陸豐7-2油田導管架平臺上部組塊低位浮托安裝關鍵技術

原慶東

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067)

陸豐7-2油田導管架平臺上部組塊低位浮托安裝關鍵技術

原慶東

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067)

針對南海陸豐7-2油田所處的海域海水較深、海況條件惡劣的實際情況，提出利用低位浮托技術安裝導管架平臺上部組塊，為此研究了上部組塊腿與導管架腿對接技術、上部組塊低位浮托載荷轉移技術、組塊提升和載荷平衡技術、上部組塊陸地試提技術等多項關鍵技術，并在該油田導管架平臺上部組塊浮托安裝作業過程中得到了成功應用，為油田順利投產創造了必要條件。

陸豐7-2油田；導管架平臺；上部組塊；低位浮托安裝；關鍵技術

根據組塊與導管架對接位置高度，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載實現上部組塊與下部導管架的上下對接，但低位浮托安裝時上部組塊與下部導管架的對接位置較低，不再使用體積結構龐大的組塊支撐框架，大大增加了上部組塊的浮托穩性，并最終減少了浮托費用。

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，依托現有陸豐13-2油田開發，設計建造一座導管架平臺。陸豐7-2油田導管架平臺設計為8腿導管架(圖1)，上部組塊尺寸為65 m(長)×56 m(寬)×29 m(高)，重約12 700 t。根據陸豐7-2油田自身的特點,考慮了以下因素決定采用低位浮托技術安裝平臺上部組塊：①增加浮托船的穩定性；②可以簡化導管架結構，導管架尺寸較小、制造成本較低；③低位浮托安裝時不需要在浮托船上安裝復雜的組塊支撐框架，而是采用簡單的木滑靴即可；④可以使用較小的浮托船，浮托船的選擇相對較多，浮托安裝費用較低。

圖1 陸豐7-2油田導管架上部結構

大型組塊低位浮托在我國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用尚屬首次。本文針對南海海域實際情況研究了上部組塊腿與導管架腿的對接、上部組塊低位浮托轉移、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鍵技術，并且應用這些技術成功地完成了陸豐7-2油田上部組塊的浮托安裝。

陸豐7-2油田導管架平臺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安裝好的導管架腿在低位(距海平面+7m高度)對接就位，再使用專用液壓提升裝置將組塊提升10 m到設計操作位置(常用的高位浮托方式并不需要提升環節)；上部組塊各腿與組塊采用分體設計，組塊腿預先裝在組塊套筒內，在組塊腿與導管架腿對接就位后，將組塊腿與導管架腿焊接連在一起，再用預裝在組塊腿頂上的液壓提升裝置上提整個組塊到設計位置(圖2)。

圖2 陸豐7-2油田導管架平臺上部組塊低位浮托安裝方法示意圖

1 上部組塊腿與導管架腿對接技術

常規低位浮托法中，組塊腿與導管架腿的對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提拉自由下放(圖3)，這種對接方式需要極好的天氣和海況條件。在我國南海陸豐7-2油田，這種對接方式存在以下問題：①因為對接時組塊腿在組塊套筒內處于自由狀態，在和下部導管架樁腿接觸并遇到阻力時容易旋轉，進而可能造成液壓系統下放鋼絞線受力過大斷裂和液壓系統功能失效等后果。②組塊腿與導管架腿的對接設計捕捉半徑較小(通常450 mm)，對接過程中對接比較困難。③受組塊結構限制，鋼絞線長度有時無法達到設計要求，較短的鋼絞線剛性大，在組塊腿因海浪起伏而上下移動碰觸到導管架腿時，鋼絞線受壓后容易穿越固定錨孔并無法退回，從而不能實現下放組塊腿的目的。

圖3 常規組塊腿與導管架腿對接方式

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

1) LMU安裝位置。一般情況下，LMU預先安裝在上部組塊腿下方，可減少海上安裝作業時間。陸豐7-2油田已建成的上部組塊結構空間不再適用安裝LMU，且LMU安裝工作可以和導管架維修工作同步進行，因此選擇了LMU安裝在導管架腿上方的方案，將LMU主體裝進導管架腿內，上部對接件在導管架腿上承接上部組塊的重量(圖4)。由于導管架8個腿的大小有所不同，也相應設計了2種不同尺寸的LMU，外4腿(A1、A4、B1、B4)LMU外徑為1 981 mm，內4腿(A2、A3、B2、B3)LMU外徑為1 829 mm。為保證對接成功，LMU頂部的對接件采用了喇叭口形狀，LMU的緩沖高度達400 mm。

圖4 陸豐7-2油田導管架LMU結構及安裝示意圖

2) LMU安裝數量。LMU的安裝數量決定了LMU在組塊與導管架對接時緩沖力度的大小。為保障陸豐7-2油田浮托作業的成功，選擇了導管架8個腿都加裝LMU的方案。

3) LMU安裝精度。LMU的安裝精度直接關系到組塊平臺腿與導管架腿的對接安裝質量，一般要考慮對接高度空間和對接水平位置的誤差。為了實現對接，浮托船進船時必須保證組塊與導管架頂端的間隔距離大于1 m。由于LMU為后期安裝，增加了導管架腿頂部高度，為此決定將導管架8個腿的頂部都切掉1 m。為確保導管架腿的切割高度一致，都以A4腿上的基準點(4 582 mm)為基準進行切割。

除了對對接高度的控制外，更要保證導管架腿的對接水平位置誤差，為此必須對導管架腿的相對位置進行檢查，并比照上部組塊腿的相對位置，確保浮托對接時上部組塊腿與導管架腿的相對位置誤差在可接受范圍內。檢查發現 A1和B4腿已嚴重偏離原設計位置，研究決定將B4導管架腿+3 m和A1腿+1 m的上面部分切割，并進行相應校正和更換，從而保證了導管架腿的位置精度要求。

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

圖5 陸豐7-2油田導管架組塊腿與下部LMU的對接圖

5) 組塊腿與導管架腿浮托對接的海況條件選擇。作業海況條件是低位浮托作業的關鍵條件之一，設計時應考慮浪高、海流、潮差、風速以及船舶運動等因素，保證浮托作業在所允許的海況條件范圍內。 陸豐7-2油田的浮托作業海況條件要求為： 縱浪有益波高最大1.5 m、波峰期最長8s；斜浪有益波高1 m、波峰期長6 s；橫浪有益波高0.75 m、波峰期長6 s；海面波浪流速最大0.6 m/s；在10 m標高處平均風速最大10 m/s;平臺浮托作業應在5 d內基本完成并達到能夠抵抗100年一遇臺風的能力。

2 上部組塊低位浮托載荷轉移技術

組塊腿與導管架LMU成功對接后，組塊質量載荷必須先從浮托作業船平穩轉移到導管架腿和組塊腿上，才能進行上部組塊的提升就位。為保證組塊腿與導管架腿的平穩對接，采用了組塊腿與組塊臨時固定在一起，對接后再使組塊腿與組塊分離的設計方案。

組塊腿與組塊的臨時固定是通過在組塊腿插尖處設計一蓋板并將蓋板與組塊臨時焊接在一起完成的(圖6)。當組塊通過潮汐和浮托船壓載下降與導管架腿對接時，組塊腿插尖就會慢慢與導管架腿上的LMU凹槽對中、接觸直至完全吻合對接。隨著浮托船的繼續壓載下降，組塊質量逐漸從浮托船向導管架轉移，當浮托船完全脫離上部組塊時，組塊的質量轉移即告完成。當浮托船退出導管架后，將導管架(LMU外筒體)與上部組塊腿插尖蓋板焊接在一起，從而完成組塊與導管架的就位對接作業。組塊對接后還要將固定組塊腿用的臨時連接塊切割掉，才能開始組塊提升作業。

圖6 陸豐7-2油田導管架組塊腿固定方式

3 組塊提升和載荷平衡技術

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來實現的，內4腿插腿基本是自由狀態隨組塊的提升而保持與導管架腿的對接。設計過程中所遇到的一個問題是LMU內的彈性橡膠件會隨上部組塊的提升作業而回彈，因此必須選擇在組塊對接就位后首先將內4腿與導管架腿焊接連好后再進行提升作業，這樣增加了提升作業前的準備時間，而且若8腿同時參與提升可能會因為各腿實際垂直度誤差而造成提升作業困難甚至失敗，因此必須經過計算和驗證，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油田導管架組塊液壓提升系統主要由液壓提升缸及支架、鋼絞線、錨固塊及液壓動力站和控制系統等組成(圖7)，外4腿每個腿上分布有6組液壓缸提升系統，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。當所有外4腿上的液壓缸系統同步向上提升鋼絞線時，就帶動整個上部組塊向上運動直至設計操作位置。

圖7 陸豐7-2油田平臺組塊液壓提升系統示意圖

組塊提升過程中，通過液壓控制系統來實現外4腿上的所有液壓提升缸系統同步進行，同時要及時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構和設備。當上部組塊被提升到設計操作位置后，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現的。

組塊被提升到設計目標位置后，還需要將組塊在各腿的質量載荷調整到設計載荷，這主要通過內4腿的載荷調整來實現。內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，組塊調載的主要內容是將組塊甲板在內4腿處用液壓千斤頂系統頂起并到達預定的設計載荷，載荷的確定則通過液壓系統的壓力指示換算得出。當各腿達到預定的設計載荷值時，甲板荷載已經平衡，甲板中間下凹的形狀也得以修正到設計水平度，甲板水平度可通過甲板平整度的實測確認。 組塊甲板調載后，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空用水泥固化加固后，平臺組塊的提升安裝作業可認為基本結束。

4 上部組塊陸地試提升技術

要進行上部組塊陸地試提升試驗，首先需要確認碼頭承載強度并預制能夠承受組塊質量的支撐結構。試提升主要模擬海上作業在外4腿提升組塊，其中B4腿承重最大達4 000 t。為達到安全提升組塊的目的，專門研究設計了一組承重組合結構并安裝在每個外腿下面，該承重組合結構主要由承重均力板、均力支架和均力泡沫墊組成(圖8)，其中，均力板在組合結構體的最上面，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油田導管架上部組塊陸地試提升下部承載結構圖

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

5 應用效果

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

1) 組塊在與下方導管架腿的對接過程中，組塊腿插尖與導管架上的LMU對中良好(圖9)，碰觸并未出現預想的巨大噪音，對接作業大約用時4 h，整個過程十分平穩，LMU的緩沖性能得到了充分體現。

圖9 陸豐7-2油田導管架組塊插尖與下方LMU對接

2) 載荷轉移作業較為順利，經過浮托船的壓載作業并利用凌晨落潮的有利時機，組塊重量成功由浮托船轉移到了導管架上，浮托船順利退船離開作業區域。隨后的作業是切割臨時連接塊，實現了組塊腿與組塊的分離，為組塊提升作業提供了前提條件。

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

4) 組塊調載準備工作比較長，這是由于安裝液壓調載系統需要首先焊接安裝液壓系統工作支架，而該工作的安裝位置在組塊下甲板下方，工作空間受限，作業風險高，焊接工作量大，比原計劃的68 h多了近一倍的時間。另外，上部組塊陸地試提升試驗基本達到了試驗目的，為后期的海上實際提升作業提供了非常有益的借鑒作業。

6 結束語

首次在水深、海況條件較差的南海海域采用LMU低位對接技術完成陸豐7-2油田上部組塊低位浮托作業，其經驗和技術可以推廣到今后類似的低位浮托作業中。低位浮托技術不需要在駁船上安裝組塊支撐框架，可節省數千噸的鋼材，平臺組塊與導管架的建造成本也低于其他安裝方式，安裝時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，低位浮托作業增加了平臺提升環節，技術難度高，尤其是海上安裝周期過長，需要在今后的低位浮托作業中加以改進。當然，由于陸地試提升試驗提前檢驗了提升設備的性能，可增強海上安裝的信心，減少海上作業時間，因此低位浮托作業經驗較少時應該考慮。此外，陸地試提升試驗也為其它類似作業如TLP船體與上部組塊的合攏工作提供了非常有益的經驗和技術。

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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，高級工程師，1983年畢業于原華東石油學院機械系石油礦場機械專業，主要從事海洋工程及海上安裝作業等工作。地址：廣東省深圳市南山區太子路22號金融中心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油田導管架平臺上部組塊低位浮托安裝關鍵技術[J].中國海上油氣，2016,28(1)：120-125.

Yuan Qingdong.Strand jack lifting techniques for topside float-over installation on jacket platforms in LF 7-2 oilfield[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):120-125.