FPSO單點(diǎn)上部組塊維修改造的實(shí)踐應(yīng)用

胡雙

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

某油田單點(diǎn)位于渤海西部海域，水域水深約24m，采用水下軟鋼臂式系泊系統(tǒng)。該油田及其系泊的FPSO于2004年投產(chǎn)服役[1]。由于該單點(diǎn)上部組塊在惡劣天氣下會(huì)出現(xiàn)異常噪音，液滑環(huán)也伴有輕微原油泄漏，對(duì)油田的安全生產(chǎn)造成了一定隱患。為解決單點(diǎn)系泊系統(tǒng)存在的問題，保證油田正常穩(wěn)定生產(chǎn)，防止溢油事故發(fā)生，油田生產(chǎn)方實(shí)施了FPSO單點(diǎn)維修改造項(xiàng)目，即將上部組塊海上整體拆除后運(yùn)回陸地，在陸地對(duì)上部組塊進(jìn)行維修改造，改造內(nèi)容包括對(duì)高壓電滑環(huán)、液滑環(huán)、扭矩筒、軸承的更換安裝及其附屬管線的維修改造等。

本文以水下軟鋼臂式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)上部組塊陸地維修改造項(xiàng)目為背景，針對(duì)單點(diǎn)上部組塊維修改造工序復(fù)雜、安裝面多、滑環(huán)、扭矩筒安裝精度高等施工特點(diǎn)，論述了世界首例水下軟鋼臂式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)維修改造施工流程。并通過項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用，介紹了滑環(huán)更換、扭矩筒安裝、旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)等關(guān)鍵工序，其施工流程對(duì)今后涉及FPSO單點(diǎn)上部組塊維修改造類項(xiàng)目提供了工程借鑒作用，具有重大意義[2]。

1 單點(diǎn)上部組塊

圖1 單點(diǎn)上部組塊示意圖

某油田FPSO單點(diǎn)上部組塊由外部旋轉(zhuǎn)部分和內(nèi)部固定部分組成，旋轉(zhuǎn)部分與固定部分通過軸承實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜結(jié)合[3]。單點(diǎn)上部組塊的總體重量為323.6t，總高為27.945m，上部組塊示意圖如圖1所示。

單點(diǎn)上部組塊由外部旋轉(zhuǎn)框架、弧板、扭矩筒、滑環(huán)堆棧及其附屬管線及單點(diǎn)吊機(jī)等設(shè)備構(gòu)成，實(shí)施上部組塊陸地維修改造即在大型吊機(jī)的配合下完成相關(guān)設(shè)備的更換、維修作業(yè)。其主要改造的設(shè)備見圖2所示，其設(shè)備主要規(guī)格見表1。

圖2 上部組塊要改造的主要設(shè)備

表1 單點(diǎn)上部組塊主要的設(shè)備結(jié)構(gòu)信息

2 施工程序及關(guān)鍵工序

2.1 施工流程

單點(diǎn)上部組塊維修改造的施工流程共分四個(gè)階段，分別是前期準(zhǔn)備、拆除階段、回裝階段及調(diào)試階段[4]。施工流程如圖3所示。

2.2 前期準(zhǔn)備

2.2.1 上部組塊防傾覆固定由于單點(diǎn)上部組塊高達(dá)約28m，為防止上部組塊傾覆，同時(shí)便于陸地維修改造施工，設(shè)計(jì)了專用臨時(shí)墊墩和防傾覆支撐桿，專用臨時(shí)墊墩設(shè)置了四個(gè)配重塊，如圖4(a)所示。防傾覆四條支撐腿呈十字對(duì)稱布置，如圖4(b)所示。

圖3 上部組塊維修改造施工流程

圖4 上部組塊防傾覆固定

2.3 拆除階段

2.3.1 拆除滑環(huán)附屬設(shè)施

滑環(huán)的附屬設(shè)施包括與滑環(huán)連接的驅(qū)動(dòng)臂、電纜及儀表管線等，拆卸滑環(huán)前，必須按照順序?qū)ζ涓綄僭O(shè)施進(jìn)行拆除，拆卸的內(nèi)容包括：

(1)拆除與扭矩筒連接的電纜支架、工藝管線支架；(2)拆除低壓電滑環(huán)進(jìn)口動(dòng)力、儀表和光纖電纜，電纜拆除時(shí)測(cè)試電纜絕緣，電纜頭注意做好標(biāo)記、保護(hù)、固定；(3)拆除高壓滑環(huán)進(jìn)出口高壓電纜，電纜頭做防水、密封；(4)拆除扭矩筒與滑環(huán)之間連接的滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂；(5)拆除與液滑環(huán)連接的潤滑油路、儀表管線；(6)拆除與液滑環(huán)連接的進(jìn)口管線、出口管線、泄漏管線接口法蘭等；(7)拆除扭矩筒內(nèi)的儀表、探頭等電儀設(shè)備及其電纜。

由于拆除的附屬設(shè)備種類繁多，且拆卸后的大部分管線、儀表都要再次使用，因此在拆卸時(shí)，需對(duì)照清單表逐項(xiàng)檢查，以免遺漏，并妥善保管。

2.3.2 拆除扭矩筒

扭矩筒總高為12.6m，其頂部設(shè)置有3個(gè)吊點(diǎn)，要保證順利拆除扭矩筒，大型吊機(jī)應(yīng)至少滿足30m吊高要求[5]。扭矩筒的拆除步驟如下：

(1)確認(rèn)低壓電滑環(huán)、高壓滑環(huán)與扭矩筒之間連接的驅(qū)動(dòng)支撐已拆卸完成；(2)確認(rèn)滑環(huán)減震器已拆卸完成；(3)在上述結(jié)構(gòu)物確認(rèn)拆卸無誤后，方可拆除扭矩筒頂部限位板螺栓，拆除扭矩筒限位頂板；(4)安裝吊裝索具及控制牽引繩；(5)用大型吊機(jī)將扭矩筒吊離，放置在場地指定區(qū)域，見圖5所示。

2.3.3 拆除滑環(huán)堆棧

滑環(huán)堆棧的拆卸是拆卸階段的關(guān)鍵工作，因低壓電滑環(huán)拆卸后要重新利用，對(duì)低壓電滑環(huán)拆除時(shí)的保護(hù)顯得異常重要，滑環(huán)堆棧拆卸步驟如下：

(1)拆除低壓電滑環(huán)底座與高壓電滑環(huán)間的連接螺栓，拆卸的螺栓妥善保管；(2)檢查吊裝通道路徑是否有影響吊裝的結(jié)構(gòu)，如有先拆卸；(3)安裝吊裝索具及控制牽引繩；(4)大型吊機(jī)將低壓電滑環(huán)吊離2m左右時(shí)停止，對(duì)電纜進(jìn)行抽拉，確保電纜能順利抽出，并檢查電纜網(wǎng)套是否有損壞；(5)將拆卸的低壓電滑環(huán)固定在專用支架上并盤好電纜，用帆布將低壓電滑環(huán)整體包裹，做好防護(hù)，儲(chǔ)存在庫房等待回裝；(6)拆除高壓電滑環(huán)與通道假節(jié)之間的連接螺栓，檢查吊裝通道路徑周圍是否有影響高壓滑環(huán)吊裝的因素，檢查電纜向上抽拉是是否有阻礙；(7)吊機(jī)將高壓電滑環(huán)吊離單點(diǎn)，安裝固定在專用支架上并儲(chǔ)存在庫房；(8)用同樣的方式拆卸通道假節(jié)和液滑環(huán)，將其放置在場地指定區(qū)域，如圖6所示。

圖5 扭矩筒拆除示意圖

圖6 滑環(huán)堆棧拆除

2.4 回裝階段

2.4.1 回裝滑環(huán)堆棧

回裝滑環(huán)堆棧是滑環(huán)堆棧拆除工序的逆過程，但由于安裝空間狹小且涉及到昂貴的新高壓電滑環(huán)和液滑環(huán)的安裝，回裝滑環(huán)堆棧工序顯得異常重要?；匮b的難點(diǎn)在于滑環(huán)安裝精度要求高，對(duì)吊機(jī)的控制要求高。滑環(huán)堆?；匮b步驟如下：

(1)將新液滑環(huán)、新通道假節(jié)、新高壓滑環(huán)運(yùn)至現(xiàn)場，安裝吊裝框架及吊裝索具；(2)通過兩臺(tái)吊機(jī)吊裝液滑環(huán)的吊裝框架，將液滑環(huán)扶正，使之處于直立狀態(tài)；(3)安裝液滑環(huán)之前，清潔滑環(huán)表面，并旋轉(zhuǎn)液滑環(huán)使滑環(huán)的扭矩臂轉(zhuǎn)動(dòng)到安裝后可以與扭矩筒相吻合的位置；(4)大型吊機(jī)將液滑環(huán)整體吊至單點(diǎn)，根據(jù)方位調(diào)整到位后安放在單點(diǎn)上；(5)調(diào)整好位置，使液滑環(huán)與底座吻合，安裝并緊固螺栓將液滑環(huán)固定在底座上，螺栓必須有扭矩記錄，用同樣的方法安裝通道假節(jié)；(6)吊裝高壓電滑環(huán)之前，將高壓滑環(huán)的電纜接線完成；(7)安裝高壓電滑環(huán)護(hù)罩的吊點(diǎn)，吊裝滑環(huán)護(hù)罩，將滑環(huán)護(hù)罩回裝至滑環(huán)上；(8)吊機(jī)將高壓電滑環(huán)吊至假節(jié)上方，緩慢垂直下放至滑環(huán)筒體上，安裝高壓電滑環(huán)底部與假節(jié)的連接螺栓；(9)用同樣的方法回裝低壓電滑環(huán)，并完成低壓電滑環(huán)的電纜接線。

2.4.2 安裝新扭矩筒

新扭矩筒的尺寸與舊扭矩筒大體一致，但局部細(xì)節(jié)略有不同，因此在新扭矩筒未噴漆安裝前，應(yīng)進(jìn)行新扭矩筒的試裝，以檢驗(yàn)新扭矩筒與滑環(huán)之間的配合間隙無偏差，其安裝步驟如下：

(1)安裝扭矩筒吊裝索具和輔助控制方位的索具，通過兩臺(tái)吊機(jī)配合，將扭矩筒由水平狀態(tài)吊裝至直立狀態(tài)；(2)解除控制扭矩筒方位的吊索具，大型吊機(jī)將扭矩筒以垂直狀態(tài)緩慢吊至單點(diǎn)上方，并沿扭安裝位置緩慢下放到位；(3)在扭矩筒下放到安裝位置卡槽內(nèi)后，如果液滑環(huán)扭矩臂與扭矩筒裙擺缺口不對(duì)中，則用倒鏈調(diào)整液滑環(huán)扭矩臂位置，使之對(duì)齊；(4)在吊機(jī)不摘鉤的情況下，在扭矩筒頂部利用水平尺測(cè)量水平度，在滿足三點(diǎn)位置水平后，用倒鏈保持扭矩筒的安裝位置不動(dòng)；(5)安裝扭矩筒頂部固定螺栓及限位頂板，吊機(jī)摘鉤；(6)安裝液滑環(huán)、高壓滑環(huán)及低壓電滑環(huán)扭矩臂限位塊。

2.5 調(diào)試階段

2.5.1 旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)

圖7 滑環(huán)堆?；匮b

為檢查軸承更換后的運(yùn)行狀況及滑環(huán)堆棧安裝之后，整個(gè)單點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，將分兩次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)以檢測(cè)軸承更換的狀況及整個(gè)單點(diǎn)上部組塊的運(yùn)行狀況[6]。旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)的要求是保證上部組塊能夠360°順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)無異常，旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)步驟如下：

(1)按照?qǐng)D8所示布置進(jìn)行，在旋轉(zhuǎn)輔助胎具上焊接八個(gè)臨時(shí)吊點(diǎn)，用于旋轉(zhuǎn)時(shí)鋼絲繩的掛扣，每旋轉(zhuǎn)45°，換臨時(shí)吊點(diǎn)掛扣，由此完成360°旋轉(zhuǎn)。

(2)在50t汽車吊的拉動(dòng)下，旋轉(zhuǎn)輔助胎具帶動(dòng)上部組塊旋轉(zhuǎn)，如圖9所示。

(3)記錄下施加的最大啟動(dòng)拉力與連貫拉力，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，將插銷插至相反的一側(cè)，重復(fù)上述步驟即可。

圖8 旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)布置圖

圖9 上部組塊旋轉(zhuǎn)示意圖

3 結(jié)論

某油田FPSO單點(diǎn)維修改造項(xiàng)目是國內(nèi)首次進(jìn)行水下軟鋼臂式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)上部組塊陸地維修改造施工，沒有類似經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，技術(shù)難度較高，單點(diǎn)滑環(huán)系統(tǒng)安裝精度要求高，作業(yè)環(huán)境苛刻，通過專項(xiàng)施工程序，充分分析和辨識(shí)了作業(yè)的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，保證了維修改造的順利實(shí)施，通過優(yōu)秀的方案設(shè)計(jì)和施工組織，將維修改造的施工工期從計(jì)劃58天縮短至47天，大大縮短了施工工期，滿足了油田盡快復(fù)產(chǎn)的需要，整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量、安全、進(jìn)度均滿足業(yè)主要求，該項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)施工對(duì)今后類似維修改造項(xiàng)目具有借鑒意義。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 胡雙，楊洪所，張群. FPSO單點(diǎn)上部組塊軸承更換技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].石油和化工設(shè)備，2017，(10)：47-51.

[2] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì).海洋石油工程FPSO與單點(diǎn)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007，321-322.

[3] 胡雙，劉震，呂士濟(jì)，等. FPSO單點(diǎn)在役滑環(huán)密封更換技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].天然氣與石油，2018，36(3)：16-22.

[4] 趙德雷，劉曉清. FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)（SPM）結(jié)構(gòu)改造的研究[J].化學(xué)工程與裝備，2016，(3)：57-60.

[5] 景勇，孟曉登. 淺談FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)工程實(shí)踐[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2012，(5)：142-148.

[6] 胡雙. FPSO單點(diǎn)滑環(huán)安裝技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].天然氣與石油，2017，35(6)：101-106.