番禺油田水下基盤更換工程

陳捷俊， 楊天笑， 陳 池

(中海石油(中國)有限公司番禺作業(yè)公司，深圳 518067)

番禺油田水下基盤更換工程

陳捷俊， 楊天笑， 陳 池

(中海石油(中國)有限公司番禺作業(yè)公司，深圳 518067)

該文對番禺油田舊基盤更換中的多種技術(shù)方案進(jìn)行了論證，最終采用原基盤不動，重新設(shè)計(jì)、建造一個新基盤，安裝在原基盤附近的可行性方案。全文闡述了該項(xiàng)目主要解決的關(guān)鍵技術(shù)，對基盤更換工程的技術(shù)結(jié)論進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié),為其他類似項(xiàng)目提供了參考。

基盤；柔性立管；海纜

0 概述

圖1 柔性立管與海纜系統(tǒng)模型圖

番禺油田自2003年投產(chǎn)以來，水下管線存在較為嚴(yán)重的腐蝕。經(jīng)番禺作業(yè)公司進(jìn)行水下檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：水下基盤(PLET)管線壁厚最薄弱處僅有5 mm，隨時(shí)有泄露的可能。為保證油田以后的正常生產(chǎn)，需要對水下基盤實(shí)施更換。進(jìn)行水下基盤更換，除了需要考慮對基盤本身的改造外，還將影響與其相連的跨接管、柔性立管和固定在水下基盤上的PY4-2平臺供電海纜。通過對多種基盤更換方案進(jìn)行論證與分析，最終確定整體保留原基盤，重新設(shè)計(jì)、建造一個新基盤，安裝在原基盤附近。

1 基盤更換主要解決的技術(shù)關(guān)鍵

1.1 PY4-2/5-1柔性立管和海纜的移位及干涉情況

由于基盤位置的調(diào)整，原有2條動態(tài)柔性立管需調(diào)整到新的基盤上。對于PY4-2平臺供電海纜是否需要從原基盤調(diào)整到新基盤上，取決于移位后柔性立管與海纜是否會發(fā)生干涉。依據(jù)NKT提供的模型(如圖1所示)，對立管系統(tǒng)的移位過程及干涉情況進(jìn)行了分析和校核。通過對柔性立管和動態(tài)海纜的水動力學(xué)分析，最終得出：為避免與柔性立管發(fā)生干涉，海纜需要移位至新基盤。并且明確了柔性立管移位后的路由及海纜移位后的動靜過渡點(diǎn)位置。

1.1.1 原有立管系統(tǒng)移位

原有立管系統(tǒng)移位校核過程充分考慮了FPSO以及中水浮筒的水動力響應(yīng)，使用Dean Stream模擬波浪條件(采用最大波高和譜峰周期的組合)，立管動態(tài)分析使用國際上常用的有限元分析軟件Orcaflex Ver9.5d。表1為立管移位分析過程考慮工況條件，表2為連接到新建PLET的立管及電纜的校核準(zhǔn)則。

表1 生存工況環(huán)境條件

對上述列出的幾種工況分析得到的動態(tài)分析結(jié)果以及新建PLET法蘭位置如表3、表4。

表2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

表3 動態(tài)分析結(jié)果

表4 新建法蘭位置

1.1.2 柔性立管與海纜的干涉情況分析

(1) 柔性立管移位到新基盤，海纜仍在老基盤上

由于海纜已運(yùn)行9年，移位存在一定風(fēng)險(xiǎn)，考慮只移位兩根柔性立管，而電纜不移位。海纜不移位的分析工況及分析結(jié)果見表5、表6。

表5 海纜不移位分析工況

分析結(jié)果表明，未移位的海纜會與PY5-1柔性立管發(fā)生明顯的干涉，建議為避免干涉的發(fā)生，海纜需要移位。

(2) 柔性立管及海纜均移位到新基盤

柔性立管和電纜均移到新基盤上，模型依據(jù)NKT提供分析模型。由于立管已經(jīng)運(yùn)行多年，考慮立管在PLET卡子外10 m的彎曲剛度會有變化，需要改變電纜在重力基礎(chǔ)卡子到PLET卡子段長度。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)32.5 m情況生存工況未發(fā)現(xiàn)干涉，分析結(jié)果見表7。1.2 新基盤、新跨接管及原海纜和柔性立管總體布置設(shè)計(jì)總體布置方案是以方案可行性研究階段的方案四為基礎(chǔ)，充分考慮柔性立管及海纜的移位特性、施工難度和施工工作量后確定的，新基盤總體布置方案如圖2所示。

表6 海纜不移位分析結(jié)果

表7 電纜分析結(jié)果

圖2 新基盤總體布置圖

1.3 重力基礎(chǔ)水下基盤詳細(xì)設(shè)計(jì)

(1) 水下基盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新基盤結(jié)構(gòu)包括帶裙板的防沉板、防沖刷結(jié)構(gòu)、主梁結(jié)構(gòu)、海纜托架和吊耳(如圖3所示)。

圖3 水下基盤結(jié)構(gòu)三維圖

水下基盤通過防沉板將荷載均勻的分布在海床上，能達(dá)到沉降量最小。同時(shí)，板上開排水孔，一方面可以利于裙板貫入沙層，另一方面也有利于坐底后，超空隙水壓力的消散，提高承載力。防沉板基礎(chǔ)采用GB700 Q235B的12 mm厚鋼板焊接而成。根據(jù)番禺油田松散的粘滯砂土參數(shù)，依據(jù)API RP 2A規(guī)范對防沉板基礎(chǔ)的承載能力進(jìn)行了計(jì)算。

另外由于該海域內(nèi)的底流較為嚴(yán)重，測試數(shù)據(jù)表明，100年重現(xiàn)期的底流速度能達(dá)到1.49 m/s，為保證防塵板基礎(chǔ)的長期穩(wěn)定性，不因底流沖刷而發(fā)生傾覆，專門在防沉板周邊設(shè)計(jì)了防沖刷土工織物結(jié)構(gòu)，布置兩層GRADE 601土工織物，抗穿透力不低于375 N。

主梁結(jié)構(gòu)采用GB712-2000 D36 的H900×300×16×28和H300×300×10×15的工字鋼構(gòu)成，H900×300的工字鋼主要為基盤工藝管線提供支撐以及作用力的傳遞和吊點(diǎn)的設(shè)置。

海纜托架為番禺4-2油田供電海纜在水下實(shí)現(xiàn)動靜過渡，從FPSO轉(zhuǎn)塔經(jīng)中水浮筒到水下基盤上的海纜托架固定，最后轉(zhuǎn)入靜態(tài)纜。在設(shè)計(jì)上，采用了GB8162 20#鋼的Φ60的管結(jié)構(gòu)，海纜托架底托為Φ273管剖開預(yù)制，海纜在托架上的固定設(shè)計(jì)了四個海纜卡箍，承載設(shè)計(jì)載荷49 kN，其扇形支撐的設(shè)計(jì)主要是為了在管線鋪設(shè)過程中，使其落入既定軌道內(nèi)，可省去潛水員作業(yè)，通過ROV觀察即可完成操作。

吊點(diǎn)設(shè)計(jì)采用Φ618×28的筒體式結(jié)構(gòu)，吊點(diǎn)主板插入到筒體內(nèi)，將吊裝載荷通過筒體分散到各個主梁上，吊點(diǎn)儲備強(qiáng)度盈余。強(qiáng)度校核滿足AISC規(guī)范要求的許用應(yīng)力值。

(2) 水下基盤管線設(shè)計(jì)

為滿足流動要求，避免原油輸送管線上出現(xiàn)冷點(diǎn)，基盤管線采用12/16英寸雙層保溫管，保溫層為25 mm的聚氨酯泡沫，設(shè)計(jì)壓力5MPa，設(shè)計(jì)溫度105℃，內(nèi)管為323.9×12.7的API 5L X65 (PSL2) 無縫管，外管為406.4×12.2的API 5L X65 (PSL2) 高頻焊縫管，管道走向如圖4所示。其中導(dǎo)向支架保證了跨接管膨脹力的吸收，增加管線的柔性，而固定支架的設(shè)計(jì)用于抵抗柔性立管的動載荷，保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

圖4 水下基盤工藝管道系統(tǒng)

(3) 水下基盤防腐設(shè)計(jì)

水下基盤防腐設(shè)計(jì)范圍是對基盤主結(jié)構(gòu)和基盤上管線的防護(hù)，總體方案是采用深水水下防腐涂層和犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)的防腐方案。防腐涂層系統(tǒng)采用兩道浸沒級還氧涂料，每道涂層厚200 μm，總厚度不低于400 μm；陰極保護(hù)電流密度依據(jù)DNV RP B401-2010標(biāo)準(zhǔn)，按基盤所處環(huán)境溫度來選擇，陽極采用鋁-鋅-銦系犧牲陽極。另外，水下基盤結(jié)構(gòu)和基盤工藝管線通過固定支架，保證了相互之間良好的電連接性。

2 結(jié)論

對番禺油田舊基盤更換工程，通過多角度考慮最終采用了舊基盤側(cè)安裝新基盤的可實(shí)施方案。闡述了主要解決的技術(shù)問題和技術(shù)關(guān)鍵，包括：對動態(tài)柔性立管和海纜的移位和干涉分析、總體方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)、新水下基盤(基盤結(jié)構(gòu)、基盤配管、基盤防腐)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和2條 4節(jié)12”×16”雙層保溫跨接管的詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終確保了基盤在海上的高精度安裝。

番禺油田水下基盤更換工程是第一個由國內(nèi)獨(dú)自承擔(dān)的水下技術(shù)項(xiàng)目，具有一定的創(chuàng)新性和技術(shù)突破性。實(shí)施效果好，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著，推廣應(yīng)用前景樂觀。

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[2] GUO Hai-yan, WANG Yuan-bin, Fu Qiang. The effect of internal fluid on the response of vortex-induced vibration of marine riser[J]. China Ocean Engineering. 2004, 18(1):11-20.

[3] 房曉明.文昌油田單點(diǎn)系泊系統(tǒng)海上安裝[J].中國海上油氣(工程).2003,15(1):1-11.

Panyu Pipeline end Termination(PLET)Replacement Project

CHEN Jie-jun, YANG Tian-xiao,CHEN Chi

(CNOOC China Limited Panyu Operating Company，Shenzhen 518067，China)

This paper demonstrated a variety of technical solutions for the replacement of Panyu old pipeline end termination (PLET) . The finally adopted solution was that retained the old PLET, re-designed and constructed a new PLET. Then, installed the new PLET in the vicinity of the old PLET. The key problems in technology and innovation points were elaborated on. The technical conclusions of PLET replacement project were sumarized systematically. The

experience had an important reference value for the similar projects.

PLET；flexible risers；submarine cable

2011-07-15

陳捷俊(1965-)，男，高級工程師。

1001-4500(2014)03-0031-04

P75

A