渤海曹妃甸油田FPSO-SPM 跨接軟管更換設(shè)計(jì)與施工

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(1.中國海洋石油總公司基地集團(tuán)采油服務(wù)公司，天津 300452； 2.中國海洋石油總公司有限公司天津分公司，天津 300452)

曹妃甸油田位于中國渤海灣西部，西距天津新港90 km，東北距唐山港60 km，所處水域水深約20 m。曹妃甸油田分三期開發(fā)。一期由WGPA和WHPA 2座井口平臺(tái)和1座SPM單點(diǎn)以及1艘15萬t級(jí)的FPSO海洋石油112號(hào)等設(shè)施組成，于2004年7月投產(chǎn)；二期2005年7月WHPC無人值守井口平臺(tái)投產(chǎn)；三期2006年9月WHPD井口平臺(tái)投產(chǎn)，10月WHPE和WHPF 2座無人值守井口平臺(tái)相繼投產(chǎn)，標(biāo)志著該油田完成工程建設(shè)[1]。

海洋石油112號(hào)是國內(nèi)首次使用外轉(zhuǎn)塔水下軟連接系泊的FPSO，因海風(fēng)和海流的作用可以圍繞SPM做360°回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[2-3]。見圖1。

圖1 外轉(zhuǎn)塔水下軟連接結(jié)構(gòu)示意

曹妃甸油田注水是由FPSO上的注水系統(tǒng)增壓經(jīng)跨接軟管通過SPM到達(dá)各平臺(tái)的注水井和回注井內(nèi)[4]。2007年上半年注水跨接軟管發(fā)生刺漏，7月停產(chǎn)檢修期間完成軟管更換。

1 注水軟管更換施工環(huán)境

在FPSO和SPM之間共有6根跨接軟管和4根跨接電纜組成。具體布置如下：自FPSO面向SPM看，從左至右依次為：1根直徑為50 mm的公用空氣軟管，2根直徑為100 mm消防水軟管，1根直徑為350 mm的注水軟管，2根直徑為350 mm的原油軟管，共計(jì)6根長度均為54m的跨接軟管；最右側(cè)為4根跨接電纜線。

1) 注水軟管參數(shù)。

凈長54 m，外徑442.3 mm，內(nèi)徑355.6 mm；

最大操作壓力14.1 MPa，設(shè)計(jì)壓力14.1 MPa；

最高操作溫度+80 ℃，設(shè)計(jì)溫度-15 ℃～+90 ℃；

設(shè)計(jì)壽命10 a；

儲(chǔ)存最小彎曲半徑2.870 m，通常操作最小彎曲半徑4.305 m；

操作拉力113.8 kN，安裝時(shí)允許拉力129.5 kN；

空氣中凈管重量8.75 t(162 kg/m)。

注水跨接軟管最高點(diǎn)距海平面24.6 m，最低點(diǎn)距海平面3.0 m，F(xiàn)PSO系泊鏈和SPM之間距離為3.0 m，海平面距水下YOKE 距離約20 m。施工環(huán)境狹小，作業(yè)條件苛刻。

2 安全措施

注水系統(tǒng)跨接軟管更換工作主要包括：刺漏軟管的清洗，拖船靠泊，新軟管的運(yùn)輸，刺漏軟管的拆卸，新軟管的安裝，新軟管的試壓。對(duì)上述每一項(xiàng)工作按照危險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和安全措施邀請(qǐng)海洋工程、船舶和生產(chǎn)等方面專家進(jìn)行了多次研討和論證。其中最關(guān)鍵的是拖船靠泊和氣象潮汐窗口選擇[5]。

2.1 拖船靠泊要求

拖船靠泊需要2條拖船，1條作為作業(yè)船縱向垂直于FPSO和SPM 2點(diǎn)連線的，并定位于跨接軟管之下；另1條作為支持船靠泊與FPSO舷首左側(cè)拖船船首背向SPM。見圖2。

圖2 拖船施工布置

靠泊試驗(yàn)要求靠在FPSO左舷支持船的尾部必須向后移動(dòng)足夠的距離，超出系泊臂懸掛鏈4～5 m，目的是保證負(fù)責(zé)拆裝軟管的作業(yè)船避免與系泊鏈發(fā)生碰撞。一旦發(fā)生緊急情況(天氣變壞或流速增大而未完成作業(yè))，支持船可以配作業(yè)船，作業(yè)船向前移動(dòng)駛離作業(yè)地點(diǎn)，支持船倒車。支持船的首倒纜需要足夠的強(qiáng)度，防止作業(yè)船隨海流向后沖擊。同時(shí)要求繞過單點(diǎn)的回頭纜也要有足夠強(qiáng)度。防止承受風(fēng)力和海流沖擊過大造成斷纜，危機(jī)人員、船舶和設(shè)備安全。

2.2 氣象潮汐窗口選擇

控制潮汐，也就是掌握拖船靠泊時(shí)流速的大小，這是船舶海上系泊作業(yè)的關(guān)鍵因素。作業(yè)海域?yàn)橥鶑?fù)流半日潮，每月有2個(gè)大潮日：農(nóng)歷初三和十八，此日潮差大，流速急。由于要求作業(yè)拖船垂直插入SPM和FPSO之間，所以流速最小最好，也就是平潮前后1 h時(shí)最佳，盡量不要選擇大潮日。對(duì)于天氣的要求要在4級(jí)風(fēng)以下。

根據(jù)潮汐表，2007年7月24日～7月27日最適合靠泊，其間潮差較小，流速較緩。

3 施工方案

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備包括：施工程序編制，工作許可證和隔離證準(zhǔn)備，系泊吊裝設(shè)備第三方檢驗(yàn)，特殊裝載工具預(yù)制，拖船選擇，通訊工具材料準(zhǔn)備，出海前軟管施壓，拖船靠泊試驗(yàn)，氣象潮汐窗口選擇等。

僅以系泊吊裝設(shè)備第三方檢驗(yàn)、特殊裝載工具預(yù)制和拖船靠泊試驗(yàn)為例作簡要介紹。

3.1.1 系泊吊裝設(shè)備第三方檢驗(yàn)

單點(diǎn)絞車(15 t)和吊車功能試驗(yàn)和負(fù)荷試驗(yàn)(利用水袋)，單點(diǎn)吊耳的負(fù)荷試驗(yàn)；首樓甲板絞車功能試驗(yàn)和負(fù)荷試驗(yàn)(25 t利用絞車相互拉力試驗(yàn))，豎直塔頂部吊耳負(fù)荷試驗(yàn)。

3.1.2 特殊裝載工具預(yù)制

由于沒有平板駁船(可以提供足夠面積的甲板)可用，只能使用拖船運(yùn)輸，還要按照運(yùn)輸程序必須保證最小的彎曲度，特設(shè)計(jì)圓形轉(zhuǎn)盤以滿足海上運(yùn)輸和安裝施工要求。圓形轉(zhuǎn)盤裝船要求：選用拖船有足夠的甲板寬度供人安全通過轉(zhuǎn)盤區(qū)到船尾工作區(qū)域；保證所使用的吊裝帶有足夠強(qiáng)度，裝船前完成吊重試驗(yàn)；使用索具系牢圓形轉(zhuǎn)盤，并將圓轉(zhuǎn)盤焊接固定至選用拖船甲板上；軟管兩端起重軸套的吊耳位置應(yīng)能保證海上現(xiàn)場鋼索連接。

3.1.3 拖船靠泊試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用濱海268船和海洋石油654船，分別作為支持船和作業(yè)船。2007年7月21日，按照設(shè)計(jì)要求，成功完成拖船靠泊試驗(yàn)，使拖船替代大面積平板駁船完成軟管更換作業(yè)成為可能。

3.2 施工步驟

3.2.1 刺漏軟管拆除

按照設(shè)計(jì)要求，首先拆除刺漏軟管左側(cè)1根直徑為50 mm的公用空氣軟管和2根直徑為100 mm消防水軟管，防止施工作業(yè)工程中將其擠壓損壞。

在SPM頂部搭建腳手架安裝2個(gè)可承載25 t 的滑輪。

拆除SPM頂部影響施工作業(yè)的防護(hù)欄。

啟動(dòng)SPM頂部絞車，松出鋼索通過工作平臺(tái)的2個(gè)開口導(dǎo)向滑輪，并與刺漏軟管單點(diǎn)一側(cè)端部吊耳連接。

FPSO豎直塔索具連接：安裝載荷為30 t開口滑輪在豎直塔斜坡根部吊耳上，啟動(dòng)FPSO首樓甲板絞車，松出300 m鋼索，在首樓甲板依次通過導(dǎo)向輪、滾軸導(dǎo)向輪和第二導(dǎo)向輪，至豎直塔斜坡底部穿過新安裝載荷為30 t開口滑輪，沿斜坡升至豎直塔頂部平臺(tái)，最后與刺漏軟管FPSO一側(cè)端部吊耳連接。

刺漏注水管線的泄放和吹掃。首先對(duì)注水管線進(jìn)行泄放，再使用氮?dú)獯祾摺?/p>

拆除位于FPSO豎直塔頂部的刺漏注水管線法蘭，使用首樓甲板絞車通過鋼索放低軟管，在放低軟管的過程中，保持氮?dú)獯祾撸钡經(jīng)]有水出來。

7月26日，風(fēng)力小于4級(jí)，06:00 載有新軟管的海洋石油654船靠泊FPSO舷首左側(cè)作為支持船，06:30濱海268船就位于FPSO和SPM之間，做好接收拆卸下來的刺漏軟管的準(zhǔn)備。

調(diào)整兩端絞車使軟管兩端在同一高度，勻速釋放鋼索確保軟管等距離平鋪在濱海268船兩舷。

自濱海268船就位至整個(gè)軟管轉(zhuǎn)移到濱海268船甲板歷時(shí)大約30 min。施工過程見圖3。

a)

b)

c)圖3 刺漏軟管拆除過

3.2.2 新軟管安裝

7月26日，11:30濱海268船作為新軟管安裝作業(yè)支持船靠泊于FPSO舷首左側(cè)，12:00海洋石油654船開始靠泊，12:30就位于FPSO和SPM之間，做好新軟管吊裝準(zhǔn)備。

系泊要求：海洋石油654船右舷纜繩由其船中部纜樁松出纜繩利用引纜繞過單點(diǎn)以回頭纜形式系固于海洋石油654船的尾部右舷纜樁上，該纜繩不能承受過大拉力(靠海洋石油654船的主機(jī)首推控制)，其尾部左舷纜繩通過FPSO系泊絞車旁的導(dǎo)纜孔系固于舷首左側(cè)纜樁上。軟管所在園形轉(zhuǎn)盤的位置應(yīng)處于刺漏軟管安裝位置的垂直下方。

釋放FPSO首樓甲板絞車鋼索至海洋石油654船甲板，將鋼索連接至軟管吊耳，再解掉園形轉(zhuǎn)盤上系固新軟管的索具，準(zhǔn)備吊裝。

利用海洋石油654船絞車控制圓形轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向，配合FPSO首樓甲板絞車吊裝新軟管。

注意在絞進(jìn)過程中防止軟管和海洋石油654船護(hù)欄摩擦，并且在FPSO豎直塔外側(cè)斜坡上潑灑無害潤滑劑以減小與軟管的摩擦。當(dāng)軟管到達(dá)豎直塔頂部安裝部位時(shí)，開始釋放SPM端絞車鋼索。

將單點(diǎn)端絞車鋼索與新軟管剩余端吊耳連接，之后絞進(jìn)起升至SPM安裝部位。

海洋石油654船解纜并駛離作業(yè)位置。新軟管吊裝歷時(shí)1 h 30 min。施工過程見圖4。

a)

b)

c)圖4 新軟管安裝過

3.2.3 試壓和恢復(fù)

兩端法蘭緊固，試壓，重新安裝公用氣管線和消防水管線，拆除滑輪、腳手架等輔助工具和材料。

3.3 施工組織與管理

一個(gè)團(tuán)隊(duì)，一個(gè)步調(diào)，一個(gè)目標(biāo)的團(tuán)隊(duì)精神[6]，是本次順利施工的保證。

3.3.1 工作方法

施工組織和管理需要科學(xué)的工作方法。工作有計(jì)劃，人員有安排，專業(yè)有協(xié)調(diào)，質(zhì)量有監(jiān)控，進(jìn)度有掌握，完工有驗(yàn)收，匯報(bào)有反饋，安全才能有保障。

3.3.2 重視對(duì)承包商的管理

海上一線負(fù)責(zé)現(xiàn)場人員和設(shè)施的安全，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量的監(jiān)控。陸地支持部門負(fù)責(zé)：對(duì)承包商及人員的資質(zhì)、設(shè)備證書、材料備件的數(shù)量和質(zhì)量、施工方案和應(yīng)急方案等檢查審核工作，嚴(yán)把出海關(guān),緩解海上各部門對(duì)承包商管理和監(jiān)控的壓力,從根本上降低海上作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[7]。

對(duì)承包商的管理需要海上一線和陸地各部門的相互支持，團(tuán)結(jié)協(xié)作，嚴(yán)把招標(biāo)，合同，采辦，運(yùn)輸，施工，協(xié)調(diào)，驗(yàn)收，和認(rèn)證以及安全等各個(gè)環(huán)節(jié)，同心同德協(xié)助油田作業(yè)者搞好承包商的管理。

4 結(jié)束語

渤海曹妃甸油田注水軟管更換創(chuàng)造了2個(gè)記錄。中國首次成功完成外轉(zhuǎn)塔水下軟連接系泊方式下的跨接軟管更換設(shè)計(jì)與施工;首次完成超長度、大直徑、高壓力注水跨接軟管更換。

2條拖船配合使用解決了類似海事作業(yè)對(duì)大面積平板駁船的依賴，同時(shí)降低了施工費(fèi)用。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和精心組織，縮短了施工時(shí)間，使油田提前恢復(fù)正常生產(chǎn)。

[1] 趙軍凱，彭湘桂，劉瑜珩,等.海水-干原油換熱器故障分析與改進(jìn)措施[J].石油化工設(shè)備，2007(增刊)：85-86.

[2] Oil Company International Forum.Mooring Equipment Guidelines(second edition)[M].London: Witherby & Co.Ltd, 1997.

[3] 張武奎.FPSO資產(chǎn)管理手冊[M].東營：中國石油大學(xué)出版社，2006.

[4] 趙軍凱，譚耀模，譚家祥,等.渤海曹妃甸11-1/2油田生產(chǎn)水處理和注水系統(tǒng)改進(jìn)[J].石油工程建設(shè)，2007(1)：11-14.

[5] 國家海洋信息中心.潮汐表.第一冊：從鴨綠江口至長江口[M].天津：海圖出版社，2007：68-70.

[6] 趙軍凱，譚耀模，張武奎,等.海洋石油112號(hào)FPSO建造、安裝和調(diào)試期間的項(xiàng)目管理[J].海洋石油，2007(2)：109-111.

[7] 劉瑜珩，趙軍凱，王云慶,等.中美合作渤海曹妃甸油田承包商管理特點(diǎn)[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2007(5)：100-103.