo)致吸力樁自沉過(guò)快而導(dǎo)致傾斜度偏差過(guò)大，需用吊機(jī)一直保持拉力，期間吊機(jī)載荷緩慢以1～3 t的數(shù)值遞減完成自沉；吸力樁自沉過(guò)程中，監(jiān)控并記錄吊機(jī)載荷變化和安裝數(shù)據(jù)(自沉深度、傾斜度、艏向、位置等)，當(dāng)艏向或樁水平度超出誤差范圍時(shí)，可通過(guò)調(diào)整船位和控制吊機(jī)來(lái)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)傾斜度控制在1°以內(nèi)，自沉降深度基本符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，可認(rèn)為完成自沉降。

3.3 貫入過(guò)程精度控制

貫入過(guò)程ROV全程監(jiān)控吸力泵面板上數(shù)據(jù)和牛眼度數(shù)，定位人員通過(guò)吸力樁上的羅經(jīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄吸力樁的艏向、水平度；吸力泵工作人員根據(jù)貫入壓差曲線來(lái)調(diào)整吸力泵的壓力和流量。流花16-2和流花20-2吸力泵差壓曲線圖如圖2所示。

圖2 吸力泵差壓曲線圖

4 吸力樁的安裝過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)措施

4.1 安裝位置偏移過(guò)大風(fēng)險(xiǎn)

吸力樁安裝位置偏移過(guò)大時(shí)，需要回收出泥并重新就位。ROV啟動(dòng)吸力泵進(jìn)行反向注水，并實(shí)時(shí)觀察壓力變化；吊機(jī)緩慢加載至吸力樁水下重量；吸力泵繼續(xù)反向注水，緩慢增加吊機(jī)載荷至樁發(fā)生移動(dòng)，記錄此時(shí)泵的壓力為Breakout over pressure；當(dāng)樁移動(dòng)時(shí)，將吸力泵的吸力降至Retrieval over pressure(LE)的建議值，如果樁可以移動(dòng)，則保持此壓力不變，完成吸力樁的回收，如果不行，則慢慢增大至Retrieval over pressure(HE)的建議值，進(jìn)行吸力樁的回收；吊機(jī)配合吸力泵將樁從泥中拔出，回收至離海底10 m高；ROV檢查吸力樁的狀態(tài)；按設(shè)計(jì)要求樁重新至安裝位置[3]。

4.2 吸力樁貫入過(guò)程中天氣惡化風(fēng)險(xiǎn)

吸力樁安裝作業(yè)前確定一個(gè)適合安裝的天氣窗口期，保證在此時(shí)間段內(nèi)完成安裝作業(yè)；惡劣天氣來(lái)臨之前應(yīng)盡快完成吸力樁貫入，回收吸力泵；若受天氣狀況影響，來(lái)不及完全貫入，則停止貫入作業(yè)，ROV解脫吸力樁索具，打開(kāi)吸力泵鎖銷(xiāo)，ROV水下連接吸力泵回收索具，協(xié)助吊機(jī)回收吸力泵至甲板；如果ROV水下解除吸力樁索具失敗，則可通過(guò)ROV攜帶的軟繩刀將4條軟吊帶剪斷，從而完成索具的回收；若吸力泵鎖銷(xiāo)不能液壓驅(qū)動(dòng)脫開(kāi)，則需要ROV使用機(jī)械方式脫開(kāi)，然后回收吸力泵至甲板。待天氣窗口合適之后，ROV重新在水下安裝吸力泵，繼續(xù)貫入作業(yè)。

4.3 吸力泵故障/失效

一般情況下，吸力泵內(nèi)有離心泵和凸輪泵兩種類(lèi)型的泵，一臺(tái)泵功能失效或故障時(shí)，可使用另一臺(tái)泵繼續(xù)進(jìn)行貫入操作；若兩臺(tái)泵均不能完成貫入作業(yè)，則需要ROV去協(xié)助回收吸力泵至甲板進(jìn)行維修，維修并測(cè)試合格后，重新下放安裝到吸力樁頂部，繼續(xù)貫入操作；若吸力泵的排水閥故障導(dǎo)致不能開(kāi)始貫入操作，則需要回收至甲板進(jìn)行相應(yīng)的維修，待維修調(diào)試完成之后再行下水進(jìn)行相關(guān)操作。

5 結(jié)語(yǔ)

吸力樁具有穩(wěn)定性、可回收性、使用期限久等特點(diǎn)，在海油工程中的應(yīng)用較為廣泛，解決了水下結(jié)構(gòu)物的固定問(wèn)題。隨著海洋工程的不斷發(fā)展，吸力樁的應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)越來(lái)越多元化，本文僅從管匯吸力樁安裝角度出發(fā)，深入闡述ROV介入下的吸力樁安裝程序、安裝精度控制以及安裝風(fēng)險(xiǎn)控制，幫助相關(guān)從業(yè)者了解吸力樁的安裝特點(diǎn)，為以后的工程項(xiàng)目提供可靠的參考依據(jù)。