利用小型工程作業(yè)資源打撈和修復(fù)墜于320m水下半潛式平臺(tái)系泊腿的技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐

冒家友 劉義勇 王 紅 黃三平

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司工程建設(shè)部)

利用小型工程作業(yè)資源打撈和修復(fù)墜于320m水下半潛式平臺(tái)系泊腿的技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐

冒家友 劉義勇 王 紅 黃三平

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司工程建設(shè)部)

在深入分析施工技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)創(chuàng)新,利用小型DP定位船和小功率ROV完成了墜于320m水下半潛式平臺(tái)系泊腿的打撈和修復(fù),該項(xiàng)海上施工作業(yè)比使用大型作業(yè)船節(jié)約工程費(fèi)用約400萬(wàn)美元。

小型工程作業(yè)資源 打撈和修復(fù) 320 m水深 半潛式平臺(tái)系泊腿

LH 11-1油田所在海域水深逾300m。該油田半潛式平臺(tái)采用多點(diǎn)系泊系統(tǒng),每條系泊腿的組成如圖1所示,包括:200m長(zhǎng)、直徑76.20mm的安裝引鏈(存于錨鏈艙中),單位重量1.26 kN/m;221 m長(zhǎng)、直徑120.65 mm的RQ 4級(jí)平臺(tái)鏈,單位重量3.21 kN/m;503 m長(zhǎng)、直徑132 mm的上鋼纜,單位重量0.83 kN/m;524m長(zhǎng)、直徑139.70mm的海底加重鏈,單位重量4.39 kN/m;122 m長(zhǎng)、直徑132 mm的錨端纜,單位重量0.83 kN/m;400 kN大抓力錨。

圖1 LH11-1油田半潛式平臺(tái)系泊腿組成示意圖

2007年11 月在移平臺(tái)作業(yè)中,3號(hào)系泊腿全部從平臺(tái)滑落于320 m深的海床上,且引鏈和平臺(tái)鏈堆積于墜落點(diǎn)下方一個(gè)較小的范圍內(nèi)。半潛式平臺(tái)缺少一條系泊腿后,系泊系統(tǒng)處于不完整狀態(tài),平臺(tái)的定位安全受到威脅,移平臺(tái)作業(yè)和鉆井作業(yè)被迫停止。因此,必須盡快研究、制定出3號(hào)系泊腿的打撈、修復(fù)方案,并在臺(tái)風(fēng)季節(jié)到來之前完成打撈、修復(fù)施工,以確保平臺(tái)安全。

1 主要工程作業(yè)資源的確定

3號(hào)系泊腿的打撈、修復(fù)施工關(guān)系著半潛式平臺(tái)的安全,需要盡快實(shí)施,但2008年國(guó)內(nèi)外的工程作業(yè)資源都較緊張,很難找到合適的施工設(shè)備。經(jīng)初步分析篩選后,決定選用在LH油田復(fù)產(chǎn)項(xiàng)目中使用過的華發(fā)號(hào)動(dòng)力定位拖輪、海洋石油709號(hào)動(dòng)力定位船和Panther Plus水下機(jī)器人(ROV)(以下簡(jiǎn)稱華發(fā)船、709船、ROV)等小型工程作業(yè)資源進(jìn)行打撈和修復(fù)。

華發(fā)船(圖2)是一艘長(zhǎng)69 m的小型DPⅡ級(jí)動(dòng)力定位船,其主絞車鋼纜直徑為76 mm,最大安全工作負(fù)荷為1 000 kN。該船裝載了作業(yè)設(shè)備后甲板可作業(yè)面積不足100 m2,且船舶重心提高,干舷高度很低,穩(wěn)性余量縮小,在動(dòng)力定位狀態(tài)下抗海流能力較差。因此,華發(fā)船的主要工作定為打撈作業(yè)時(shí)進(jìn)行重載提升,以及打撈并棄置舊平臺(tái)鏈和舊上鋼纜,輔助709船作業(yè)。

圖2 施工作業(yè)中的華發(fā)號(hào)動(dòng)力定位船

709船(圖3)是一艘長(zhǎng)80 m的小型DPⅡ級(jí)動(dòng)力定位船,其大絞車?yán)碚撟畲蠊ぷ髫?fù)荷為1 250 kN,實(shí)際最大工作負(fù)荷為1 000 kN;吊機(jī)理論工作能力為500 kN,實(shí)際最大工作負(fù)荷小于400 kN;尾部門吊理論吊載能力為1 500 kN,但吊鉤最大工作深度小于100m。甲板面積為690 m2,但有一半面積被系泊腿打撈、修復(fù)設(shè)備占用。709船定為主作業(yè)船,用于重載提升和新上鋼纜、新平臺(tái)鏈的鋪設(shè)作業(yè)。

圖3 施工作業(yè)中的海洋石油709號(hào)動(dòng)力定位船

ROV(圖4)為電液控制型輕型ROV,通常用于水下調(diào)查和水下設(shè)施的無損探傷,其機(jī)械臂最大抓舉力小于0.50 kN。實(shí)際使用的ROV不帶臍帶纜管理(TM S)系統(tǒng),前進(jìn)推進(jìn)力為2.20 kN;拖帶300多m長(zhǎng)的臍帶纜后,該ROV在水下作業(yè)中的抗海流能力較差。

圖4 Panther Plus水下機(jī)器人

2 施工作業(yè)程序設(shè)計(jì)

2.1 3號(hào)系泊腿掉落海底后狀況

3號(hào)系泊腿墜入海底后,200m長(zhǎng)的引鏈堆積在一起,221 m長(zhǎng)的平臺(tái)鏈沿原3號(hào)系泊腿走向松散堆積,引鏈與平臺(tái)鏈的接頭被埋在鏈堆下面,上鋼纜與平臺(tái)鏈間的接頭附近出現(xiàn)彎曲。

2.2 基本施工程序設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況分析,3號(hào)系泊腿的打撈和修復(fù)工作主要包括:打撈引鏈并傳送到半潛式平臺(tái)上;打撈舊平臺(tái)鏈,拆離并棄置;打撈舊上鋼纜,拆離并棄置;鋪設(shè)新上鋼纜;鋪設(shè)新平臺(tái)鏈;將新平臺(tái)鏈與引鏈連接,啟動(dòng)平臺(tái)錨機(jī)張緊3號(hào)系泊腿。根據(jù)上述工作內(nèi)容設(shè)計(jì)了如下施工程序:

(1)用ROV在引鏈的上接頭處拴上水下打撈扣,然后用華發(fā)船絞車下打撈鉤與打撈扣連接并慢慢提升,同時(shí)由ROV監(jiān)測(cè)提升情況,待接頭上堆積的錨鏈全部提起后,再成回字形布放到海底,使引鏈和平臺(tái)鏈的接頭暴露出來。

(2)由ROV在引鏈和平臺(tái)鏈的接頭處拴上打撈扣,由華發(fā)船下打撈鉤與打撈扣對(duì)接后進(jìn)行提升,把整個(gè)接頭打撈上華發(fā)船甲板后固定并拆下接頭,然后把舊平臺(tái)鏈放回海底,把打撈上來的引鏈傳送給半潛式平臺(tái)。

(3)利用ROV在水下分別將舊上鋼纜的上端和下端切斷,使舊上鋼纜與舊平臺(tái)鏈及海底加重鏈分離。

(4)由華發(fā)船下打撈鉤打撈舊平臺(tái)鏈的上端并進(jìn)行提升,在舊平臺(tái)鏈下端離開海底50 m以上后,將華發(fā)船移到指定地點(diǎn)棄置舊平臺(tái)鏈。棄置時(shí)使舊平臺(tái)鏈堆積,并使其末端置于鏈堆外。

(5)由ROV在舊上鋼纜的中間拴打撈扣,利用華發(fā)船打撈并拖拉舊上鋼纜到錨位附近棄置。

(6)在海底加重鏈上端和距離上端180m處的加重鏈上分別用ROV拴上打撈扣,由709船在加重鏈上端的上方下放絞車?yán)|及打撈鉤并與加重鏈上端打撈扣連接,由華發(fā)船在180 m處下放絞車?yán)|和打撈鉤并與打撈扣對(duì)接。由709船絞車?yán)|先將加重鏈上端慢慢提升100 m,然后由709船和華發(fā)船同時(shí)開始等速提升加重鏈(圖5)。

圖5 華發(fā)船和709船共同提升海底加重鏈?zhǔn)疽鈭D

在提升加重鏈的過程中,華發(fā)船和709船保持同步并沿系泊腿布設(shè)方向平行移動(dòng),保持加重鏈基本處于垂直狀態(tài)。華發(fā)船打撈鉤最終將加重鏈提升至距海面約150 m并保持在這一深度。709船將海底加重鏈的上端打撈上甲板并鎖定。

(7)在709船甲板上將新上鋼纜下端與海底加重鏈上端連接,然后開始布放新上鋼纜,同時(shí)華發(fā)船開始同步下放打撈鉤,兩條船協(xié)調(diào)下放由海底提上來的海底加重鏈。

(8)在新上鋼纜的布放過程中,沿設(shè)計(jì)路徑3號(hào)系泊腿的著泥點(diǎn)與709船尾水平距離保持30 m。在新上鋼纜布放完成后,連接新上鋼纜上端與新平臺(tái)鏈下端,接著布放新平臺(tái)鏈。

(9)釋放華發(fā)船左舷絞車?yán)|并連接半潛式平臺(tái)上的引鏈下端,平臺(tái)啟動(dòng)錨機(jī)釋放3號(hào)錨引鏈,同時(shí)華發(fā)船回收絞車?yán)|,把引鏈下端打撈到華發(fā)船甲板上并固定。然后,華發(fā)船釋放右絞車?yán)|并傳送到709船甲板上與新平臺(tái)鏈的上端連接。將新平臺(tái)鏈上端傳遞到華發(fā)船甲板上并與引鏈下端連接。

(10)將新平臺(tái)鏈上端從華發(fā)船傳遞給半潛式平臺(tái)錨機(jī),張緊整個(gè)3號(hào)系泊腿。

3 施工作業(yè)難點(diǎn)及其解決措施

3.1 關(guān)鍵作業(yè)步驟載荷分析

由于作業(yè)設(shè)備能力有限,需要在船舶作業(yè)載荷和水下施工方法的復(fù)雜關(guān)系之間找到一個(gè)平衡點(diǎn),基本施工程序設(shè)計(jì)時(shí)未考慮水下切割上鋼纜,致使某些作業(yè)步驟載荷過大,超過設(shè)備作業(yè)能力,因此對(duì)基本施工程序進(jìn)行了反復(fù)改進(jìn)。表1為不同施工程序下關(guān)鍵作業(yè)步驟船舶承受載荷的比較。設(shè)計(jì)中取動(dòng)載系數(shù)DAF=1.3。

表1 不同施工程序下關(guān)鍵作業(yè)步驟船舶載荷比較(kN)

3.2 作業(yè)難點(diǎn)及其解決措施

3.2.1 作業(yè)載荷達(dá)到設(shè)備能力極限

從表1可以看出,施工作業(yè)時(shí)關(guān)鍵作業(yè)步驟下船舶承受的工作負(fù)荷很大,其中華發(fā)船最大載荷達(dá)到1 390 kN,而其主絞車直徑76 mm鋼纜的破斷負(fù)荷約為4 200 kN(考慮臨時(shí)性使用,取安全系數(shù)fos= 3)。但在實(shí)際工作中,在提升如此重載時(shí)華發(fā)船的穩(wěn)性和受力都已經(jīng)處于臨界狀態(tài)。為了增加穩(wěn)性余量,改善船舶受力狀況,華發(fā)船排出了數(shù)百噸淡水。在這種達(dá)到或接近設(shè)備作業(yè)能力極限的情況下,為了保證船舶安全,現(xiàn)場(chǎng)研究和制定了“在打撈更換3號(hào)錨腿作業(yè)中減輕華發(fā)船載荷的方案”,即通過水下切割舊上鋼纜,使舊系泊腿各部件分離,減輕了表1所示關(guān)鍵的第3、4步驟中船舶的載荷。在兩船共同提升海底加重鏈的方案設(shè)計(jì)上,把華發(fā)船對(duì)加重鏈的提升點(diǎn)從原方案中距加重鏈上端100m處后移到180 m處,并把華發(fā)船工作纜提升加重鏈的高度從原方案270 m下降到170 m,這樣就把更多的載荷讓709船承擔(dān),使華發(fā)船的工作負(fù)荷可以控制到1000 kN以內(nèi)。

3.2.2 雙DP船協(xié)同作業(yè)難度大

從施工作業(yè)程序中可以看出,有3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的作業(yè)必須由雙DP船協(xié)同工作才能完成,即海底加重鏈的共同提升、新上鋼纜前150m的布放、新平臺(tái)鏈從709船向華發(fā)船的傳遞。

完成海底加重鏈的提升和新上鋼纜前150m的布放總共耗時(shí)29 h。在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),華發(fā)船和709船始終相隔只有40 m距離,而且絞車?yán)|的收放、船舶的移動(dòng)要始終保持同步。這對(duì)兩船動(dòng)力定位(DP)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作人員作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的要求都非常高。為此,采取了如下措施:①統(tǒng)一指揮,由海上施工經(jīng)理統(tǒng)一協(xié)調(diào)兩船的移位和絞車的收放工作,并做詳細(xì)記錄;②兩船DP操作員都由非常有經(jīng)驗(yàn)的人員擔(dān)任,與海上施工經(jīng)理之間的聯(lián)系保持暢通;③作業(yè)前對(duì)船舶DP系統(tǒng)進(jìn)行第三方檢驗(yàn)以確認(rèn)其狀態(tài)良好。

在新平臺(tái)鏈從709船傳送到華發(fā)船的過程中,兩船必須采取船尾對(duì)船尾、船艏180°反向的作業(yè)方式,并保持相距20m左右?？紤]到華發(fā)船在DP狀態(tài)下抗擾動(dòng)能力較差,而709船的尾推進(jìn)器攪動(dòng)的海流和新平臺(tái)鏈傳遞時(shí)產(chǎn)生的水平拉力對(duì)華發(fā)船影響較大,使華發(fā)船定位困難,在實(shí)際作業(yè)中709船加快了絞車?yán)|釋放速度,同時(shí)華發(fā)船加快了絞車?yán)|提拉速度,使新平臺(tái)鏈的傳遞時(shí)間盡量縮短,并且709船在新平臺(tái)鏈傳遞結(jié)束后立即加快絞車?yán)|的釋放,迅速進(jìn)車?yán)_與華發(fā)船的距離,有效避免了碰撞。

3.2.3 小型ROV作為水下主作業(yè)設(shè)備

由于工程作業(yè)資源問題,在本項(xiàng)施工作業(yè)的大部分時(shí)間里只能利用輕型Panther PlusROV進(jìn)行水下作業(yè)。為此,調(diào)整了基本施工方案,并制定了新的“無大功率工作級(jí)ROV時(shí)打撈和更換3號(hào)錨腿方案”。在方案里取消了對(duì)舊平臺(tái)鏈的兩次水下切割步驟,改為直接把舊平臺(tái)鏈打撈到華發(fā)船甲板上進(jìn)行分離,這樣不僅使工作效率大大提高,同時(shí)減少了對(duì)大型ROV的依賴。缺點(diǎn)是華發(fā)船的打撈負(fù)荷增加較多,必須在工作初期華發(fā)船燃料艙較滿、船舶穩(wěn)性余量相對(duì)較大時(shí)進(jìn)行作業(yè)。

在打撈、修復(fù)施工過程中,ROV大量用于水下拴打撈扣,共要拴7個(gè)打撈扣,并要使用重300～1 000 kN、長(zhǎng)3～12 m的不同環(huán)形軟吊帶進(jìn)行作業(yè)。由于ROV機(jī)械手的負(fù)荷能力小,無法單獨(dú)提起1 000 kN的長(zhǎng)吊帶,所以在實(shí)際施工中使用709船的吊機(jī)下放吊帶到海底靠近拴扣位置。針對(duì)吊帶橫截面較粗,從鏈環(huán)孔穿越阻力較大的難題,在甲板上做準(zhǔn)備工作時(shí)即在吊帶頭部拴上一根直徑5 mm、長(zhǎng)1m的導(dǎo)向桿及一條用直徑1 cm軟繩做的輔助打撈扣;在海底將吊帶一端從鏈環(huán)孔中穿過時(shí),先由ROV作業(yè)使導(dǎo)向桿和輔助打撈扣穿過鏈環(huán)孔,然后用709船的吊機(jī)鉤勾住輔助打撈扣提拉,使吊帶從鏈環(huán)孔中穿過,克服了穿越阻力。

在本項(xiàng)施工過程中共需要在水下掛、脫鉤12次,這對(duì)小功率ROV來說是一項(xiàng)艱巨的工作。首先,水下打撈大鉤本身很重,超過1 000 N,再加上300 m長(zhǎng)絞車鋼纜的重量,ROV根本沒有能力移動(dòng)打撈鉤與打撈扣對(duì)接。為解決這一問題,在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過多次試驗(yàn),改進(jìn)水下吊索具組合設(shè)計(jì),最后采用的方案是在絞車鋼纜端再連接一段50 m長(zhǎng)的高強(qiáng)纖維纜,在纖維纜下端連接打撈鉤,這樣使絞車鋼纜和打撈鉤之間由于有纖維纜連接而更加靈活,且纖維纜在水中的重力幾乎為零,不會(huì)增大載荷。打撈鉤選用ROV專用鉤,便于ROV機(jī)械手抓握。作業(yè)中在鉤體上加裝了浮力塊,使鉤體在水中的重力減小。通過這樣的一系列方法減輕了作業(yè)載荷,滿足了用小型ROV作業(yè)的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用小型工程作業(yè)資源成功地完成了LH 11-1油田半潛式平臺(tái)系泊腿打撈、修復(fù)項(xiàng)目,比使用大型作業(yè)船節(jié)約工程費(fèi)用約400萬(wàn)美元。在作業(yè)過程中通過不斷摸索,反復(fù)修改完善作業(yè)方案,克服了作業(yè)設(shè)備能力“瓶頸”的限制,利用有限的工程作業(yè)資源完成了具有較高技術(shù)難度的工程項(xiàng)目。該項(xiàng)目的成功實(shí)施,開辟了海油工程“用小資源辦大事”的新途徑,也積累了海上設(shè)備打撈、修復(fù)經(jīng)驗(yàn),所采用的方法對(duì)類似工程具有很好的借鑒作用。

(編輯:張金棣)

Innova tiona l techn iquesand practica lapp lica tion on sa lvage and repa ir project of sem isubm ersib le p la tform m oor ing leg fa lling underwa ter 320m dep th by sm a lleng ineer ing resources

M ao Jiayou L iu Yiyong W ang Hong Huang Sanp ing
(Engineering D ept.ofShenzhen B ranch of CNOOC L td.,Guangdong,518052)

The falling mooring leg of semisubmersible platform was salvaged and repaired by utilizing small DP vessel and light c lass ROV through in novational techniques based on analysis of operation difficulties underwater 320 m depth.This successful operation saved about4 million US Dollars compared with using large offshore installation resources.

small engineering operations resource;salvage and repair;320m water depth;semi submersible platform mooring leg

冒家友,男,高級(jí)工程師,1991年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造工程專業(yè),目前從事項(xiàng)目管理工作。地址:深圳市蛇口工業(yè)二路海洋石油大廈B座(郵編:518052)。電話:0755-26023705。

2009-05-14