技术领域
[0001] 本
发明涉及锚缆的更换方法，尤其涉及一种系泊锚腿上锚缆的更换方法。属于海洋石油工程领域。
背景技术
[0002] 目前，内转塔式单点系泊系统是一种广泛应用于浮式生产储卸油轮（FPSO）的单点系泊系统。油田设施投入使用后，经过多年的运行，单点系泊锚腿容易出现损坏。系泊锚腿的各组成部分中，上锚缆因长期处于反复收缩和拉伸的状态，其损坏的几率很大。断丝和松股是上锚缆时常发生的损坏情况，当损坏达到一定程度时，上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所要求的安全载荷值。若此时遭遇强台
风或热带风暴袭击，上锚缆有可能会发生断裂，给油田生产设施带来极大安全隐患。因此，一旦系泊锚腿的上锚缆出现严重断丝或其他严重情况时，需进行系泊系统安全评估，并决定是否更换上锚缆，以保障单点系泊系统及其他油田设施的安全运行。
[0003] STP型单点系泊系统多为9腿（分为3簇，每簇3条锚腿，间隔5°，各簇间隔120°）形式的系泊系统。每条系泊锚腿结构形式相同，包括：直接与单点浮筒连接的一条锚缆，然后是一段安装了
配重块或配重链的锚链，接着是锚缆与锚链的组合，最后是锚桩。
[0004] 浮式生产储卸油轮（FPSO）正常生产时的APL型单点系泊锚腿上锚缆更换的方式是：将浮式生产储卸油轮（FPSO）解脱，单点浮筒注
水沉入海底，然后，拆除旧的上锚缆、再安装新的上锚缆，最后，将单点与浮式生产储卸油轮（FPSO）回接。由于涉及到浮式生产储卸油轮（FPSO）解脱与回接等工作，因此，其工作量巨大，且需在油田停产的情况下进行，产量损失较为严重。
[0005] 此外，在锚腿水下张紧回接方面，目前，常用的方法是借助机械张紧工具，将其与待张紧的锚链连接，并通过提拉机械张紧工具的工作链，实现锚腿张紧；然后，再由饱和潜水员完成锚腿回接。但该锚腿张紧方法，由于机械张紧的过程和张紧程度不容易控制，且对作业
船舶性能要求高，船舶需配备大型吊机或绞车（一般为150T以上）。因而，作业船舶资源的选择方面受限较大，船舶
费用较高，而且该方法受天气因素影响较大（一般综合浪高1.5m或以下方可实施提拉），施工进度不易控制。
发明内容
[0006] 本发明的主要目的在于克服
现有技术存在的上述缺点，而提供一种系泊锚腿上锚缆的更换方法，其能够在不解脱浮式生产储卸油轮（FPSO）不影响正常生产的情况下，实现了锚腿张紧和切割、拆除旧锚缆索节头、回收旧锚缆、安装新锚缆索节头、铺放新锚缆、锚腿回接等全部施工；大大减少了浮式生产储卸油轮（FPSO）解脱与回接等工作；提高了生产效率和可靠性。
[0007] 本发明的目的是由以下技术方案实现的：
[0008] 一种系泊锚腿上锚缆的更换方法，其特征在于：采用以下步骤：
[0009] 第一步：在浮式生产储卸油轮3的船尾布置数条限位拖轮，使浮式生产储卸油轮3的艏向处在一个恒定的
角度附近；
[0010] 第二步：由空气潜水员6在相同水深处的系泊锚腿18的
钢缆上安装量角器，以测量上锚缆的入水角度；
[0011] 第三步：将水下液压张紧器下放至海底、并安装到待处理锚腿的配重锚链前端，然后，启动水下液压张紧器将锚链收紧，同时张紧锚腿18；
[0012] 第四步：锚腿18张紧后，选择两个张紧点之间松弛的锚链
链环进行切割；
[0013] 第五步：切割完成后，释放水下液压张紧器钢绞线13，使锚腿处于不受
力的松弛状态，然后由饱和潜水员15拆除水下液压张紧器与上锚缆末端锚链的连接；
[0014] 第六步：在旧的上锚缆拆除及新的上锚缆30安装过程中，调整浮式生产储卸油轮3艏向至与待处理的锚腿垂直；
[0015] 第七步：空气潜水支持船25与铺缆船分别靠泊在浮式生产储卸油轮3的左右舷，由空气潜水员6在单点底部安装导向
滑轮和导向缆，并将上锚缆略往上提，使上锚缆索节头28处于不受力状态；
[0016] 第八步：将专用上锚缆上索节头拆装工具27下放到单点底部，由空气潜水员6将连接结构部分安装到索节头上并固定，然后，使用该工具拆除旧上锚缆索节头；
[0017] 第九步：使用导向缆32将新的上锚缆上索节头28牵引至单点底部；
[0018] 第十步：调整上锚缆索节头28的
位置和角度，安装新的上锚缆索节头28；
[0019] 第十一步：在铺缆船的甲板上，将新的锚缆下索节头27与打捞上来的一段锚链35进行连接，该段锚链35将与海底的锚链进行回接，并形成一条完整的锚腿；
[0020] 第十二步：新的上锚缆30铺放完成后，水下液压张紧器松开，并充分释放钢绞线，使钢绞线的长度超过两锚链35之间的距离，然后，分别将水下液压张紧器钢结构和底锚与两段锚链35连接，启动水下液压张紧器将两段锚链35拉拢；由饱和潜水员15将两段锚链35连接起来，便完成锚链35回接，并形成一条完整的锚腿，释放水下液压张紧器钢绞线至自然状态后，拆除；
[0021] 第十三步：锚缆35更换完成后，重新测量锚腿18的入水角度和锚腿下索接头27的水深、位置；同时，计算角度偏差值，并与锚缆35更换前的入水角度和锚腿下索接头27的水深、位置进行比较，以确保单点锚腿结构正常。
[0022] 所述第一步中，饱和潜水作业时，浮式生产储卸油轮3的艏向正对待处理锚腿，并允许在±20°范围内
波动；空气潜水作业时浮式生产储卸油轮3的艏向与待处理锚腿间成一设定角度，该设定角度一般为90°，并允许在±5°范围内波动。
[0023] 所述第三步中，水下液压张紧器包括：一油缸7、钢结构8、
泵站9、底锚14、钢绞线13和油管11，其中，泵站9位于施工船舶甲板10上，通过油管11，将动力传输给油缸7；油缸7固定于钢结构8中；钢结构8的一端与固定索具12相连接；钢绞线13的一端穿过油缸
7，钢绞线13的另一端与底锚14连接；底锚14与固定索具12连接；启动泵站9后，油缸7能够沿钢绞线13作双向运动。
[0024] 所述第五步中，饱和潜水员15拆除水下液压张紧器与上锚缆末端锚链的连接后，饱和潜水支持船4有两种选择：一是：仅在旧的上锚缆末端锚链安装水下
机器人回收索具，由载有水下机器人的铺缆船24自行回收旧的上锚缆；二是由饱和潜水支持船4自行回收旧的上锚缆末端，再将旧的上锚缆末端传递给铺缆船24，由铺缆船24进行进一步的回收工作。
[0025] 所述第六步中，调整浮式生产储卸油轮3的艏向至与待处理的锚腿垂直，并允许浮式生产储卸油轮3的艏向在±5°范围内波动。
[0026] 所述第八步中，上锚缆上索节头拆装工具27主要是由
液压缸和连接结构两部分连接组成；具体安装过程如下：
[0027] （一）将铺缆船24上的绞车33
钢丝绳与上锚缆连接；
[0028] （二）拆除索节头销杆保险，启动液压缸将索节头销杆顶出，上锚缆与单点分离；此时，锚缆重量转移至铺缆船24绞车33钢丝绳上，解脱旧的上锚缆与单点之间的固定防脱索具，铺缆船24的绞车33开始回收上锚缆。
[0029] 所述第九步中，为了避免新的上锚缆索节头28在下放过程中，锚缆因弯曲程度超过规定值而造成损伤，需先对新的上锚缆30下放过程中，在水中的
姿态—即：
悬链线进行动态计算；然后，用计算结果指导下放过程，即：控制锚缆下放速度和施工船舶移船速度，其中，在下放过程中，需同
时移船远离单点使锚缆尽量舒展，缩小弯曲程度，使两者形成一个最佳配合，锚缆弯曲程度达到最小。
[0030] 所述第十一步中，打捞上来的一段锚链35切割时，锚链35的中间部分使用D型卸扣+加大链环+D型卸扣组合34的方式进行回接；因此，在锚链35上再切割两个链环；切割后，再将卸扣组合22的一端与锚链35连接，然后，再铺放新的上锚缆30+锚链35+D型卸扣组合34。
[0031] 本发明的有益效果是：
[0032] ⑴对上锚缆的更换，能够在浮式生产储卸油轮（FPSO）在役生产情况下进行，避免了浮式生产储卸油轮（FPSO）解脱与回接等工作，其工作量大大减少，且此时油田处于正常生产状态，大大减少了油田的产量损失和产值损失。
[0033] ⑵将液压拉伸引入到水下施工，摆脱了传统锚腿机械张紧的方法对施工船舶性能苛刻要求的束缚，大大增加了船舶资源选择余地，大幅降低了费用，同时，提高了生产效率和可靠性。
[0034] ⑶本发明的索节头液压拆装工具，使空气潜水员在单点底部进行锚缆索节头的拆除和安装变得方便高效，拆除或安装一个上
锁接头索节头的时间约为一天。
[0035] ⑷通过对新锚缆上索节头的安装及锚缆铺放过程中锚缆在水中姿态（悬链线）进行计算分析，将计算分析结果用于指导锚缆下放过程，使锚缆不会因过度弯曲而损伤，保护了锚缆。
[0036] ⑸D型卸扣+加大链环+D型卸扣组合的设计和应用，既满足的规范要求，又满足了施工便利性的要求。
附图说明：
[0037] 图1为本发明锚链切割时FPSO艏向控制示意图。
[0038] 图2为本发明锚腿入水角度测量示意图。
[0039] 图3为本发明水下液压张紧设备示意图。
[0040] 图4为本发明锚腿的张紧与切割示意图。
[0041] 图5为本发明锚缆与锚链分离示意图。
[0042] 图6为本发明旧锚缆末端回收至甲板示意图。
[0043] 图7为本发明锚缆上索节头拆除与安装船位示意图。
[0044] 图8为本发明锚缆上索节头拆装示意图。
[0045] 图9为本发明新锚缆上索节头牵引至单点底部示意图。
[0046] 图10为本发明D型卸扣连接两段锚链示意图。
[0047] 图中主要标号说明：
[0048] 1.主限位拖轮、2.辅助限位拖轮、3.浮式生产储卸油轮、4.饱和潜水支持船、5.量角器、6.空气潜水员、7.油缸、8.钢结构、9.泵站、10.施工船舶甲板、11.油管、12.固定索具、13.钢绞线、14.底锚、15.饱和潜水员、16.潜水钟、17.5T浮袋、18.锚腿、19.索具组合、20.锚腿配重块、21.专用上锚缆上索节头拆装工具、22.D型卸扣组合、23.切割链环、24.铺缆船、25.空气潜水支持船、26.防碰垫、27.锚缆下索节头、28.上锚缆索节头、29.船尾A吊、30.新的上锚缆、31.导向滑轮、32.导向缆、33.绞车、34.锚链。
具体实施方式
[0049] 如图1—图10所示，本发明采用以下步骤：
[0050] 第一步：如图1所示，在浮式生产储卸油轮3的船尾布置数条限位拖轮，通过拖轮限制浮式生产储卸油轮3在风、浪、流作用下的转动，使其艏向处在一个恒定的角度附近；其中，限位拖轮的数量和
马力需根据浮式生产储卸油轮3的大小、风浪流影响、内波流影响、拖轮操控性等因素综合确定，一般是由一条主限位拖轮1与两条辅助限位拖轮2构成；
浮式生产储卸油轮3的限位工作主要分为两种：一是饱和潜水施工作业，二是空气潜水的上锚缆上锁接头拆装施工作业；饱和潜水作业期间；
[0051] 1.首先，将浮式生产储卸油轮3的艏向控制在正对待处理锚腿的方向，此时，浮式生产储卸油轮3与饱和潜水支持船4形成最大角度，为饱和潜水员15在水下切割锚链创造最安全船位条件；浮式生产储卸油轮3的艏向允许在±20°范围内波动。
[0052] 2.空气潜水的上锚缆上锁接头拆装施工作业期间，浮式生产储卸油轮3艏向与待处理锚腿间成一设定角度，该设定角度主要从上锚缆收放的便利性考虑确定，一般为90°；浮式生产储卸油轮3的艏向允许在±5°范围内波动，这对于限位拖轮的数量、马力选择及单拖轮自身的操控性能都有苛刻的要求。无论是饱和潜水作业还是空气潜水作业，均需制定安全有效的限位监控程序及应急措施，以确保施工船舶的安全。
[0053] 第二步：如图2所示，空气潜水员6在相同水深处的系泊锚腿18的钢缆上安装特制的量角器5。一般测量一簇锚腿即可；同时，饱和潜水员15从潜水钟16游出，测量锚腿下索接头的水深和位置，一般为：测量一簇锚腿即可；用以辅助判断上锚缆更换前后锚缆入水角度变化情况，评判上锚缆更换的效果。
[0054] 第三步：如图3所示，将水下液压张紧器下放至海底、并通过索具组合19安装到待处理的锚腿配重块20前端，在水下液压张紧器上安装5T浮袋17以抵消其自重。然后，启动水下液压张紧器将锚链收紧，为饱和潜水员15进行锚链水下不带力切割创造条件；同时，张紧锚腿18；其中，水下液压张紧器包括：油缸7、钢结构8、泵站9、底锚14、钢绞线13和油管11，泵站9位于水面以上的施工船舶甲板10上，通过油管11，将动力传输给油缸7；油缸7固定于钢结构8中，为一体化结构。钢结构8的一端与固定索具12相连接，钢结构
8的另一端无连接。钢绞线13的一端穿过油缸7，钢绞线13的另一端与底锚14连接；底锚
14与固定索具12连接；启动泵站9后，油缸7可沿钢绞线13作双向运动，以达到张紧或松开两端锚腿的目的。在钢绞线13张紧过程中，多余的钢绞线13则从钢结构8有固定索具
12连接的一端两侧滑出。
[0055] 水下液压张紧器的工作原理是：采用大吨位吊带或其他索具将设在油缸7外的钢结构8和底锚14分别与锚链的两个点进行连接，然后，启动位于施工船舶上的
液压泵站9，通过油管11驱动油缸7启动行程。
[0056] 第四步：如图4所示，锚腿18张紧后，选择两个张紧点之间松弛的锚链链环进行切割，切割时，使用钻石线切割锯或其他切割工具在切割链环23处进行切割。在选择切割位置时，需考虑切割后的上锚缆及末端连接的一段锚链与海床之间的
摩擦力，能使其在较短距离内（不超过水下液压张紧器最大伸缩长度）止住上锚缆的末端锚链回缩并保持平衡状态。
[0057] 第五步：如图6所示，切割完成后，释放水下液压张紧器钢绞线13，使锚腿处于不受力的松弛状态，然后由饱和潜水员15拆除水下液压张紧器与上锚缆末端锚链的连接，此时，饱和潜水支持船4可有两种选择：一是仅在旧的上锚缆末端锚链安装水下机器人（ROV）回收索具，由载有水下机器人（ROV）的铺缆船24自行回收旧的上锚缆；二是由饱和潜水支持船4自行回收旧的上锚缆末端，再将其传递给铺缆船24，由铺缆船24进行进一步的回收工作。两种方法均可，根据实际施工情况确定。
[0058] 第六步：如图7所示，在旧的上锚缆拆除及新的上锚缆30安装过程中，需调整浮式生产储卸油轮3艏向至与待处理的锚腿垂直，此时，铺缆船24、空气潜水支持船25与单点底部待施工位置都是最近距离。为了防止发生碰撞，在铺缆船24、空气潜水支持船25与单点之间安装有防碰垫26。在拆装上锚缆索节头28时，空气潜水员6处于单点底部作业，且由于APL单点的特殊结构，辅助拆装索具会同时安装于单点结构的旋转与不旋转结构上；此时，为了不影响施工，并保证潜水员安全，浮式生产储卸油轮3的艏向应控制在±5°范围内。另外，由于上锚缆被拆除后失去了对单点浮筒的限位能力，若此时遭遇恶劣天气（一般为台风），没有更好的应急措施可以实施，单点系泊系统可能存在危险，因此，在上锚缆更换施工前需先确定未来2-3天时间内海上天气情况良好后方可进行施工。
[0059] 第七步：如图7所示，由空气潜水支持船25与铺缆船分别靠泊在浮式生产储卸油轮3的左右舷，空气潜水员6在单点底部安装导向滑轮31和导向缆32，并通过导向缆将手扳葫芦等工具传递至单点底部；单点不旋转结构上安装上锚缆防脱索具，并在单点不旋转结构和旋转结构上安装导链，将上锚缆略往上提，以抵消其重力，使上锚缆索节头28处，尽可能处于不受力状态，为上锚缆索节头28的拆除创造有利条件。
[0060] 第八步：在导向滑轮帮助下，将专用上锚缆上索节头拆装工具27下放到单点底部，其中，上锚缆上索节头拆装工具27主要是由液压缸和连接结构两部分连接组成；由潜水员使用导链将连接结构部分安装到索节头上并固定，其具体安装过程如下：
[0061] （一）将铺缆船上的绞车钢丝绳与上锚缆连接，以防止拆除索节头后，锚缆坠落；
[0062] （二）拆除索节头销杆保险，启动液压缸将索节头销杆顶出，上锚缆与单点分离；此时，锚缆重量转移至铺缆船24绞车33的钢丝绳上，解脱旧的上锚缆与单点之间的固定防脱索具，铺缆船24的绞车33开始回收上锚缆。
[0063] 第九步：如图9所示，使用导向缆32将新的上锚缆索节头28牵引至单点底部（出海施工前，新的上锚缆30已预先盘入铺缆船24的滚筒内）。
[0064] ①为了避免新的上锚缆索节头28在下放过程中，锚缆因弯曲程度超过规定值而造成损伤，需先对新的上锚缆30下放过程中，在水中的姿态—即：悬链线进行动态计算；
[0065] ②用计算结果指导下放过程，即：控制锚缆下放速度和施工船舶移船速度，其中，在下放过程中，需同时移船远离单点使锚缆尽量舒展，缩小弯曲程度，使两者形成一个最佳配合，锚缆弯曲程度达到最小；另外，为防止因锚缆扭转而导致锚缆上锁接头无法与单点底部公头对中的情况发生，需在锚缆下锁接头27的下放索具中加装一个万向旋转节，吨位根据实际情况决定。
[0066] 第十步：使用导链调整上锚缆索节头28的位置和角度，使其与单点底部公头精确组对，然后，将其固定住，并把上锚缆索节头28的销杆放入销孔，使用专用上锚缆上索节头拆装工具21，将销杆全部顶入销孔并安装保险片，便完成了新的上锚缆索节头28的安装。
[0067] 第十一步：在铺缆船的甲板上，将新的锚缆下索节头27与打捞上来的一段锚链34进行连接，该段锚链34将与海底的锚链进行回接，并形成一条完整的锚腿。根据DNV（挪威船级社）的规范和APL型单点锚链形状，切割锚链34的中间部分需使用D型卸扣+加大链环+D型卸扣组合22的方式进行回接。因此，为保证施工前后锚腿长度不发生变化，需将D型卸扣组合22的长度考虑进来，在锚链34上再切割两个链环（水下已切割一个链环）。切割后，再将D型卸扣组合22的一端与锚链34连接，然后，再铺放上新的上锚缆30+锚链34+D型卸扣组合22。铺放时，同样要考虑新锚缆30的悬链线状态，并使用铺缆船24的船尾A吊29协助穿越下水桥。
[0068] 第十二步：新的上锚缆30铺放完成后，由饱和潜水员15检查两段锚链34之间的距离。水下液压张紧器松开，并充分释放钢绞线，使钢绞线的长度超过两锚链35之间的距离，然后，分别将水下液压张紧器钢结构和底锚与两段锚链35连接，启动水下液压张紧器将两段锚链34拉拢。饱和潜水员15用D型卸扣组合22中的另一个D型卸扣将两段锚链34连接起来，便完成锚链34回接，并形成一条完整的锚腿，至此新的上锚缆30安装施工完成。释放水下液压张紧器钢绞线至自然状态后，将其从锚腿上拆除。
[0069] 第十三步：锚缆更换完成后，重新测量锚腿18的入水角度和锚腿下索接头27的水深、位置，同时，计算角度偏差值，并与锚缆更换前的入水角度和锚腿下索接头27的水深、位置进行比较，确保单点锚腿结构正常。
[0070] 主限位拖轮、辅助限位拖轮、浮式生产储卸油轮、饱和潜水支持船、量角器、油缸、泵站、油管、固定索具、钢绞线、底锚、潜水钟、5T浮袋、锚腿、锚腿配重块、专用上锚缆上索节头拆装工具、铺缆船、空气潜水支持船、防碰垫、锚缆下索节头、上锚缆索节头、船尾A吊、锚缆、导向滑轮、导向缆、绞车、锚链为现有技术，未作说明的技术为现有技术。
[0071] 以上所述，仅是本发明的较佳
实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
