陸豐7-2油田導(dǎo)管架平臺(tái)上部組塊低位浮托安裝關(guān)鍵技術(shù)

原慶東

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067)

陸豐7-2油田導(dǎo)管架平臺(tái)上部組塊低位浮托安裝關(guān)鍵技術(shù)

原慶東

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067)

針對(duì)南海陸豐7-2油田所處的海域海水較深、海況條件惡劣的實(shí)際情況，提出利用低位浮托技術(shù)安裝導(dǎo)管架平臺(tái)上部組塊，為此研究了上部組塊腿與導(dǎo)管架腿對(duì)接技術(shù)、上部組塊低位浮托載荷轉(zhuǎn)移技術(shù)、組塊提升和載荷平衡技術(shù)、上部組塊陸地試提技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并在該油田導(dǎo)管架平臺(tái)上部組塊浮托安裝作業(yè)過程中得到了成功應(yīng)用，為油田順利投產(chǎn)創(chuàng)造了必要條件。

陸豐7-2油田；導(dǎo)管架平臺(tái)；上部組塊；低位浮托安裝；關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)組塊與導(dǎo)管架對(duì)接位置高度，可將浮托法[1-6]分為高位浮托和低位浮托。低位浮托與高位浮托的基本原理相同，都是利用潮差變化和浮托船調(diào)載實(shí)現(xiàn)上部組塊與下部導(dǎo)管架的上下對(duì)接，但低位浮托安裝時(shí)上部組塊與下部導(dǎo)管架的對(duì)接位置較低，不再使用體積結(jié)構(gòu)龐大的組塊支撐框架，大大增加了上部組塊的浮托穩(wěn)性，并最終減少了浮托費(fèi)用。

陸豐7-2油田位于南海海域，在香港東南約217 km，海域水深106 m，依托現(xiàn)有陸豐13-2油田開發(fā)，設(shè)計(jì)建造一座導(dǎo)管架平臺(tái)。陸豐7-2油田導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)為8腿導(dǎo)管架(圖1)，上部組塊尺寸為65 m(長(zhǎng))×56 m(寬)×29 m(高)，重約12 700 t。根據(jù)陸豐7-2油田自身的特點(diǎn),考慮了以下因素決定采用低位浮托技術(shù)安裝平臺(tái)上部組塊：①增加浮托船的穩(wěn)定性；②可以簡(jiǎn)化導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)管架尺寸較小、制造成本較低；③低位浮托安裝時(shí)不需要在浮托船上安裝復(fù)雜的組塊支撐框架，而是采用簡(jiǎn)單的木滑靴即可；④可以使用較小的浮托船，浮托船的選擇相對(duì)較多，浮托安裝費(fèi)用較低。

圖1 陸豐7-2油田導(dǎo)管架上部結(jié)構(gòu)

大型組塊低位浮托在我國(guó)渤海油田雖有一些成功的先例，但在海水較深、海況條件惡劣的南海海域的應(yīng)用尚屬首次。本文針對(duì)南海海域?qū)嶋H情況研究了上部組塊腿與導(dǎo)管架腿的對(duì)接、上部組塊低位浮托轉(zhuǎn)移、組塊提升和載荷平衡、上部組塊陸地試提升等低位浮托安裝關(guān)鍵技術(shù)，并且應(yīng)用這些技術(shù)成功地完成了陸豐7-2油田上部組塊的浮托安裝。

陸豐7-2油田導(dǎo)管架平臺(tái)上部組塊低位浮托安裝的基本方法是，首先用浮托船將上部組塊與已經(jīng)安裝好的導(dǎo)管架腿在低位(距海平面+7m高度)對(duì)接就位，再使用專用液壓提升裝置將組塊提升10 m到設(shè)計(jì)操作位置(常用的高位浮托方式并不需要提升環(huán)節(jié))；上部組塊各腿與組塊采用分體設(shè)計(jì)，組塊腿預(yù)先裝在組塊套筒內(nèi)，在組塊腿與導(dǎo)管架腿對(duì)接就位后，將組塊腿與導(dǎo)管架腿焊接連在一起，再用預(yù)裝在組塊腿頂上的液壓提升裝置上提整個(gè)組塊到設(shè)計(jì)位置(圖2)。

圖2 陸豐7-2油田導(dǎo)管架平臺(tái)上部組塊低位浮托安裝方法示意圖

1 上部組塊腿與導(dǎo)管架腿對(duì)接技術(shù)

常規(guī)低位浮托法中，組塊腿與導(dǎo)管架腿的對(duì)接方式是依靠組塊腿自身的重量并通過液壓缸和鋼絞線系統(tǒng)提拉自由下放(圖3)，這種對(duì)接方式需要極好的天氣和海況條件。在我國(guó)南海陸豐7-2油田，這種對(duì)接方式存在以下問題：①因?yàn)閷?duì)接時(shí)組塊腿在組塊套筒內(nèi)處于自由狀態(tài)，在和下部導(dǎo)管架樁腿接觸并遇到阻力時(shí)容易旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而可能造成液壓系統(tǒng)下放鋼絞線受力過大斷裂和液壓系統(tǒng)功能失效等后果。②組塊腿與導(dǎo)管架腿的對(duì)接設(shè)計(jì)捕捉半徑較小(通常450 mm)，對(duì)接過程中對(duì)接比較困難。③受組塊結(jié)構(gòu)限制，鋼絞線長(zhǎng)度有時(shí)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，較短的鋼絞線剛性大，在組塊腿因海浪起伏而上下移動(dòng)碰觸到導(dǎo)管架腿時(shí)，鋼絞線受壓后容易穿越固定錨孔并無法退回，從而不能實(shí)現(xiàn)下放組塊腿的目的。

圖3 常規(guī)組塊腿與導(dǎo)管架腿對(duì)接方式

針對(duì)上述常規(guī)低位浮托組塊腿對(duì)接方式存在的問題，研究采用將高位浮托常用的樁腿對(duì)接緩沖裝置(LMU)應(yīng)用到陸豐7-2油田的低位浮托對(duì)接(圖4)，安裝時(shí)解決了如下問題。

1) LMU安裝位置。一般情況下，LMU預(yù)先安裝在上部組塊腿下方，可減少海上安裝作業(yè)時(shí)間。陸豐7-2油田已建成的上部組塊結(jié)構(gòu)空間不再適用安裝LMU，且LMU安裝工作可以和導(dǎo)管架維修工作同步進(jìn)行，因此選擇了LMU安裝在導(dǎo)管架腿上方的方案，將LMU主體裝進(jìn)導(dǎo)管架腿內(nèi)，上部對(duì)接件在導(dǎo)管架腿上承接上部組塊的重量(圖4)。由于導(dǎo)管架8個(gè)腿的大小有所不同，也相應(yīng)設(shè)計(jì)了2種不同尺寸的LMU，外4腿(A1、A4、B1、B4)LMU外徑為1 981 mm，內(nèi)4腿(A2、A3、B2、B3)LMU外徑為1 829 mm。為保證對(duì)接成功，LMU頂部的對(duì)接件采用了喇叭口形狀，LMU的緩沖高度達(dá)400 mm。

圖4 陸豐7-2油田導(dǎo)管架LMU結(jié)構(gòu)及安裝示意圖

2) LMU安裝數(shù)量。LMU的安裝數(shù)量決定了LMU在組塊與導(dǎo)管架對(duì)接時(shí)緩沖力度的大小。為保障陸豐7-2油田浮托作業(yè)的成功，選擇了導(dǎo)管架8個(gè)腿都加裝LMU的方案。

3) LMU安裝精度。LMU的安裝精度直接關(guān)系到組塊平臺(tái)腿與導(dǎo)管架腿的對(duì)接安裝質(zhì)量，一般要考慮對(duì)接高度空間和對(duì)接水平位置的誤差。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)接，浮托船進(jìn)船時(shí)必須保證組塊與導(dǎo)管架頂端的間隔距離大于1 m。由于LMU為后期安裝，增加了導(dǎo)管架腿頂部高度，為此決定將導(dǎo)管架8個(gè)腿的頂部都切掉1 m。為確保導(dǎo)管架腿的切割高度一致，都以A4腿上的基準(zhǔn)點(diǎn)(4 582 mm)為基準(zhǔn)進(jìn)行切割。

除了對(duì)對(duì)接高度的控制外，更要保證導(dǎo)管架腿的對(duì)接水平位置誤差，為此必須對(duì)導(dǎo)管架腿的相對(duì)位置進(jìn)行檢查，并比照上部組塊腿的相對(duì)位置，確保浮托對(duì)接時(shí)上部組塊腿與導(dǎo)管架腿的相對(duì)位置誤差在可接受范圍內(nèi)。檢查發(fā)現(xiàn) A1和B4腿已嚴(yán)重偏離原設(shè)計(jì)位置，研究決定將B4導(dǎo)管架腿+3 m和A1腿+1 m的上面部分切割，并進(jìn)行相應(yīng)校正和更換，從而保證了導(dǎo)管架腿的位置精度要求。

4) 組塊腿與LMU對(duì)接設(shè)計(jì)。為了保證組塊腿與導(dǎo)管架上安裝的LMU順利對(duì)接成功，對(duì)接方式采用凹凸錐形設(shè)計(jì)(圖5)，這樣在對(duì)接時(shí)即使對(duì)中度有一定的誤差也能保證對(duì)中成功。LMU上部設(shè)計(jì)成凹錐形接受上部組塊的質(zhì)量載荷，上部組塊則專門進(jìn)行相應(yīng)插尖設(shè)計(jì)，LMU和組塊插尖對(duì)接錐角45°，高度為400 mm。

圖5 陸豐7-2油田導(dǎo)管架組塊腿與下部LMU的對(duì)接圖

5) 組塊腿與導(dǎo)管架腿浮托對(duì)接的海況條件選擇。作業(yè)海況條件是低位浮托作業(yè)的關(guān)鍵條件之一，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮浪高、海流、潮差、風(fēng)速以及船舶運(yùn)動(dòng)等因素，保證浮托作業(yè)在所允許的海況條件范圍內(nèi)。 陸豐7-2油田的浮托作業(yè)海況條件要求為： 縱浪有益波高最大1.5 m、波峰期最長(zhǎng)8s；斜浪有益波高1 m、波峰期長(zhǎng)6 s；橫浪有益波高0.75 m、波峰期長(zhǎng)6 s；海面波浪流速最大0.6 m/s；在10 m標(biāo)高處平均風(fēng)速最大10 m/s;平臺(tái)浮托作業(yè)應(yīng)在5 d內(nèi)基本完成并達(dá)到能夠抵抗100年一遇臺(tái)風(fēng)的能力。

2 上部組塊低位浮托載荷轉(zhuǎn)移技術(shù)

組塊腿與導(dǎo)管架LMU成功對(duì)接后，組塊質(zhì)量載荷必須先從浮托作業(yè)船平穩(wěn)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)管架腿和組塊腿上，才能進(jìn)行上部組塊的提升就位。為保證組塊腿與導(dǎo)管架腿的平穩(wěn)對(duì)接，采用了組塊腿與組塊臨時(shí)固定在一起，對(duì)接后再使組塊腿與組塊分離的設(shè)計(jì)方案。

組塊腿與組塊的臨時(shí)固定是通過在組塊腿插尖處設(shè)計(jì)一蓋板并將蓋板與組塊臨時(shí)焊接在一起完成的(圖6)。當(dāng)組塊通過潮汐和浮托船壓載下降與導(dǎo)管架腿對(duì)接時(shí)，組塊腿插尖就會(huì)慢慢與導(dǎo)管架腿上的LMU凹槽對(duì)中、接觸直至完全吻合對(duì)接。隨著浮托船的繼續(xù)壓載下降，組塊質(zhì)量逐漸從浮托船向?qū)Ч芗苻D(zhuǎn)移，當(dāng)浮托船完全脫離上部組塊時(shí)，組塊的質(zhì)量轉(zhuǎn)移即告完成。當(dāng)浮托船退出導(dǎo)管架后，將導(dǎo)管架(LMU外筒體)與上部組塊腿插尖蓋板焊接在一起，從而完成組塊與導(dǎo)管架的就位對(duì)接作業(yè)。組塊對(duì)接后還要將固定組塊腿用的臨時(shí)連接塊切割掉，才能開始組塊提升作業(yè)。

圖6 陸豐7-2油田導(dǎo)管架組塊腿固定方式

3 組塊提升和載荷平衡技術(shù)

組塊提升主要是通過在組塊外4腿的組塊腿上部安裝一套液壓提升系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)4腿插腿基本是自由狀態(tài)隨組塊的提升而保持與導(dǎo)管架腿的對(duì)接。設(shè)計(jì)過程中所遇到的一個(gè)問題是LMU內(nèi)的彈性橡膠件會(huì)隨上部組塊的提升作業(yè)而回彈，因此必須選擇在組塊對(duì)接就位后首先將內(nèi)4腿與導(dǎo)管架腿焊接連好后再進(jìn)行提升作業(yè)，這樣增加了提升作業(yè)前的準(zhǔn)備時(shí)間，而且若8腿同時(shí)參與提升可能會(huì)因?yàn)楦魍葘?shí)際垂直度誤差而造成提升作業(yè)困難甚至失敗，因此必須經(jīng)過計(jì)算和驗(yàn)證，保證組塊提升力可以克服因組塊腿垂直度誤差造成的與外筒體的摩擦力。

陸豐7-2油田導(dǎo)管架組塊液壓提升系統(tǒng)主要由液壓提升缸及支架、鋼絞線、錨固塊及液壓動(dòng)力站和控制系統(tǒng)等組成(圖7)，外4腿每個(gè)腿上分布有6組液壓缸提升系統(tǒng)，液壓缸支架焊接在外4腿組塊腿上，位于主甲板上方，鋼絞線則穿過組塊上層甲板上的孔眼與固定在甲板下方的錨固塊相連。當(dāng)所有外4腿上的液壓缸系統(tǒng)同步向上提升鋼絞線時(shí)，就帶動(dòng)整個(gè)上部組塊向上運(yùn)動(dòng)直至設(shè)計(jì)操作位置。

圖7 陸豐7-2油田平臺(tái)組塊液壓提升系統(tǒng)示意圖

組塊提升過程中，通過液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)外4腿上的所有液壓提升缸系統(tǒng)同步進(jìn)行，同時(shí)要及時(shí)清理從液壓提升缸上垂落的鋼絞線，防止鋼絞線損壞周圍結(jié)構(gòu)和設(shè)備。當(dāng)上部組塊被提升到設(shè)計(jì)操作位置后，即可將組塊與腿焊接在一起，組塊與腿的連接是通過將皇冠板(每腿8塊)焊接到組塊腿上來實(shí)現(xiàn)的。

組塊被提升到設(shè)計(jì)目標(biāo)位置后，還需要將組塊在各腿的質(zhì)量載荷調(diào)整到設(shè)計(jì)載荷，這主要通過內(nèi)4腿的載荷調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。內(nèi)4腿在組塊提升過程中并未受力，理論上組塊甲板呈中間下凹型，組塊調(diào)載的主要內(nèi)容是將組塊甲板在內(nèi)4腿處用液壓千斤頂系統(tǒng)頂起并到達(dá)預(yù)定的設(shè)計(jì)載荷，載荷的確定則通過液壓系統(tǒng)的壓力指示換算得出。當(dāng)各腿達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)載荷值時(shí)，甲板荷載已經(jīng)平衡，甲板中間下凹的形狀也得以修正到設(shè)計(jì)水平度，甲板水平度可通過甲板平整度的實(shí)測(cè)確認(rèn)。 組塊甲板調(diào)載后，和外4腿一樣，再通過皇冠板焊接固定。將各腿組塊腿與外筒之間的環(huán)空用水泥固化加固后，平臺(tái)組塊的提升安裝作業(yè)可認(rèn)為基本結(jié)束。

4 上部組塊陸地試提升技術(shù)

要進(jìn)行上部組塊陸地試提升試驗(yàn)，首先需要確認(rèn)碼頭承載強(qiáng)度并預(yù)制能夠承受組塊質(zhì)量的支撐結(jié)構(gòu)。試提升主要模擬海上作業(yè)在外4腿提升組塊，其中B4腿承重最大達(dá)4 000 t。為達(dá)到安全提升組塊的目的，專門研究設(shè)計(jì)了一組承重組合結(jié)構(gòu)并安裝在每個(gè)外腿下面，該承重組合結(jié)構(gòu)主要由承重均力板、均力支架和均力泡沫墊組成(圖8)，其中，均力板在組合結(jié)構(gòu)體的最上面，用以直接承受上部組塊的重量；均力支架則用來分散承重載荷；最后由均力泡沫墊將載荷傳遞到碼頭地表。

圖8 陸豐7-2油田導(dǎo)管架上部組塊陸地試提升下部承載結(jié)構(gòu)圖

為了簡(jiǎn)化試提升作業(yè)，不在試提升時(shí)安裝組塊腿的內(nèi)腿插尖，而是將插尖蓋板直接與下部均力板接觸，從而達(dá)到了良好的載荷傳遞目的。組塊陸地試提升作業(yè)中，使用了已經(jīng)安裝好的液壓提升系統(tǒng)(提升高度一般在1.0～1.5 m)，還同步進(jìn)行了如更換下部木滑、安裝平臺(tái)救生艇等組塊未提升時(shí)不太容易進(jìn)行的作業(yè)。

5 應(yīng)用效果

在導(dǎo)管架維修完成和上部組塊維修改造完成后，于2014年8月成功實(shí)施了陸豐7-2油田上部組塊的海上浮托安裝作業(yè)。

1) 組塊在與下方導(dǎo)管架腿的對(duì)接過程中，組塊腿插尖與導(dǎo)管架上的LMU對(duì)中良好(圖9)，碰觸并未出現(xiàn)預(yù)想的巨大噪音，對(duì)接作業(yè)大約用時(shí)4 h，整個(gè)過程十分平穩(wěn)，LMU的緩沖性能得到了充分體現(xiàn)。

圖9 陸豐7-2油田導(dǎo)管架組塊插尖與下方LMU對(duì)接

2) 載荷轉(zhuǎn)移作業(yè)較為順利，經(jīng)過浮托船的壓載作業(yè)并利用凌晨落潮的有利時(shí)機(jī)，組塊重量成功由浮托船轉(zhuǎn)移到了導(dǎo)管架上，浮托船順利退船離開作業(yè)區(qū)域。隨后的作業(yè)是切割臨時(shí)連接塊，實(shí)現(xiàn)了組塊腿與組塊的分離，為組塊提升作業(yè)提供了前提條件。

3) 組塊提升作業(yè)初期曾出現(xiàn)A1腿液壓泵漏油故障，后又發(fā)現(xiàn)A1腿其中一個(gè)液壓缸動(dòng)作遲緩，不能與其他液壓缸同步工作，造成整個(gè)組塊的提升不能一次全沖程(0.5 m)提升，只能分小步進(jìn)行提升，因此提升時(shí)間由原來的2h增加到了7 h，最終比較圓滿地完成了組塊提升作業(yè)。

4) 組塊調(diào)載準(zhǔn)備工作比較長(zhǎng)，這是由于安裝液壓調(diào)載系統(tǒng)需要首先焊接安裝液壓系統(tǒng)工作支架，而該工作的安裝位置在組塊下甲板下方，工作空間受限，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，焊接工作量大，比原計(jì)劃的68 h多了近一倍的時(shí)間。另外，上部組塊陸地試提升試驗(yàn)基本達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康模瑸楹笃诘暮Ｉ蠈?shí)際提升作業(yè)提供了非常有益的借鑒作業(yè)。

6 結(jié)束語

首次在水深、海況條件較差的南海海域采用LMU低位對(duì)接技術(shù)完成陸豐7-2油田上部組塊低位浮托作業(yè)，其經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)可以推廣到今后類似的低位浮托作業(yè)中。低位浮托技術(shù)不需要在駁船上安裝組塊支撐框架，可節(jié)省數(shù)千噸的鋼材，平臺(tái)組塊與導(dǎo)管架的建造成本也低于其他安裝方式，安裝時(shí)還可以選擇較小型的駁船，可以起到“小馬拉大車”的效用。但是，低位浮托作業(yè)增加了平臺(tái)提升環(huán)節(jié)，技術(shù)難度高，尤其是海上安裝周期過長(zhǎng)，需要在今后的低位浮托作業(yè)中加以改進(jìn)。當(dāng)然，由于陸地試提升試驗(yàn)提前檢驗(yàn)了提升設(shè)備的性能，可增強(qiáng)海上安裝的信心，減少海上作業(yè)時(shí)間，因此低位浮托作業(yè)經(jīng)驗(yàn)較少時(shí)應(yīng)該考慮。此外，陸地試提升試驗(yàn)也為其它類似作業(yè)如TLP船體與上部組塊的合攏工作提供了非常有益的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。

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(編輯：葉秋敏)

Strand jack lifting techniques for topside float-over installation on jacket platforms in LF 7-2 oilfield

Yuan Qingdong

(ShenzhenBranchofCNOOCLtd.,Shenzhen,Guangdong518067,China)

Strand jack lifting technique was proposed for topside float-over installation on jacket platforms in line with the deep water and severe sea environment of LF 7-2 in South China Sea. Some key techniques such as the topside leg docking into the jacket leg, load transfer of the topside at low position during float-over installation, topside lifting & load balancing, and onshore trial of topside lifting were studied and then successfully applied to the topside float-over installation in the oilfield. The successful topside installation laid a solid foundation for LF 7-2 oilfield being put into production smoothly.

LF 7-2 oilfield; jacket platform; topside; strand jack lifting for float-over installation; key technology

原慶東，男，高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于原華東石油學(xué)院機(jī)械系石油礦場(chǎng)機(jī)械專業(yè)，主要從事海洋工程及海上安裝作業(yè)等工作。地址：廣東省深圳市南山區(qū)太子路22號(hào)金融中心9樓914室(郵編：518067)。電話：0755-26023739。E-mail:yuanqd@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)01-0120-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.019

TE 951

A

2014-12-31 改回日期：2015-06-19

原慶東.陸豐7-2油田導(dǎo)管架平臺(tái)上部組塊低位浮托安裝關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)海上油氣，2016,28(1)：120-125.

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