一種深海采油平臺(tái)Spar建造方案的研究實(shí)施

李 艷， 邵晨國

(1.南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 南通 226010； 2.上海外高橋造船設(shè)計(jì)有限公司， 上海 200137)

一種深海采油平臺(tái)Spar建造方案的研究實(shí)施

李 艷1， 邵晨國2

(1.南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 南通 226010； 2.上海外高橋造船設(shè)計(jì)有限公司， 上海 200137)

該文結(jié)合國內(nèi)船廠的設(shè)施及設(shè)備狀況，根據(jù)某一深水采油Spar平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及總體建造技術(shù)，對其結(jié)構(gòu)總體建造方案進(jìn)行了詳細(xì)研究，重點(diǎn)闡述了總體建造方法及技術(shù)要求。實(shí)踐證明，該建造方案行之有效，也為同類深水采油平臺(tái)的制造提供了參考。

深海采油平臺(tái)Spar；浮塔；總體建造方案

0 引言

Spar技術(shù)應(yīng)用于深海開發(fā)已有超過三十年的歷史，在1987年之前，Spar平臺(tái)僅作為輔助系統(tǒng)而不是生產(chǎn)系統(tǒng)來使用，或是用作海洋勘探船只，或是用作海上通訊中轉(zhuǎn)站，有時(shí)還被當(dāng)作海上裝卸和倉儲(chǔ)中心。直到1987年，Edward.E.Horton設(shè)計(jì)了一種專用于深海鉆探和采油工作的Spar平臺(tái)，并以此申請了技術(shù)專利之后，Spar平臺(tái)才開始正式應(yīng)用于海上采油領(lǐng)域。當(dāng)前世界上在役和在建的Spar平臺(tái)可分為三代，按其發(fā)展的時(shí)間順序排列分別是：Classic Spar、Truss Spar和Cell Spar。其中，Cell Spar在結(jié)構(gòu)上是分為若干個(gè)小型的、直徑相同的圓柱形主體分別進(jìn)行建造，然后以一個(gè)圓柱形主體為中心，其他圓柱形主體環(huán)繞著該中央主體并捆綁其上，構(gòu)成了一個(gè)封閉式主體，在主體下部，仍然采用構(gòu)架結(jié)構(gòu)，以減少鋼材耗用量。

該文以某一深海采油平臺(tái)Spar為例，針對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建造技術(shù)要求，闡述了其總體建造方案，主要包括上建總體建造和浮塔總體建造。

1 深海采油平臺(tái)的結(jié)構(gòu)分段

深海采油平臺(tái)本體結(jié)構(gòu)分為平臺(tái)上體(即上層建筑，以下簡稱上建)和平臺(tái)主體(即浮塔)兩個(gè)部分。

1.1 上建分段

該上建是一個(gè)帶有四個(gè)支柱的三層結(jié)構(gòu)，從上往下分別為鉆井甲板(上層甲板)、生產(chǎn)甲板(中層甲板) 和底甲(下層甲板)。支柱的間距在東西方向是13.716 m，南北方向是15.540 m。 整個(gè)上建的主結(jié)構(gòu)重量約為830 t，整體尺寸約為35.7 m(東西方向)×42.9 m(南北方向)×16.3 m(自身高度)。

1.2 浮塔分段

該浮塔由4根直徑8.4 m、高60.1 m的筒體組成，浮塔下端設(shè)有1根直徑8.4 m、高9 m的吸罐。每根筒體內(nèi)部從下往上共分為4個(gè)艙室，下面兩個(gè)為壓載艙，上面兩個(gè)為空艙。浮塔內(nèi)外側(cè)設(shè)有鋅塊、立管、流體管、登船平臺(tái)等舾裝件,浮塔內(nèi)部也設(shè)有梯子平臺(tái)等舾裝件。

每個(gè)浮筒分為3個(gè)分段，每個(gè)分段長度約20 m，平均重量約150 t，外加吸罐，總共為13個(gè)分段,另外，還有局部連接構(gòu)件需要在合攏階段安裝。

2 平臺(tái)建造方案

2.1 上建建造過程

圖1 底層甲板分段模型

上部模塊的建造工作在船廠場地上完成，根據(jù)海上合攏方案，上部模塊將與滑移桁架作為一個(gè)整體滑移裝船。在底層甲板吊到總裝區(qū)域之前，該桁架必須已經(jīng)安裝在總裝區(qū)域，并且具備使用條件。

圖2 總裝模型

上建各分段的制作均采用正造方法,以底層甲板分段為例，其分段建造流程為： 擱墩布置—安裝H型鋼—安裝環(huán)板—焊接—安裝筋板—焊接—安裝甲板板—?jiǎng)澗€安裝立柱、斜撐管節(jié)—焊接—安裝吊點(diǎn)板以及加強(qiáng)件—安裝部分舾裝件—噴砂并涂裝底漆、中間漆—安裝管系、電儀、鐵舾裝—準(zhǔn)備吊裝。其他甲板分段制作過程與底層甲板分段制作過程相似，但在劃線安裝立柱時(shí)，應(yīng)確保各分段立柱位置相同，且應(yīng)檢查立柱垂直度,圖1為底層甲板分段模型。

分段制作完成后，進(jìn)行滑移桁架的制作。該滑移桁架的工作量大，有約550 t鋼結(jié)構(gòu)，桁架的總體加工方法為：分成左右兩片，然后每片又在變截面的PG梁處分成前后兩段，中間連接桁架分成3片以及一些散件。安裝流程為:劃地線—安裝左片—安裝中間連接框架—安裝右片。

圖3 浮塔方位角

總裝流程為：安裝底層甲板的臨時(shí)擱墩—將底層甲板分段吊到總裝區(qū)域—安裝底層甲板板—安裝底層甲板的設(shè)備以及剩余的管系、電纜、梯道、欄桿等舾裝件—將生產(chǎn)甲板分段吊到總裝區(qū)域—安裝底層甲板與生產(chǎn)甲板之間的梯道—安裝生產(chǎn)甲板的設(shè)備以及剩余的管系、電纜、梯道、欄桿等舾裝件—安裝鉆井甲板—安裝鉆井甲板與生產(chǎn)甲板之間的梯道—安裝鉆井甲板的設(shè)備以及其余未裝結(jié)構(gòu)件—測量上部模塊4根立柱中心線下端的距離以及對角線數(shù)據(jù)—安裝海上總裝使用的各種限位塊—整個(gè)上部模塊噴砂油漆—火炬臂安裝試驗(yàn)—上部模塊整體檢查合格后，進(jìn)入稱重滑移階段，圖2為總裝模型示意圖。

圖4 分段TUB22安裝方位

2.2 浮塔建造過程

浮塔的13個(gè)分段結(jié)構(gòu)制作是由分包商完成的，工作內(nèi)容包括分段主結(jié)構(gòu)的制作，臨時(shí)支撐的安裝、涂裝，吊點(diǎn)及加強(qiáng)的安裝，內(nèi)部鋅塊及爬梯、平臺(tái)的安裝，局部艙室的密性實(shí)驗(yàn)，方位角標(biāo)記的制作，檢查合格后發(fā)運(yùn)到船廠碼頭，由船廠來完成接下來的總裝工作。

浮塔的總裝場地位于滑道上，使用250 t門機(jī)?？傃b時(shí)，吸罐向西，整個(gè)浮塔以TUB2、TUB3為基準(zhǔn)，平躺在總裝場地上。

總裝流程為：在滑道的總裝區(qū)域劃地線(劃出每個(gè)浮筒的中心線以及每個(gè)分段的定位線)—安裝總裝胎架—浮筒的旁彎用鉛錘掛在方位角上標(biāo)記(如圖3所示)—安裝浮筒TUB2、TUB3—各種附件的裝配焊接(如連接板、管系)—安裝浮筒TUB1—安裝浮筒TUB4—安裝吸罐—安裝浮塔與上部模塊之間的連接結(jié)構(gòu)—管系的完整—安裝立管支架—安裝登船平臺(tái)—壓力試驗(yàn)—涂裝。

浮筒TUB2、TUB3可以同時(shí)安裝，且安裝過程相似。以浮筒TUB2為例說明浮筒的安裝過程：分段TUB22吊到總裝胎架上(浮筒的縱向焊縫位置是固定的，不能隨意調(diào)整，浮筒安裝時(shí)的方位角度需要控制住(如圖4所示)—將TUB22與TUB23之間的坡口加工到位—?jiǎng)澗€安裝筒體2與筒體1以及筒體2與筒體3之間的空隙連接板—?jiǎng)澇龉芟蛋惭b的定位線—安裝TUB22分段外的剩余鋅塊、爬梯等鐵舾裝件—安裝分段TUB21各種內(nèi)外部附件—焊接TUB22與TUB21之間的焊縫—安裝并焊接TUB21的空隙連接板—安裝并焊接TUB21的管系等—吊裝TUB23分段—安裝分段接口位置處流體管系以及剩余的浮筒2的各種附件—焊接TUB22與TUB23之間的焊縫。

3 平臺(tái)建造技術(shù)要求

3.1 上建建造技術(shù)要求

上建建造過程中技術(shù)要求包括：不同管材制作要求、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的要求、節(jié)點(diǎn)外加強(qiáng)件、開口尺寸、甲板板材、扶手欄桿、樓梯踏步等位置誤差以及工藝要求[4，5]。

(1) 臨時(shí)焊接應(yīng)當(dāng)用最小預(yù)熱溫度和按永久性焊接固定方法的焊接程序來焊接。所有臨時(shí)焊件應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離永久性焊接點(diǎn)一定距離，從焊趾到焊趾的距離為50 mm。所有臨時(shí)焊件應(yīng)在構(gòu)件表面上方至少5.0 mm處用火焰切割或碳弧氣暴切割，其它余量打磨成和母材一樣平。當(dāng)碰到主要構(gòu)件時(shí)，此位置應(yīng)用磁粉檢驗(yàn)以避免缺陷。

(2) 對接、拼接在結(jié)構(gòu)上安裝時(shí)，分支構(gòu)件焊縫距拼接的焊縫應(yīng)當(dāng)留有一個(gè)75 mm的最小間隔距離。

(3) 除非制造圖上另有規(guī)定，再則在懸臂梁上距支撐點(diǎn)1/2懸臂梁長度以內(nèi)不允許有任何拼接。對用于任何跨距的支撐點(diǎn)梁，跨距的1/4處不能有拼接，最靠近支點(diǎn)跨距的1/8處也不能有拼接，靠近任何支撐點(diǎn)邊緣1 200 mm以內(nèi)不能有拼接，3 000 mm間距的梁內(nèi)不允許多于兩個(gè)拼接。拼接的最小長應(yīng)當(dāng)是1 000 mm或者截面深度二倍，選用較大者。

(4) 結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊縫：先焊接主結(jié)構(gòu)后焊接次要結(jié)構(gòu)，先焊接大截面結(jié)構(gòu)后焊接小截面結(jié)構(gòu)，先焊接翼板與翼板的焊縫，再焊接腹板與翼緣的焊縫，最后焊接腹板與腹板的焊縫，雙數(shù)焊工由中間向四周對稱施焊。

(5) 梁與甲板角焊縫：先焊接大梁與甲板的角焊縫，再焊接小梁與甲板的角焊縫。

3.2 浮塔建造技術(shù)要求

浮塔建造過程中技術(shù)要求主要包括精度要求和工藝要求。

(1) 精度要求

精度要求包括對外板的要求，內(nèi)構(gòu)件的要求，構(gòu)件安裝的要求，上部模塊連接構(gòu)件的要求及總體偏差要求等。外板要求有：外板對接時(shí)板材錯(cuò)邊量，相鄰管段的縱縫錯(cuò)開角度。內(nèi)構(gòu)件要求有：甲板板平整度，內(nèi)構(gòu)件的直線度， T型鋼的端部傾斜度。構(gòu)件安裝要求有：所有構(gòu)件(除開上部模塊的連接構(gòu)件)安裝位置偏差最大為±12 mm。上部模塊連接構(gòu)件要求有：縱向焊縫對接邊的徑向偏差，相鄰管段的縱縫的角度?？傮w偏差要求有：浮筒中心偏差≤10 mm，浮筒中心對角線偏差≤13 mm，浮塔高度偏差≤±25 mm，浮塔垂直度偏差≤±25 mm。上部模塊連接構(gòu)件的位置偏差如圖5所示。

圖5 上部模塊連接構(gòu)件的位置偏差

(2) 工藝要求

該浮塔材料采用ABS級(jí)鋼材，結(jié)構(gòu)焊接能夠采用的焊接方法為：手工電弧焊、埋弧焊、CO2氣保焊藥芯焊絲，焊接參照AWS和WPS的要求。對于兩種不同材質(zhì)的焊接接頭，焊材采用“就高不就低” 的原則，預(yù)熱可以采用烘槍，不得采用手工割刀，預(yù)熱溫度采用專用工具測量。

4 結(jié)語

深水采油平臺(tái)建造技術(shù)幾乎涵蓋了船舶建造行業(yè)的前沿技術(shù)。該文對一種深水采油平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)建造方案進(jìn)行了研究總結(jié)，并運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐，為了保證平臺(tái)建造的質(zhì)量和安全，采用良好的加工、裝配、焊接等工藝技術(shù)、并采用合理的建造工序，將平臺(tái)本體結(jié)構(gòu)劃分成若干分段，使結(jié)構(gòu)更加合理，并具有良好的結(jié)構(gòu)連接。實(shí)踐證明，該建造方案切實(shí)可行。

[1] 張智，董艷秋，芮光六.一種新型的深海采油平臺(tái)Spar[J]. 中國海洋平臺(tái),2004，19(6)：29-35.

[2] 張帆，楊建民，李潤培. Spar平臺(tái)的發(fā)展趨勢及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國海洋平臺(tái),2005，20(2)：6-11.

[3] 黃冬云，李新仲，王世圣，等.Spar平臺(tái)上部設(shè)施和設(shè)備總體布置[J]. 中國造船,2012，65(A01)：60-67.

[4] 關(guān)國偉.海洋鉆井平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)建造工藝問題探究[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013，14(2)：137.

[5] 石紅珊，柳存根.Spar平臺(tái)及其總體設(shè)計(jì)中的考慮[J].中國海洋平臺(tái),2007，22(2)：1-4.

Principle Fabrication Plan for Offshore Production Platform-Spar

LI Yan1， SHAO Chen-guo2

(1.Dept. of Ship & Ocean Engineering, Jiangsu Nantong 226010, China；2.ShangHai WaiGaoQiao Shipbuilding Co.,Ltd, Shanghai 200137, China)

Combined with the establishments and equipments in the national shipyard, the construction characteristics and key fabrication technologies for the offshore production platform-spar, principle fabrication plan for offshore production platform is discussed in the paper. The conclusions obtained have been used as references for construction.

offshore production platform-spar; flotation column; gerenal fabrication plan

2014-03-10

李 艷(1981-)，女，講師。

1001-4500(2015)02-0032-04

P75

A