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s-lay安装的水下在线结构物设计 0 水下在线结构物 在深水气的开发中，由于其环境适应性强、可靠性高、成本低，大型石油公司越来越多地采用井生产系统。水下结构物是常见的水下设施, 是构建水下生产系统的基本单元。随海管一起下放安装的结构即可称为水下在线结构物 (区别于采用吊装的安装方式) , 主要包括海管终端设施 (PLET) 、海管终端管汇 (PLEM) 和在线三通管汇 (ILTM) 等。按照海管的不同安装方式可分为S-Lay和J-Lay两种形式。由于水下在线结构物随海管一起安装的特点, 限制条件多、结构较复杂, 设计是否合理直接关系到整个海管系统甚至整个水下生产系统是否能够顺利安装连接成功。该文针对番禺35-1/2气田设计了一种水下在线管道终端 (PLET) , 并在设计中考虑了渔网拖挂的影响。 1 渔网拖挂保护设计 在存在渔业活动的海域, 渔网拖挂保护是水下结构物的设计重点和难点。除非有明确的渔业调查报告和相关数据, 水下结构物一般依据NORSOK U-001规范进行渔网拖挂保护的设计。 水下结构物的渔网保护措施分为以下两种情况: (1) 建立海上限制区域以阻止托底渔网捕捞作业进入该区域, 在该区域进行不间断的监测, 防止托底渔网移动对水下结构物造成影响; (2) 如不能设置限制区, 水下结构物设计需考虑渔网拖挂保护。 针对需要进行渔网拖挂保护设计的结构物根据拖挂对结构物的不同影响可分为三类。 (1) 第一类是渔网可滑过设计 (overtrawlable) , 即渔网可顺利滑过水下结构物的保护框架, 不会对其造成影响, 设计中不用考虑渔网拖挂的载荷。但需计算渔网拖板的冲击载荷对水下结构保护框架的影响。可滑过设计的水下结构物如图1所示。 (2) 第二类是渔网友好型设计 (fishing friendly) , 一般情况下可方便渔网打捞装置滑过, 并且当渔网拖板被水下结构套住时能方便解脱。该类型水下结构物的设计载荷需考虑渔网摩擦载荷、渔网拖板套住时的作用载荷及拖板的冲击载荷, 该设计为水下结构物防渔网保护的主要设计类型。考虑除非渔网活动频率确定为偶然发生, 拖挂载荷应按照操作工况进行设计。 (3) 第三类是抗渔网挂住设计 (Snagging) , 即考虑渔网被水下结构物完全挂住且不能顺利解脱。这种类型水下结构物的设计载荷需考虑渔网挂住载荷、渔网拖板挂住载荷和拖板的冲击载荷, 这种情况下拖挂载荷可按照偶然工况进行设计。 此外, 为了有效地提升抗渔网干扰和破坏的能力, 规范建议水下结构物在设计中还应考虑结构外围部件与水平方向的夹角、结构的整体设计应尽量减少拖板进入的可能性、保护框架对跨接管和清管球收发器的防护等因素。 2 水下在线结构的设计 2.1 水下plet管道 番禺35-1/2气田位于中国南海, 利用水下生产系统进行开发, 并回接至番禺34-1固定平台, 水下设施最大水深338m。该气田开发工程设计了一种特殊形式的水下PLET随海管一起下放安装, 以连接产出气至外输海管。PLET输送介质为天然气, 管道尺寸为6″, 采用冶金复合管, 设计压力为31 MPa, 设计温度103℃, 带一个ROV操作水下全通径球阀, 设计寿命为20年。 该结构所在海域为中国南海, 环境条件复杂, 海底底流作用明显, 同时所在海域附近存在渔业活动, 需考虑渔网作业的影响。土壤条件以松散的沙土为主, 下层为硬质砂岩, 沙土最薄处厚度仅为0.3m。 2.2 该项目的内部设计 (1) 海洋石油2003 该项目的海管安装采用S-Lay铺设方式, 安装船舶为海洋石油201 (HYSY201) 。船舶的作业线和结构物转运通道的尺寸限制为长、宽、高不超过13.8m、1.6m、2.3m, 铺设管径范围为6″~60″。 (2) 水下结构物保护方案 该气田水下设施采用立式连接器以方便进行水下安装, 需考虑渔网拖挂的影响。由于采用立式跨接管接入, 水下结构物的渔网保护方案宜采用渔网友好型设计 (fishing friendly) , 在结构物保护框架四周设置倾斜杆件以方便渔网滑过并方便立式跨接管接入, 保护框架同时能够对立式连接器进行保护。 (3) 折叠式plet分体式机构 由于设计中要抵抗较大的渔网作用载荷, 同时需保持PLET的水下稳定性, 导致其结构基础的尺寸大大超过了安装船舶的在线铺设空间限制要求, PLET需选择折叠式方案或分体式方案。 折叠式方案即水下结构物为可折叠和可展开式设计, 折叠后大大减少结构物的安装宽度。其优点是基础和结构物本体为一体设计, 在不需要考虑渔网保护的区域安装过程可一次完成, 减少了安装的工作量;缺点是需要设计带折叠功能的机构, 局部部件设计复杂, 连接配合可靠性要求高, 同时需要核实折叠后结构物的整体高度是否超过船舶限制, 且在考虑