水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)安裝思路與實踐

晏萊，秦勇，楊海軍

海洋石油工程股份有限公司，天津300461

水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)安裝思路與實踐

晏萊，秦勇，楊海軍

海洋石油工程股份有限公司，天津300461

“海洋石油113”單點系泊系統(tǒng)是目前我國首例自主完成安裝和連接的最大的塔架式水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)。文章從單點系泊上部結(jié)構(gòu)的安裝、軟剛臂的安裝、浮式生產(chǎn)儲/卸油裝置的連接安裝等方面，論述了“海洋石油113”FPSO單點系泊系統(tǒng)的安裝思路和實踐。

單點系泊系統(tǒng)；安裝；連接；浮式生產(chǎn)儲/卸油裝置

0 引言

渤中25-1/南油田位于渤海灣東南部海域，油田現(xiàn)共有6座平臺和一套塔架式水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)。塔架式水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)由SOFEC設(shè)計，主要包括“海洋石油113”浮式生產(chǎn)儲/卸油裝置（FPSO）、四腿單點導(dǎo)管架、單點上部結(jié)構(gòu)、軟剛臂系統(tǒng)（YOKE）及系泊構(gòu)架、旋轉(zhuǎn)滑環(huán)、跨接系統(tǒng)等附屬設(shè)備?！昂Ｑ笫?13”單點系泊系統(tǒng)是目前渤海地區(qū)我國首例自主完成安裝和連接的最大的塔架式水上軟剛臂單點系泊系統(tǒng)。

圖1 單點上部結(jié)構(gòu)示意

1 單點系泊上部結(jié)構(gòu)安裝

單點系泊上部結(jié)構(gòu)（見圖1）的主體尺寸長17.25 m、寬17.25 m、高43.1 m，結(jié)構(gòu)質(zhì)量約1 400 t，在同級別單點系泊系統(tǒng)中是最大、最重的結(jié)構(gòu)，因此對吊裝船舶、吊裝索具和吊裝技術(shù)的要求更加嚴格。

單點上部結(jié)構(gòu)海上吊裝采用4點吊裝，吊點設(shè)計在單點上部結(jié)構(gòu)的頂端，由于其結(jié)構(gòu)較為特殊，吊裝過程中單點吊機走道格柵板易對吊索產(chǎn)生干擾，因此吊機走道要在單點上部結(jié)構(gòu)安裝完成后在海上現(xiàn)場進行安裝。單點上部結(jié)構(gòu)安裝完成后，需解除旋轉(zhuǎn)甲板的臨時固定。

單點上部結(jié)構(gòu)和單點導(dǎo)管架之間增設(shè)了過渡段，過渡段的應(yīng)用在渤海區(qū)域單點系泊系統(tǒng)中尚屬首例。過渡段的設(shè)置雖然能解決尺寸安裝誤差問題，但是對單點系泊系統(tǒng)來說，F(xiàn)PSO是依靠軟剛臂提供的恢復(fù)力來保持系統(tǒng)的平衡，此恢復(fù)力水平分力很大，而過渡段必然會導(dǎo)致單點導(dǎo)管架與單點上部結(jié)構(gòu)連接處的應(yīng)力集中，不利于結(jié)構(gòu)受力，同時過渡段的增設(shè)不僅增加了工程難度，也增大了工程投資，延長了施工工期。

2 軟剛臂安裝

軟剛臂（見圖2）主體尺寸長47 m、寬40 m、高7.18 m，結(jié)構(gòu)質(zhì)量709 t，在軟剛臂安裝時對常規(guī)三點雙鉤安裝技術(shù)進行了改進，采用的是三點單鉤安裝技術(shù)。

圖2 YOKE結(jié)構(gòu)示意

3 浮式生產(chǎn)儲/卸油裝置連接

FPSO連接是單點系泊系統(tǒng)連接中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，與常規(guī)螺栓連接方式不同的是，此次設(shè)計采用快捷銷軸式連接方式，即將軟剛臂壓載艙上的鉸接頭插入到FPSO系泊支架前端的系泊腿中，然后用銷軸進行連接。此連接方式理論上比螺栓連接方式要簡單快捷，但是在海上控制長達288 m的FPSO的同時，將鉸接頭插入直徑400 mm、配合公差1.38 mm的系泊腿中，無疑是見縫插針，施工難度巨大，風(fēng)險極高，為此必須對連接過程進行深入研究、改進和優(yōu)化。

3.1 就位拖輪的掛拖

作業(yè)條件為：浪高≤1.0 m，風(fēng)速≤10 m/s，流速≤1kn，波浪周期≥3.5 s。FPSO拖航至油田現(xiàn)場后，根據(jù)天氣預(yù)報、潮流潮汐表及流玫瑰圖確定具體連接時間點。依據(jù)確定的連接時間點，提前栓掛就位拖輪。

設(shè)計方提供的指導(dǎo)就位方案采用常規(guī)的3艘拖輪方案?？紤]到就位精度、FPSO船位調(diào)節(jié)的靈活度及主甲板纜樁的位置等影響因素，通過對其限位進行計算，優(yōu)化調(diào)整方案為就位拖輪為4艘，即船首左右舷、船艉左右舷各一艘拖輪（見圖3）。

圖3 就位拖輪栓掛方式

就位拖輪掛拖方式的調(diào)整，不僅滿足了FPSO船位調(diào)整的需求，而且保證了就位精度，為成功連接提供了保障。

3.2 提升動滑輪組的下放

設(shè)計方設(shè)計的提升動滑輪組為5柄，10股鋼絲繩順穿，自身質(zhì)量5 t，未考慮到提升動滑輪組不能依靠自身重量下放，因而造成軟剛臂無法提升。

根據(jù)對現(xiàn)場資源配置的研究，確定采用以下方案：在上線就位前，由提升動滑輪組連接輔助引繩，連接至港作拖輪船首絞車，借助絞車的牽引將提升動滑輪組提前下放至施工所需的位置（見圖4）。此方法安全、高效地解決了提升動滑輪組的下放問題，滿足了軟剛臂提升的先決條件，為以后施工提供了很好的借鑒。

3.3 連接用纜繩的連接

根據(jù)就位拖輪的換掛拖方式，提升動滑輪組下放完成后，即采用FPSO艉部頂流上線的方式使該裝置在4艘就位拖輪的控制下緩慢靠近單點，隨著潮流的變化，逐步轉(zhuǎn)向，在距離單點1海里左右的位置，調(diào)整至船首頂風(fēng)頂流上線。當FPSO距離單點100m時，4艘拖輪控制其位置，連接主系泊纜繩（見圖5）。

圖4 提升動滑輪組的下放

圖5 主系泊纜繩的栓掛

以往主系泊纜繩采用回頭三點固定的方式進行連接，但是此次設(shè)計的主系泊纜繩為單股（φ 60 mm ×200m高強迪尼瑪纜繩）兩點連接方式（見圖5），這種方式在FPSO全浮態(tài)上線時，無法控制船首方向，易造成船首偏蕩，存在極大的安全隱患。根據(jù)既定的設(shè)計條件，為了保證施工安全，在船首主系泊絞車出繩正前方增設(shè)門支架，限制船首偏蕩幅度，有效控制了施工風(fēng)險。

4艘就位拖輪繼續(xù)控制FPSO緩慢靠近單點，在距離單點50 m處停下，連接交叉纜，隨后在主系泊纜繩、交叉纜繩及就位拖輪的共同協(xié)助下，F(xiàn)PSO緩慢地靠近單點。當系泊腿到達軟剛臂壓載艙正上方時，停止回收主系泊纜繩，由交叉纜繩控制軟剛臂方位，4艘就位拖輪控制FPSO保位，完成了上線就位工作。

3.4 提升吊帶的穿掛

提升吊帶的穿掛是軟剛臂提升及FPSO就位連接成功與否的關(guān)鍵。從設(shè)計方提供的吊帶穿掛方式（見圖6）和設(shè)計圖紙（見圖7）可以看出，系泊支架提升滑輪的中心線與系泊腿中心線距離為765 mm，軟剛臂提升吊點中心線與下部萬向鉸接頭的中心線距離為1 824 mm，當軟剛臂提升至它與系泊腿連接的高度后，系泊腿和萬向鉸接頭的對接設(shè)計誤差累計約為2 589 mm。

圖6 設(shè)計提升吊帶的穿掛方式

圖7 設(shè)計圖紙對中圖

如此大的設(shè)計誤差僅靠施工進行彌補十分困難，為了解決這一難題，通過多方溝通、討論及交流，且經(jīng)過專家審查后，優(yōu)化了提升吊帶的穿掛方式，見圖8。優(yōu)化后的提升吊帶穿掛方式理論上可以將累計誤差減小至300 mm。此優(yōu)化方案大大降低了施工難度及風(fēng)險，也為FPSO的成功連接提供了條件，更為以后的設(shè)計提供了借鑒。

圖8 優(yōu)化后提升吊帶的穿掛方式

3.5 軟剛臂提升

設(shè)計的提升動滑輪組在軟剛臂提升受力時，提升吊帶會偏向提升動滑輪的死端，造成滑輪組偏斜，從而割傷提升吊帶和提升鋼絲繩，嚴重威脅海上的作業(yè)安全。為了解決此問題，根據(jù)優(yōu)化后的提升吊帶穿掛方式，設(shè)計了防磨間隙環(huán)，見圖9。

圖9 防磨間隙環(huán)

防磨間隙環(huán)的增加，避免了提升吊帶與提升滑輪組的摩擦，還能有效地保持提升吊帶的位置，很好地解決了提升動滑輪組提升過程中的偏斜問題，降低了海上施工風(fēng)險。

提升吊帶穿掛完成后，啟動提升絞車，提升軟剛臂，當軟剛臂鉸接頭距離系泊腿100 mm時，停止提升，調(diào)整鉸接頭和系泊腿的角度，使其對中，然后繼續(xù)提升，直至鉸接頭插入系泊腿中，剎死絞車，并保持軟剛臂的位置。

3.6 銷軸的安裝

3.7 防凍液的灌注

防凍液的灌注是FPSO安裝連接的最后一個環(huán)節(jié)，單點系泊系統(tǒng)是依靠防凍液配重提供的恢復(fù)力保證其系泊要求的。

渤海地區(qū)單點系泊系統(tǒng)常規(guī)使用的防凍液有兩種：氯化鈣水溶液和乙二醇。但是“海洋石油113”單點系泊系統(tǒng)在國內(nèi)首次采用丙二醇作為防凍液，使用量1 230 m3，凝固點為-22℃，相對密度為1.034。施工時，啟動防凍液存儲艙內(nèi)的電潛泵，將其泵入軟剛臂壓載艙內(nèi)。

圖10 常規(guī)安裝示意

圖11 優(yōu)化銷軸安裝示意

4 結(jié)束語

本次施工作業(yè)的順利完成提供了許多寶貴經(jīng)驗，在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出如下建議：

（1）在以后的塔架式水上軟鋼臂單點系泊系統(tǒng)設(shè)計中取消過渡段。過渡段的增加不利于單點系泊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)受力，且增加了施工難度及工程成本。

（2）此類單點系泊系統(tǒng)采用4艘就位拖輪進行限位?？旖蒌N軸式單點系泊系統(tǒng)在就位連接時，由于要求的就位精度高，3艘就位拖輪無法有效地控制FPSO船尾左右動作，采用4艘就位拖輪不僅能夠有效地控制FPSO艏艉前后、左右的動作，而且可大大增加就位操作的靈活性。

（3）提升動滑輪組的設(shè)計增加防磨間隙環(huán)，同時可以考慮增加配重，使其能夠通過自重自由收放。

（4）設(shè)計時一定要保證提升裝置及連接部件的同軸度。優(yōu)化后的提升吊帶穿掛方式雖有效地解決了本次海上施工的難題，但是吊帶不耐磨且存在著滑移的風(fēng)險，使用該方法提升吊帶提升軟剛臂，不僅提高了對提升的同步要求，而且增加了施工難度和風(fēng)險。

Thought and Practice of Overwater Yoke Single Point Mooring System Installation

YanLai，QinYong，Yang Haijun
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin300461，China

HYSY113 FPSO is the maximum overwater tower-yoke single point mooring system installed on self-own in China.This paper discusses the installation thought and practice of the single point mooring system of HYSY113 FPSO with respect to its topside structure installation，tower-yoke installation and connection with FPSO.

sing point mooring system；installation；connection；FPSO

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.005

晏萊（1982-），男，湖北隨州人，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)化工過程機械專業(yè)，主要從事海洋石油工程方面的工作。

2014-10-13