單點系泊系統(tǒng)快速修復(fù)技術(shù)

劉雪宜，秦勇，孫雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

單點系泊系統(tǒng)快速修復(fù)技術(shù)

劉雪宜，秦勇，孫雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

單點系泊是FPSO最為常用的系泊方式，保持單點的完整性對于FPSO安全以及整個油田的生產(chǎn)至關(guān)重要。文章以海洋石油102單點修復(fù)項目為例，詳細(xì)論述水上軟剛臂單點組成、單點壞損情況、修復(fù)策略、單點系泊頭修復(fù)、海纜修復(fù)以及YOKE修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。海洋石油102單點修復(fù)項目涉及的難題和創(chuàng)新將為今后類似單點系泊系統(tǒng)完整性管理以及單點快速修復(fù)提供良好的借鑒。

水上軟剛臂；單點系泊損壞；單點系泊頭修復(fù)；海纜修復(fù)；YOKE修復(fù)

0 引言

渤中28-2南油田位于渤海南部海域，水深約為21 m，主要設(shè)施包括中心平臺CEP、海洋石油102單點/FPSO以及CEP平臺至單點的海底管道。2011年4月1日海洋石油102單點YOKE系統(tǒng)嚴(yán)重受損，中海油第一時間啟動應(yīng)急預(yù)案，將FPSO順利解脫并拖航至蓬萊港?？?，受損的YOKE運回陸地維修。為了盡快實現(xiàn)油田復(fù)產(chǎn)，在FPSO緊急解脫和YOKE拆除搶險工作結(jié)束之后，立即展開對單點系泊系統(tǒng)（簡稱單點）受損設(shè)施的全面勘察和評估，確定了修復(fù)方案，同時開展單點管匯平臺、海纜、YOKE等多方面的修復(fù)工作，最終于2011年6月20日實現(xiàn)海洋石油102單點/FPSO的復(fù)產(chǎn)。

1 水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)

近30年來，單點系泊系統(tǒng)由于其水深適應(yīng)范圍廣，能系泊超大型FPSO，抵抗海洋環(huán)境能力強，經(jīng)濟性好，因而廣泛應(yīng)用于海洋開發(fā)中。按系泊結(jié)構(gòu)方式單點系泊可以分為：塔式系泊、轉(zhuǎn)塔式系泊和浮筒式系泊，其中塔式系泊系統(tǒng)適用于50 m以內(nèi)的淺水海域。

海洋石油102單點屬于水上軟剛臂系泊系統(tǒng)，是塔式系泊系統(tǒng)的一種，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：四腿導(dǎo)管架、單點系泊頭、YOKE、系泊腿、系泊支架等。

導(dǎo)管架用鋼樁固定在海底，單點系泊頭固定在導(dǎo)管架之上。YOKE和系泊腿連接單點系泊頭和FPSO船首的系泊支架，構(gòu)成單點系泊的軟剛臂系統(tǒng)。YOKE的頭部有縱搖鉸接頭、橫搖鉸接頭，系泊腿上下端分別裝備了推力軸承、萬向鉸接頭，能夠消除單點與FPSO之間的六個自由度的相對運動。YOKE末端左右各有一個壓載艙，分別灌注180 t防凍液，其作用是為FPSO的位移提供回復(fù)力，保證系泊腿角度處于正常的垂直位置。海洋石油102單點具有風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，允許FPSO圍繞單點系泊頭作360°的自由運動，使FPSO始終處在合外力最小的位置上。

圖1 海洋石油102單點結(jié)構(gòu)示意

2 單點損壞情況

在FPSO緊急解脫和YOKE拆除搶險工作結(jié)束后，立即委托海洋石油工程股份有限公司（以下簡稱海油工程公司）、單點設(shè)計廠家SBM公司展開對單點受損設(shè)施的全面勘察和評估，結(jié)論如下：

（1）單點系泊頭。主軸承狀況良好；轉(zhuǎn)盤以上結(jié)構(gòu)狀況良好；下層管匯平臺結(jié)構(gòu)、管道、儀表損壞嚴(yán)重，其中包括關(guān)斷閥、DBB閥、PIG閥等；下層甲板海底管道、海纜損壞嚴(yán)重；將軍柱走道甲板損壞嚴(yán)重。

（2）YOKE。橫搖軸承狀況良好；萬向鉸接頭狀況良好；壓載艙狀況良好；D 2 420 mm的橫管以及相連的側(cè)向支撐管撕裂變形需更換；受損的輔助結(jié)構(gòu)如走道、欄桿、照明等需要恢復(fù)。

（3）FPSO船首部分。系泊結(jié)構(gòu)、系泊腿以及推力軸承狀況良好。

3 單點修復(fù)策略及關(guān)鍵技術(shù)

為盡快恢復(fù)油田生產(chǎn)，確定復(fù)產(chǎn)策略和方針是項目實施的第一步。在取得檢測評估結(jié)果后，結(jié)合專家意見確定了復(fù)產(chǎn)工作的總策略：以原設(shè)計為基礎(chǔ)，局部進行加強，實現(xiàn)油田快速復(fù)產(chǎn)。隨后，制訂了詳細(xì)的技術(shù)方案和實施計劃，這些技術(shù)方案不僅體現(xiàn)了單點修復(fù)項目的獨特性，而且對海上平臺維修、海纜修復(fù)具有普遍的指導(dǎo)意義。

3.1 單點系泊頭修復(fù)

單點系泊頭損傷情況比較嚴(yán)重，主要集中在下層管匯平臺結(jié)構(gòu)、管道、儀表和位于下層甲板的海底管道、海纜。海洋石油102單點處FPSO緊急撤離以后，立即動員渤海自立號生活支持平臺投入單點修復(fù)項目，其在單點附近就位如圖2所示，其功能是滿足施工期間海上物料吊裝的需要，并承擔(dān)海上施工所需水、電、氣的供給，為作業(yè)人員食宿的安置、物料存放及施工預(yù)制等提供必要的場所。

圖2 “渤海自立號”在單點附近就位

根據(jù)單點系泊頭損壞情況，制訂了按照單點原設(shè)計圖紙快速修復(fù)的施工方案。一方面按照單點檢測評估結(jié)果啟動設(shè)備、材料的采辦，另一方面動員人員開始海上修復(fù)施工。海上施工按照先拆舊后裝新、先結(jié)構(gòu)后管道、最后電儀的總體思路展開，對于有特殊工藝、交叉施工要求的，以及限制空間的地方適當(dāng)調(diào)整施工順序。單點修復(fù)大致的施工步驟如下：

（1）拆除照明、導(dǎo)航、通訊、氣體/火焰探頭、管道電伴熱、電纜和電纜托架、救生以及CO2系統(tǒng)等設(shè)備。

（2）拆除4根絕緣法蘭至滑環(huán)的原油管道以及閉排系統(tǒng)部分受損管道。

（3）拆除上層管匯平臺（EL33050）、下層管匯平臺（EL31200）全部結(jié)構(gòu)。

（4）預(yù)制、回裝上層管匯平臺（EL33050）、下層管匯平臺（EL31200）全部結(jié)構(gòu)，焊道NDT檢驗，涂裝。

（5）預(yù)制、回裝4根絕緣法蘭至滑環(huán)的原油管道，管道焊道NDT檢驗，安裝新的關(guān)斷閥、DBB閥、PIG閥，壓力試驗，管道伴熱保溫。

（6）安裝新的救生系統(tǒng)、CO2系統(tǒng)等設(shè)備。

（7）檢測標(biāo)定壓力、溫度、指示、氣體/火焰探頭、關(guān)斷閥等各類儀表。

（8）預(yù)制、回裝電纜托架、馬腳、燈具支架，敷設(shè)電氣儀表電纜，安裝照明、導(dǎo)航以及其他電儀設(shè)備。

（9）完成儀表設(shè)備的單機調(diào)試、回路調(diào)試，做好投產(chǎn)準(zhǔn)備。

為了加快施工進度并保證施工安全，采取了如下有效措施：

（1）同時開展損壞部件的拆除與新部件的采辦、預(yù)制。

（2）在項目初始就統(tǒng)籌考慮整個項目施工需要搭建的腳手架，避免腳手架的重復(fù)搭建與拆除。

（3）結(jié)構(gòu)件、管道的預(yù)制盡可能在陸地完成，減少海上組對、焊接工作量。

（4）優(yōu)化施工工藝，盡可能安排并行作業(yè)，并加強施工進度的監(jiān)控，根據(jù)關(guān)鍵路徑適時調(diào)整施工資源的投入。

（5）為保證施工安全，盡量減少交叉作業(yè)，將風(fēng)險較大的吊裝作業(yè)、高空作業(yè)、潛水作業(yè)盡量安排在白天，將風(fēng)險較小的UT/MT、涂裝、調(diào)試盡量安排在夜間。

3.2 海纜修復(fù)

海洋石油102單點系泊系統(tǒng)YOKE受損變形將海纜護管上錨固出口處的海纜壓斷，如圖3所示。該海纜從單點敷設(shè)到CEP平臺，海纜參數(shù)為3芯×240 mm2，電壓等級10.5 kV，質(zhì)量28.5 kg/m，全長1.5 km。根據(jù)以往海纜維修的經(jīng)驗和方法，海油工程公司形成了一套自有的、行之有效的海纜維修技術(shù)。修復(fù)方案思路：如果海纜有充足的富余量，直接抽拉破損處海纜到海纜箱處，測試合格后接入海纜箱。為預(yù)防海纜富余量不夠，提前向海纜原廠家購買200 m新海纜備用，并編制敷設(shè)新海纜接長舊海纜的備用方案。

圖3 海纜在護管出口處壓斷

施工步驟如下：

（1）選擇合適的主作業(yè)船。根據(jù)海纜修復(fù)施工的需要，需要一艘甲板面積100 m2以上的施工船，一臺50 t吊機、一臺10 t卷揚機，并且搭載一套吹泥設(shè)備，同時船舶能提供30名施工人員的食宿。本項目主作業(yè)船為濱海106。

（2）主作業(yè)船就位。主作業(yè)船拋錨時不能影響渤海自立號和海底的管道和海纜，就位方式采用船首帶纜，船尾拋錨。

（3）檢查海纜富余量。潛水員下水探摸海纜富余量，發(fā)現(xiàn)海纜水下部分富余量不夠時，項目立即啟動敷設(shè)200 m新海纜接長舊海纜的備用方案。

（4）切斷舊海纜后做絕緣測試。在距離單點導(dǎo)管架電纜喇叭口大約40 m處對舊海纜進行提拉，固定到作業(yè)船上的一定長度時將海纜切斷，在舊海纜切斷后，對切斷處到CEP平臺這段海纜做絕緣測試并確保合格。

（5）切斷海纜箱處舊海纜。單點上施工人員用倒鏈將海纜箱處海纜固定，切斷與海纜箱連接的電纜，并切除錨固點。

（6）抽拉海纜護管中的舊海纜。在單點結(jié)構(gòu)梁上安裝一導(dǎo)向滑輪，利用船上的卷揚機將海纜護管中的舊海纜抽拉上船，如圖4所示。在抽拉舊海纜的同時將一根鋼絲繩從船上引到單點，為新海纜穿管做準(zhǔn)備。

圖4 抽拉海纜護管中的舊海纜

（7）從單點處反向敷設(shè)新海纜。利用作業(yè)船上的卷揚機和導(dǎo)向滑輪將新海纜穿過單點上海纜護管，從單點反向敷設(shè)海纜到標(biāo)記處后若干米（現(xiàn)場決定），以留出充足余量，并對新敷設(shè)的海纜做絕緣測試，防止在敷設(shè)過程中海纜破損。

（8）海纜斷點處做接頭測試。配合廠家人員在作業(yè)船上密封操作間將新舊兩段海纜連接做接頭；中間接頭做完后，對整段海纜做絕緣測試并對海纜打壓，確保合格后將接頭吊放入海中。

（9）海纜接入海纜箱。測試合格后，專業(yè)人員需要對海纜的三芯做線鼻子，并將海纜接入海纜箱中。在海纜護管上重新安裝新的錨固。吊放水泥壓塊入海壓住海纜。

3.3 YOKE修復(fù)

YOKE結(jié)構(gòu)為三角形鋼架，其外圍尺寸為34 m×28 m，結(jié)構(gòu)凈質(zhì)量210 t，位于FPSO系泊腿與單點系泊頭之間。駁船將受損的YOKE運回碼頭，用浮吊將YOKE吊裝到傍靠碼頭的維修場地，場地布置如圖5所示。YOKE由四個墊墩支撐，根據(jù)支撐位置的不同設(shè)計預(yù)制兩種不同規(guī)格的墊墩。

圖5 YOKE在維修場地的布置/m

YOKE在海上損壞嚴(yán)重，是單點系泊系統(tǒng)快速修復(fù)的重點。修復(fù)的內(nèi)容包括YOKE鼻錐部橫管、側(cè)向支撐管段、與縱搖及橫搖軸承連接的直管段以及其他附屬結(jié)構(gòu)（如梯子、欄桿、格柵、走道等）。如圖6所示，YOKE鼻錐部橫管嚴(yán)重變形，與側(cè)面支撐管馬鞍口連接處撕裂，連同部分長度的側(cè)面支撐管需要重新卷制接長、組對焊接。

圖6 受損的YOKE鼻錐部橫管

YOKE修復(fù)大致的施工步驟如下：

（1）根據(jù)YOKE修復(fù)方案，編制YOKE修復(fù)工藝流程，如圖7所示。

（2）搭設(shè)腳手架。在YOKE周圍搭設(shè)腳手架，搭設(shè)高度約6 m，需要上、中、下三層跳板。在腳手架上的主要作業(yè)內(nèi)容有損壞結(jié)構(gòu)拆除、無損檢測、空間組對施工和油漆噴涂等。

（3）現(xiàn)場尺寸測量及焊縫無損檢測。對YOKE鼻錐部和YOKE壓載艙上的機械連接件和結(jié)構(gòu)焊縫進行無損檢測、評估以及整體尺寸和變形的測量，并根據(jù)設(shè)計單位的意見開展修復(fù)工作。

（4）YOKE調(diào)平。根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，對YOKE進行水平度及定位尺寸調(diào)整，保證各個尺寸滿足建造誤差要求。節(jié)點位置誤差控制在15 mm范圍內(nèi)，角度誤差控制在±0.5°內(nèi)。

（5）布置臨時墊墩和臨時支撐。對受損YOKE鼻錐部進行切割作業(yè)前，在兩個YOKE鋼臂擬切割位置靠后約2.5 m處增加兩個臨時墊墩（編號1和2），兩YOKE鋼臂之間布置一根臨時支撐管（規(guī)格為D 610 mm ×16 mm×6 500 mm，材質(zhì)為GB 712-2000 A36），確保YOKE切割后不發(fā)生變形。對YOKE鼻錐部進行切割作業(yè)前，在切割部分下方布置4個臨時墊墩（編號3、4、5、6），墊墩位置如圖8所示。

圖7 YOKE修復(fù)工藝流程

圖8 YOKE修復(fù)臨時墊墩布置

（6）YOKE切割吊裝。根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測、評估意見，確定YOKE切割位置，切割過程中需要在切割結(jié)構(gòu)部件上現(xiàn)場布置幾個臨時吊點，并使用吊機掛扣協(xié)同作業(yè)，以確保安全。切割作業(yè)時，首先切割YOKE鋼臂切割位置的走道、欄桿，然后切割YOKE鋼臂。切割YOKE鼻錐部結(jié)構(gòu)時需要吊機叉車協(xié)同作業(yè)。

（7）管材卷制。根據(jù)管材單件圖及卷制接長方案，按API2B規(guī)范要求完成管材卷制并接長，然后使用樣板數(shù)據(jù)現(xiàn)場切割馬鞍口，管件預(yù)制好后進行噴砂噴漆作業(yè)。

（8）現(xiàn)場組對。如圖9所示，工序如下：組對支撐管段1，有一道現(xiàn)場環(huán)焊縫焊接；組對支撐管段2，有一道現(xiàn)場環(huán)焊縫焊接；組對頭部橫管與鉸接頭連接件預(yù)制成的整體部件，有兩道現(xiàn)場環(huán)焊縫焊接。每一道焊縫都需要完成組對、報檢、焊接、報檢等過程。

（9）安裝輔助結(jié)構(gòu)、涂裝、拆除腳手架。根據(jù)圖紙分段預(yù)制梯子、欄桿和走道，預(yù)制完成后進行整體噴砂噴漆作業(yè)，然后分段吊裝組對焊接，并報檢。完成全部修復(fù)作業(yè)后拆除全部腳手架。

圖9 YOKE修復(fù)現(xiàn)場組對工序

4 結(jié)束語

水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)，適用于50 m以內(nèi)的淺水海域，是我國渤海地區(qū)常采用的單點系泊方式。海洋石油102單點修復(fù)項目面對工期緊、施工空間小、投入資源多等難題，在全面勘察評估單點受損情況的基礎(chǔ)上，及時確立了單點修復(fù)策略與方針，依靠國內(nèi)技術(shù)和施工隊伍解決了單點系泊頭修復(fù)、海纜修復(fù)、YOKE修復(fù)等工作中的諸多難題，努力提升項目實施以及施工現(xiàn)場的管理水平，歷時81 d實現(xiàn)了渤中28-2南油田的全面復(fù)產(chǎn)。海洋石油102單點修復(fù)項目的成功，對于今后單點FPSO類似工程，具有一定的借鑒和參考意義。

[1]劉雪宜.FPSO在YOKE損壞時的應(yīng)急解脫[J].石油工程建設(shè)，2013，39（3）：26-30.

[2]田冰，劉雪宜，孫丕松.BZ34油田單點系泊系統(tǒng)海上解脫[A].中國海洋工程學(xué)會.第十四屆中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集[C].呼和浩特：海洋出版社，2009.1 473-1 477.

油氣管道兩項關(guān)鍵設(shè)備實現(xiàn)國產(chǎn)化

由中石油管道局機械公司自主開發(fā)研制，目前國內(nèi)最大直徑、最高壓力快開盲板與絕緣接頭——壓力12.6 MPa、直徑1 550 mm環(huán)鎖型快開盲板和壓力12 MPa、直徑1 400 mm整體式絕緣接頭，近日通過中國特種設(shè)備檢測研究院的技術(shù)檢測。這標(biāo)志著我國油氣管道關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化又一次新突破。

據(jù)相關(guān)人士介紹，快開盲板與絕緣接頭分別是中石油科技重大專項研究課題《油氣管道關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化》和《第三代大輸量天然氣管道工程關(guān)鍵技術(shù)研究》中的一項。此兩項產(chǎn)品的成功研制，是中石油管道局高壓力、大口徑快開盲板和絕緣接頭技術(shù)的進一步提升，不僅為北天山備用通道工程建設(shè)做好了準(zhǔn)備，同時為中國管道建設(shè)主干線快開盲板實現(xiàn)國產(chǎn)化和第三代大輸量天然氣管道建設(shè)做好了技術(shù)準(zhǔn)備。

（本刊摘錄）

EmergencyRepair Technologyfor Single Point Mooring System

Liu Xueyi，Qin Yong，Sun Xuemei
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.Tianjin 300452，China

Single point mooring（SPM）is the most commonly used mooring way for FPSO，so maintaining the SPM integrity is paramount for the FPSO safety and the production of the whole oilfield.Taking Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project for example，this paper detailedly presents the components of soft YOKE SPM system，SPM damaged status，repair strategy，and key techniques for SPM emergency repair，such as SPM mooring head repair，submarine cable repair and YOKE repair.The solutions and innovations associated with Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project will provide good references and experience for the integrity management and emergency repair of similar SPM system in the future.

soft YOKE；SPM damage；SPM mooring head repair；submarine cable repair；YOKE repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.005

劉雪宜（1980-），男，湖南攸縣人，工程師，2006年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計專業(yè)，碩士，主要從事海洋工程設(shè)計與安裝工作。

2014-02-21