陸豐油田群FPSO單點(diǎn)軟管搶修方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

鄧周榮 劉義勇 王火平

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

陸豐油田群FPSO單點(diǎn)軟管搶修方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

鄧周榮 劉義勇 王火平

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

陸豐油田群在使用“南海開拓號(hào)”FPSO進(jìn)行臨時(shí)生產(chǎn)期間由于臺(tái)風(fēng)造成單點(diǎn)動(dòng)態(tài)軟管嚴(yán)重受損,在其他常規(guī)維修手段無法實(shí)現(xiàn)短期復(fù)產(chǎn)的情況下,通過技術(shù)創(chuàng)新,采用了不同尺寸、類型軟管替代受損軟管的應(yīng)急搶修方案,使得油田生產(chǎn)在事故發(fā)生后2周內(nèi)得以恢復(fù),有效降低了事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。本次搶修作業(yè)中采用不同規(guī)格軟管替代技術(shù)以及施工作業(yè)中對(duì)遇到的一系列技術(shù)難題的解決措施,對(duì)今后類似工程具有一定的借鑒意義。

陸豐油田群;FPSO單點(diǎn)軟管;應(yīng)急搶修;替代技術(shù);技術(shù)難題

1 工程背景

陸豐油田群位于南海珠江口盆地,距香港東南約230 km,水深132～146 m。由于原“南海盛開號(hào)”FSOU進(jìn)塢大修,故采用了“南海開拓號(hào)”FPSO接入經(jīng)適應(yīng)性改造的“南海盛開號(hào)”單點(diǎn)系泊系統(tǒng)進(jìn)行臨時(shí)生產(chǎn)[1]。該單點(diǎn)系泊系統(tǒng)位于陸豐13-1平臺(tái)西北側(cè),主要由內(nèi)轉(zhuǎn)塔、8條均布系泊腿和1個(gè)單點(diǎn)浮筒等組成,經(jīng)由1條φ152.4 mm輸油軟管與陸豐13-1平臺(tái)相連,該輸油軟管由1.6 km靜態(tài)段和400 m動(dòng)態(tài)段組成,中間通過法蘭連接(圖1)。2012年6月,熱帶風(fēng)暴“泰利”過后,“南海開拓號(hào)”返回油田重新連接至單點(diǎn)浮筒時(shí),單點(diǎn)浮筒下方的動(dòng)態(tài)軟管因遭受強(qiáng)力拉扯嚴(yán)重受損,油田緊急停產(chǎn)。為了盡快恢復(fù)生產(chǎn),在常規(guī)維修手段無法實(shí)現(xiàn)短期復(fù)產(chǎn)的情況下,通過利用不同盡寸、類型的軟管對(duì)損壞軟管進(jìn)行了替換,使油田生產(chǎn)在事故發(fā)生后2周內(nèi)恢復(fù),有效降低了事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。本文主要闡述陸豐油田群FPSO單點(diǎn)軟管搶修方案設(shè)計(jì)與施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以期對(duì)今后類似工程提供借鑒。

圖1 陸豐油田群FPSO單點(diǎn)軟管布置示意圖

2 搶修方案設(shè)計(jì)

由于“南海開拓號(hào)”FPSO單點(diǎn)軟管受損嚴(yán)重,常規(guī)的局部修復(fù)手段難以實(shí)現(xiàn),采用國外軟管接合技術(shù)的修復(fù)周期需4個(gè)月以上,重新采辦新軟管則需更長的時(shí)間。為了盡快恢復(fù)生產(chǎn),只能考慮替換掉受損的整根動(dòng)態(tài)軟管,同時(shí)還需對(duì)各種復(fù)產(chǎn)方案進(jìn)行論證。因此能否在國內(nèi)盡快找到合適的可用軟管是本次搶修能否成功的關(guān)鍵一步。經(jīng)過調(diào)研,國內(nèi)有以下3條輸油軟管可供選擇:①φ152.4mm廢棄軟管,長度約370 m,與受損軟管直徑相同,為陸豐油田群2000年更換的廢棄軟管,狀況不明。②φ254.0 mm軟管,長度約381 m,2011年惠州油田曾使用過,暫存于庫房,整體狀況較好。③φ203.2 mm軟管,長度825 m,2011年惠州油田新購軟管,狀況良好但仍存放在海底。由于φ203.2 mm軟管需要打撈,不滿足工期要求,而φ152.4 mm廢棄軟管測試后狀況較差,使用風(fēng)險(xiǎn)較大,故確定選用狀況較好的φ254.0 mm軟管。但是用φ254.0 mm軟管替換受損φ152.4 mm軟管主要存在管徑、長度、管頭型式不同而帶來的一系列不匹配問題。為此,通過技術(shù)改造、施工方案優(yōu)化、計(jì)算論證以及試驗(yàn)等方式,采取措施解決了一系列技術(shù)問題。

1)φ254.0 mm軟管長度比原軟管長度短27 m問題。原受損的φ152.4 mm動(dòng)態(tài)軟管一端連接于海底的φ152.4 mm靜態(tài)軟管,一端連接于FPSO上部的工藝管線,通過中水浮筒形成“S”形姿態(tài),中水浮筒上的固定卡子將其分成兩部分。φ254.0 mm軟管長度比原軟管短27 m,如何將縮短的27 m分配到軟管的兩端中,并確定軟管在中水浮筒上的錨固位置是首要解決的問題。

經(jīng)過分析,由于靜態(tài)段軟管末端法蘭位置無法改變,如果縮短這一側(cè)的長度,需要增加一段短節(jié),不僅增加工作量,還給海底連接帶來困難。為此,初步確定了將單點(diǎn)浮筒側(cè)至中水浮筒之間的軟管長度縮短27 m,另外一側(cè)長度保持不變,并根據(jù)相關(guān)規(guī)范[2-3]進(jìn)行了受力分析計(jì)算,以判斷其適應(yīng)性。

根據(jù)原設(shè)計(jì)報(bào)告,“南海開拓號(hào)”正常安全作業(yè)條件為有義波高5 m以下,外輸作業(yè)安全作業(yè)條件為有義波高4 m以下,FPSO解脫后單點(diǎn)系泊系統(tǒng)及軟管可抗百年一遇臺(tái)風(fēng)。分別按這3個(gè)設(shè)計(jì)工況進(jìn)行校核分析,結(jié)果顯示在這3種極限工況下“南海開拓號(hào)”FPSO更換后軟管受到的最大拉力小于其允許值40×104N,最小彎曲半徑大于其允許值3.15 m,均滿足安全使用要求(表1)。

表1 陸豐油田群“南海開拓號(hào)”FPSO更換后軟管受力分析結(jié)果

2)原中水浮筒凈浮力校核。由于現(xiàn)有φ254.0 mm軟管比受損的φ152.4 mm軟管單位長度的質(zhì)量更大,作用在中水浮筒上的載荷將要增大,需要進(jìn)行計(jì)算分析,校核論證原中水浮筒的浮力。計(jì)算結(jié)果顯示,更換后的φ254.0 mm軟管作用在中水浮筒的載荷為19.5×104N,而中水浮筒設(shè)計(jì)凈浮力為30×104N,滿足中水浮筒的浮力要求,可利用原中水浮筒。

3)φ254.0 mm軟管在中水浮筒的鎖緊問題。如何在有效控制工程量的條件下把φ254.0 mm軟管有效固定鎖緊在中水浮筒處是最為關(guān)鍵的技術(shù)問題。原受損φ152.4 mm軟管在中水浮筒處的固定方式為在軟管上安裝一個(gè)內(nèi)部卡子,將該內(nèi)部卡子放入中水浮筒的卡具槽內(nèi),使用中水浮筒上的一個(gè)外部鎖緊卡具將內(nèi)部卡具緊緊夾住,從而起到鎖緊軟管的作用。

由于用φ254.0 mm軟管替換φ152.4 mm軟管以后,中水浮筒用于固定軟管的外卡尺寸偏小,原中水浮筒外卡的內(nèi)徑為520.0 mm,僅比φ254.0 mm軟管的外徑大179.6 mm,在如此狹小的間隙中再增加一個(gè)內(nèi)卡很難達(dá)到既能滿足強(qiáng)度又能滿足尺寸匹配的要求,而完全依靠改造外卡的工程量又太大。為此,通過少量改造中水浮筒卡槽,根據(jù)現(xiàn)有尺寸特別設(shè)計(jì)和制作了一個(gè)與原中水浮筒外卡具相匹配的內(nèi)部卡具(圖2),利用潛水員對(duì)中水浮筒卡槽進(jìn)行打磨改造,以匹配φ254.0 mm軟管在φ152.4 mm卡槽的安裝,同時(shí)避免在安裝過程尖銳部位對(duì)軟管造成的損壞。

圖2 特別設(shè)計(jì)制作的與陸豐油田群FPSO單點(diǎn)原中水浮筒外卡具相匹配的內(nèi)部卡具

4)φ254.0 mm軟管和單點(diǎn)浮筒通道的匹配驗(yàn)證。通過計(jì)算,φ254.0 mm軟管頭和單點(diǎn)浮筒J型通道的間隙很小,最小處僅為2 mm,軟管頭通過浮筒通道存在較大風(fēng)險(xiǎn)。通過設(shè)計(jì)全尺寸假體進(jìn)行了穿過試驗(yàn)(圖3),驗(yàn)證了軟管的可用性。

圖3 陸豐油田群FPSO單點(diǎn)φ254.0 mm軟管頭假體及其穿過試驗(yàn)

5)φ254.0 mm軟管在單點(diǎn)浮筒側(cè)的連接問題。φ254.0 mm軟管頂部法蘭為RTJ(金屬環(huán)連接密封)法蘭,而單點(diǎn)浮筒處的球閥連接法蘭為RF(金屬墊片)法蘭。由于法蘭類型不同,φ254.0 mm軟管無法直接與單點(diǎn)浮筒側(cè)連接。為此,設(shè)計(jì)并制作了一端為RTJ法蘭,另一端為RF法蘭的過渡等徑短節(jié),既可使用“南海開拓號(hào)”原φ254.0 mm軟管捕捉工具完成該軟管的回接,又可實(shí)現(xiàn)FPSO解脫后軟管在單點(diǎn)浮筒的懸掛問題。

6)φ254.0 mm軟管與φ152.4 mm軟管靜態(tài)段的連接問題。φ254.0 mm軟管海底端為φ355.6 mm SPO壓實(shí)法蘭,而與其連接的φ152.4 mm軟管靜態(tài)段末端為φ152.4 mm自緊式GRAYLOC法蘭,兩者不匹配。為解決匹配問題,專門設(shè)計(jì)和制作了一個(gè)大小頭變徑的短節(jié),一端為φ152.4 mm GRAYLOC法蘭,另一端為φ355.6 mm SPO法蘭,如圖4所示。

圖4 專門設(shè)計(jì)制作的陸豐油田群FPSO單點(diǎn)φ254.0 mm軟管和φ152.4 mm軟管大小頭變徑短節(jié)

3 海上施工資源的確定與技術(shù)難題的解決

3.1 施工資源的確定

陸豐油田群FPSO單點(diǎn)軟管搶修工程海上施工主要涉及飽和潛水、ROV作業(yè)、破損軟管棄置、軟管鋪設(shè)等作業(yè)。本次應(yīng)急搶修動(dòng)用了“美人魚”號(hào)飽和潛水船,主要進(jìn)行破損φ152.4 mm軟管的拆除,協(xié)助φ254.0 mm軟管鋪設(shè)及水下連接作業(yè)等。該船總長90 m,寬22 m,吃水深度8 m,配備有內(nèi)置式飽和潛水系統(tǒng)和一臺(tái)觀察級(jí)ROV,可同時(shí)用于不同水深的潛水作業(yè),船右舷配備一臺(tái)起吊能力150 t的吊機(jī)。

同時(shí),本次應(yīng)急搶修還動(dòng)員了“海洋石油708”船進(jìn)行軟管鋪設(shè)作業(yè),該船具備DP2動(dòng)力定位能力,配備工作級(jí)ROV,寬敞的甲板完全滿足進(jìn)行φ254.0 mm軟管海上鋪設(shè)作業(yè)的要求。

3.2 施工技術(shù)難題的解決

本次應(yīng)急搶修海上施工內(nèi)容主要包括破損φ152.4 mm軟管的拆除、φ254.0 mm軟管鋪設(shè)及水下連接等工作,在實(shí)際施工時(shí)遇到的一些施工技術(shù)難題均通過采取一些適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施和手段得以成功解決。

1)無張緊器進(jìn)行軟管鋪設(shè)。通常情況下,軟管鋪設(shè)需要使用張緊器夾持軟管,以控制軟管的下放和回收。但由于本次施工作業(yè)為應(yīng)急搶修作業(yè),短時(shí)間內(nèi)無法找到適當(dāng)?shù)膹埦o器。由于軟管滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的承載能力在沒有張緊器的條件下不能滿足強(qiáng)度要求,而等待從國外進(jìn)口張緊器至少需要一周以上時(shí)間。為此,通過對(duì)軟管鋪設(shè)工藝的改進(jìn),提出了軟管不充水進(jìn)行鋪設(shè),以減輕對(duì)軟管滾筒驅(qū)動(dòng)器的張力;同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行適當(dāng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng),以達(dá)到僅依靠滾筒驅(qū)動(dòng)器直接進(jìn)行軟管鋪設(shè)。通過計(jì)算分析,軟管空管鋪設(shè)在該水域水深條件下滿足強(qiáng)度要求(不會(huì)壓潰),軟管滾筒驅(qū)動(dòng)裝置和軟管滾筒強(qiáng)度能力也均滿足要求,最終通過創(chuàng)新解決了無張緊器不能鋪設(shè)軟管的問題。

2)軟管內(nèi)部卡具在中水浮筒上就位。軟管鋪設(shè)從單點(diǎn)浮筒側(cè)開始,跨過中水浮筒,最后鋪至海底φ152.4 mm軟管靜態(tài)段附近。由于中水浮筒與海底配重塊間僅用單根錨鏈連接,受到海流或外力作用時(shí)筒體方位和角度不易控制,數(shù)次嘗試將軟管中水浮筒卡子卡進(jìn)卡槽均未成功。經(jīng)過研究分析,采取了先將軟管用吊帶臨時(shí)固定在中水浮筒處,完成軟管鋪設(shè)后再由潛水員調(diào)整中水浮筒卡子至卡槽內(nèi)并最終完成鎖緊,解決了軟管內(nèi)部卡具在中水浮筒上的就位難題。

3)軟管質(zhì)量增加導(dǎo)致水下法蘭組對(duì)困難。完成軟管鋪設(shè)后,須通過變徑短節(jié)連接φ254.0 mm軟管與φ152.4 mm靜態(tài)段軟管法蘭。由于原φ152.4 mm軟管充水后線質(zhì)量為33.40 kg/m,而更換后的φ254.0 mm軟管充水后線質(zhì)量為94.74 kg/m,這使得拖拉兩法蘭進(jìn)行對(duì)接所需要的拉力大大增加。因此,要想在短時(shí)間內(nèi)完成水下法蘭對(duì)接,只有盡可能想辦法增加所施加的拖拉力。經(jīng)過分析與嘗試,現(xiàn)場采用了工程船吊機(jī)協(xié)助提拉減少軟管和海底的摩擦力,同時(shí)2名潛水員用2個(gè)15t導(dǎo)鏈葫蘆同步拖拉的技術(shù)手段,僅用1天多時(shí)間就成功完成水下法蘭連接。

4 結(jié)束語

陸豐油田群FPSO單點(diǎn)軟管受損后,通過統(tǒng)一部署,對(duì)多個(gè)方案同時(shí)進(jìn)行論證,海上作業(yè)和陸地設(shè)計(jì)準(zhǔn)備同時(shí)進(jìn)行。通過技術(shù)創(chuàng)新,解決了損壞軟管更換的各項(xiàng)技術(shù)難題,成功實(shí)施了在短時(shí)間內(nèi)(從接到搶修任務(wù)到恢復(fù)生產(chǎn)僅用2周時(shí)間)利用不同尺寸、類型的軟管對(duì)損壞軟管進(jìn)行替換的施工作業(yè),有效降低了事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。本次搶修作業(yè)中采用的不同規(guī)格軟管替代技術(shù)以及施工作業(yè)中對(duì)遇到的一系列技術(shù)難題的解決措施,對(duì)今后類似工程具有較好的借鑒意義。

[1] 劉義勇,王火平,鄧周榮,等.FPSO單點(diǎn)系泊關(guān)鍵構(gòu)件互換連接技術(shù)研究與應(yīng)用:以陸豐油田群“南海開拓號(hào)”FPSO臨時(shí)替代生產(chǎn)工程為例[J].中國海上油氣,2013,25(5):73-76.

[2] 挪威船級(jí)社.DNV-OS-F201 Dynamic[S].2001.

[3] API.API RP17B-2008軟管推薦做法[S].2008.

Design and practice of emergency repair program for FPSO riser in Lufeng oilfields

Deng Zhourong Liu Yiyong Wang Huoping
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,518067)

The riser of“Nan Hai Kai Tuo”FPSO was damaged severely by Typhoon during the temporary production service of FPSO in Lufeng oilfields.Without any other conventional measures to repair the damaged riser to resume production in short time,the second hand riser in different size and type was used in the emergency repair to replace the damaged riser successfully through technical innovation,by which the oilfield resumed the production within two weeks after the damage accident and the economic loss caused by the accident was reduced.The replacement technique with different size risers and the methods adopted to solve the technical difficulties encountered in the emergency repair can be used in the similar engineering in the coming days.

Lufeng oilfields;FPSO riser;emergency repair;replacement technique;technical difficulty

2013-11-21改回日期:2014-01-02

(編輯:葉秋敏)

鄧周榮,男,工程師,1992年畢業(yè)于廈門集美航海學(xué)院海洋船舶駕駛專業(yè),現(xiàn)主要從事海上油田船舶及水下設(shè)施的管理和維修工作。地址:廣東省深圳市南山區(qū)蛇口工業(yè)二路1號(hào)海洋石油大廈B座12樓(郵編:518067)。電話:0755-26022667。E-mail:dengzhr@ cnooc.com.cn。