海上浮托安裝平臺的布置設(shè)計(jì)

井衛(wèi)東，胡曉明，郭偉寧，胡冠濤.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 30045.海洋石油工程股份有限公司，天津 30045

海上浮托安裝平臺的布置設(shè)計(jì)

井衛(wèi)東1，胡曉明2，郭偉寧2，胡冠濤1
1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452
2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

結(jié)合渤中BZ34-2/4海上油田的浮托安裝中心平臺，介紹了浮托安裝平臺的安裝特點(diǎn)及過程，對海上浮托安裝中心平臺的總體布置設(shè)計(jì)包括的位置與方位、軸線尺寸、底層甲板高度、井口布置、甲板布置等方面分別進(jìn)行了論述。其中對軸線尺寸、底層甲板高度計(jì)算方法進(jìn)行了說明，對平臺的位置與方位、井口布置、甲板布置中應(yīng)注意的問題逐一進(jìn)行分析，并對平臺總體布置設(shè)計(jì)中可能影響浮托安裝的因素進(jìn)行了詳細(xì)的解釋。為海上浮托安裝平臺的總體布置設(shè)計(jì)提供參考。

海上浮托安裝；總體布置設(shè)計(jì)；軸線尺寸；底層甲板高度

自1992年以來，全球范圍內(nèi)已有幾十個(gè)大型海上平臺采用浮托安裝法安裝，平臺浮托的質(zhì)量從初期的幾百噸到現(xiàn)在的幾萬噸。中海油于2005年在南堡35-2油田首次實(shí)施了浮托法安裝，此后又自主設(shè)計(jì)了渤中34-1油田中心處理平臺組塊的浮托安裝［1-2］，近幾年采用浮托安裝的平臺有：渤海海域的旅大、錦州、金縣、墾利、秦皇島等5個(gè)油田的8座平臺，南海海域的LW3-1氣田、恩平一期油田和LF7-2油田的3座平臺，其中LW3-1氣田淺水平臺浮托安裝質(zhì)量達(dá)3.2萬t。

本文結(jié)合最近完成浮托安裝的渤中BZ34-2/4海上油田的中心平臺（下文簡稱CEPA平臺）來對海上浮托安裝平臺的布置設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。

1CEPA平臺簡介

CEPA平臺為8腿12樁雙井口中心平臺，是渤海油田浮托質(zhì)量最大的海上石油中心平臺，也是目前僅次于LW3-1組塊的國內(nèi)第二大組塊。該平臺有四層甲板，平臺的平面軸線及尺寸如圖1所示，分別為：南北方向軸距40 m，東西方向（平臺浮托安裝進(jìn)船方向）①-②軸距14 m；②-③軸距為16 m，③-④軸距14 m。浮托安裝質(zhì)量1.4萬t，浮托駁船為HYSY228，船型深12.75 m，船寬36 m。

圖1　CEPA平臺導(dǎo)管架及大梁走道示意

平臺所在海區(qū)100年重現(xiàn)期高水位3.34 m，最高天文潮1.75 m，浪高9.3 m，平均海平面高度1 m，常風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)和東北風(fēng)，常流向?yàn)闁|南東和西北西。

2　浮托安裝

浮托安裝是利用駁船將整體建造好的組塊在海上實(shí)施干拖，并與預(yù)先安裝于海上的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)實(shí)施對接，然后采用注壓載水結(jié)合潮汐變化或機(jī)械提升方法將整體組塊放置于導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)之上完成安裝［3］。

浮托安裝可分為單船和雙船浮托，由于雙船浮托對海域環(huán)境和船舶、人員的操作要求極高，在海上安裝工程中很少應(yīng)用，本文提到的浮托只是單船浮托。

2.1安裝過程

（1）利用駁船將待安裝的平臺運(yùn)送至導(dǎo)管架上部，確保平臺的軸線與導(dǎo)管架軸線對齊。

（2）利用海水退潮水位下降和駁船壓載的增加，使平臺高度降低直至與導(dǎo)管架上部LMU（Leg Mating Unit，是指被浮托安裝的平臺與導(dǎo)管架連接的結(jié)構(gòu)單元）相連接。LMU一般安裝于導(dǎo)管架柱頂部，在平臺安裝到導(dǎo)管架過程中起到荷載轉(zhuǎn)移和臨時(shí)固定作用，見圖2。

圖2　CEPA平臺浮托安裝退船位置示意

（3）平臺在導(dǎo)管架上安裝完成后，駁船繼續(xù)通過增加壓載吃水，利用潮汐等措施進(jìn)一步降低駁船在平臺安裝區(qū)域海面的高度，使駁船和DSU（Deck Support Unit，駁船支撐平臺的結(jié)構(gòu)單元，在運(yùn)輸和安裝過程中起固定和支撐平臺的作用）與已安裝的平臺分離，駁船和DSU退出平臺的導(dǎo)管架區(qū)域。

2.2注意事項(xiàng)

安裝過程中應(yīng)避免駁船、平臺、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)、LMU、井口設(shè)施之間的干涉，應(yīng)留有一定的安全和操作間隙；駁船和DSU在駁船下降及退出已安裝的平臺區(qū)域時(shí)與已安裝平臺、導(dǎo)管架、井口設(shè)施不產(chǎn)生干涉，留有一定的安全間隙。

3　平臺布置設(shè)計(jì)

由于浮托安裝方式的特殊性，浮托安裝平臺其總體布置設(shè)計(jì)主要包括以下方面。

3.1位置與方位

（1）平臺位置。平臺位置應(yīng)盡量避免和減少駁船的拋錨、帶纜、船舶運(yùn)動對平臺周邊新建（或已建）海上結(jié)構(gòu)物（如導(dǎo)管架、平臺、海底管道、海底電纜）等的影響。

（2）平臺方位。在考慮平臺常規(guī)生產(chǎn)設(shè)施布置、生活樓、火炬、鉆修井、供應(yīng)船停靠的基礎(chǔ)上，平臺的方位設(shè)置應(yīng)盡可能使駁船進(jìn)出平臺的方向與該海域的海流流向基本平行。

3.2軸線尺寸

式中：w為進(jìn)出導(dǎo)管架區(qū)域駁船的最大寬度，m；D為駁船進(jìn)出位置的導(dǎo)管架直徑，m；C為安裝間隙，m，其中C包括駁船進(jìn)出導(dǎo)管架移動間隙和護(hù)舷結(jié)構(gòu)凸出船體的尺寸（移動間隙一般≥0.1 m，護(hù)舷結(jié)構(gòu)凸出船體的尺寸一般為0.5 m）。

對于平臺布置，駁船的選擇至關(guān)重要，若駁船的寬度（w）尺寸太大會加大平臺的平面尺寸，同時(shí)增加結(jié)構(gòu)梁尺寸，從而增加平臺設(shè)計(jì)建造成本。

對于垂直于駁船進(jìn)出方向的平臺軸線尺寸（即圖1的①-④軸），應(yīng)在確定的W基礎(chǔ)上同時(shí)考慮平臺規(guī)模、設(shè)備尺寸、井口布置、鉆井船?？糠绞?、鉆修井方式等綜合因素，充分利用駁船的結(jié)構(gòu)特性，使平臺的軸線位置盡可能與駁船的強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置重合或接近。3.3底層甲板高度

CEPA平臺底層甲板最低高度（EL底）依據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)和平臺安裝需要高度計(jì)算分別為EL.+12.8 m、EL.+15.3 m，實(shí)際底層甲板高度為EL.+15.5 m。

3.4井口布置

平臺上底層甲板（本文中的底層甲板是指平臺浮托支撐架（DSU）以上的甲板，并作為平臺的最底層甲板）的高度，依據(jù)工程項(xiàng)目中確定的平臺區(qū)域的環(huán)境參數(shù)（風(fēng)、浪、流）設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和底層甲板的結(jié)構(gòu)梁高度初步確定，同時(shí)考慮駁船進(jìn)出的吃水安裝支架高度。依據(jù)浮托安裝計(jì)算的底層甲板最低高度（EL底）具體公式如下：

式中：D為船體型深，m；h為船體安裝后退出前的吃水，m；MSL為平均海平面高度，m；h2、h3為平臺安裝支架高度，m；c1為退船余量，m；h4為底層甲板結(jié)構(gòu)主梁高，m。

井口布置包括井口位置、采油樹安裝高度、井口甲板的布置。

平臺鉆完井作業(yè)時(shí)間與平臺浮托安裝時(shí)間的先后順序是確定井口位置、采油樹安裝高度、井口操作甲板以及井口區(qū)上方與平臺一體安裝的甲板的關(guān)鍵因素。

（1）對于先進(jìn)行鉆完井作業(yè)的平臺，井口位置應(yīng)布置在平行于駁船進(jìn)出方向的平臺軸線外側(cè)，其目的是為減少平臺安裝時(shí)對井口區(qū)設(shè)備的潛在風(fēng)險(xiǎn)。布置設(shè)計(jì)中為減少平臺浮托安裝時(shí)跨越井口區(qū)的距離，井口區(qū)位置布置在平臺安裝時(shí)的平臺端部或尾部。采油樹安裝高度在考慮操作、鉆井和完井作業(yè)的基礎(chǔ)上，應(yīng)使采油樹頂部高度低于采油樹上部與平臺安裝時(shí)一體安裝甲板結(jié)構(gòu)的最低點(diǎn)，并考慮一定的安裝間隙，安裝間隙應(yīng)大于平臺安裝時(shí)船舶允許的升降高度，一般取0.8～1.5 m。

（2）對于原先進(jìn)行海上浮托安裝的平臺，井口位置/采油樹安裝高度及操作甲板布置的考慮要素基本與常規(guī)海上吊裝平臺相同，但目前帶有井口的浮托安裝平臺中，考慮到甲板面積、鉆井船選型等因素，基本上平臺的井口布置都遵循平行于駁船進(jìn)出方向的平臺軸線外側(cè)，也是目前國內(nèi)設(shè)計(jì)中比較成熟的做法，井口布置位置見圖3、圖4。

圖3　CEPA平臺浮托安裝進(jìn)船和井口位置示意

圖4　井口位置示意

CEPA平臺在海上安裝前進(jìn)行部分井口的鉆完井作業(yè)，平臺井口位置布置在平臺東面的導(dǎo)管架外兩側(cè)、平臺安裝時(shí)的平臺前進(jìn)端部。

3.5甲板布置

由于海上浮托安裝的特殊性，在平臺總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮浮托安裝對平臺布置的影響，其影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：平臺浮托安裝區(qū)域的避讓和平臺荷載控制。

3.5.1平臺浮托安裝區(qū)域的避讓

（1）甲板。為避免平臺甲板在平臺浮托時(shí)進(jìn)船、對接、退船過程中與DSU、導(dǎo)管架、安裝船的結(jié)構(gòu)物發(fā)生干涉，平臺甲板的結(jié)構(gòu)最低點(diǎn)設(shè)計(jì)高度應(yīng)高于DSU的支點(diǎn)高度；如不可避免，則需根據(jù)甲板布置設(shè)備的功能需求將甲板布置于浮托限制區(qū)之外并留有足夠的安全間隙。

（2）立管、海纜J型管和排海管道。為避免平臺在海上浮托安裝時(shí)安裝船及平臺結(jié)構(gòu)物對立管、海纜J型管和排海管道的破壞，若安裝間隙、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)空間允許，立管、海纜J型管可布置在導(dǎo)管架內(nèi)側(cè)時(shí)，立管、海纜J型管和排海管道應(yīng)布置在靠近導(dǎo)管架柱子軸線處，且外邊緣不超出靠近浮托區(qū)域?qū)Ч芗苤拥倪吘?，使之在?dǎo)管架立柱的保護(hù)下；若安裝間隙、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)空間不允許，立管、海纜J型管和排海管道應(yīng)布置在導(dǎo)管架外側(cè)，且根據(jù)需求進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)；若立管、海纜J型管必須布置在導(dǎo)管架內(nèi)側(cè)時(shí)，應(yīng)考慮浮托安裝完后進(jìn)行海上安裝，一般不推薦立管、海纜J型管在平臺海上安裝后再安裝的方式，這樣需要花費(fèi)更多的費(fèi)用和時(shí)間［4］。

（3）海水泵和消防泵泵護(hù)管。海水泵和消防泵的泵護(hù)管一般布置于導(dǎo)管架內(nèi)側(cè)，在不影響浮托安裝避讓區(qū)時(shí)隨導(dǎo)管架一同建造安裝，反之則需要在浮托安裝完成后進(jìn)行海上安裝。

（4）避讓區(qū)。浮托避讓區(qū)域是指被浮托安裝的平臺與導(dǎo)管架之間的無障空間，平臺在設(shè)計(jì)時(shí)通過設(shè)置浮托限制區(qū)的方式，避免平臺安裝就位前有任何與浮托安裝無關(guān)的固定障礙物布置于浮托限制區(qū)內(nèi)，浮托限制區(qū)貫穿整個(gè)浮托區(qū)域，典型的浮托限制區(qū)見圖5。

圖5　　典型的浮托限制區(qū)域示意

最終CEPA平臺立管、海纜J型管布置在導(dǎo)管架外側(cè)并隨導(dǎo)管架一同建造安裝，海水泵和消防泵泵護(hù)管布置在導(dǎo)管架內(nèi)側(cè)，并在浮托安裝后進(jìn)行海上安裝。

3.5.2平臺荷載控制

平臺總體布置時(shí)需對平臺重心和重量布置給予重點(diǎn)關(guān)注，平臺較大的偏心、重量布置不均衡會引起DSU局部支反力過大，造成駁船局部強(qiáng)度超限或增加平臺在海上運(yùn)輸和安裝過程的不穩(wěn)性，尤其是與駁船軸線方向呈水平和垂直方向的平臺偏心。平臺總體布置應(yīng)充分考慮DSU的位置，并使各DSU的支反力保持均布狀態(tài)，同時(shí)平臺的重心應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。

需要浮托安裝的平臺如包含火炬臂，則在火炬臂的布置設(shè)計(jì)時(shí)使其平行于裝船方向且居中布置，以降低浮托過程中運(yùn)動慣性力的影響。

經(jīng)過合理的總體布置，CEPA平臺的浮托重心坐標(biāo)距離平臺中心為（-2.69 m，1.39 m），高度為標(biāo)高24.81 m，均在浮托安裝要求允許的范圍內(nèi)。

4　結(jié)束語

平臺的海上浮托安裝，特別是大型平臺的浮托安裝，避免了因傳統(tǒng)吊裝浮吊的限制導(dǎo)致的分塊吊裝，使得平臺的上部組塊實(shí)現(xiàn)一體化安裝，減少了大型浮吊的使用天數(shù)，縮短了海上安裝工期，降低了工程項(xiàng)目成本。

平臺總體布置設(shè)計(jì)直接影響著平臺拖拉裝船及海上安裝時(shí)的難易程度，平臺浮托安裝區(qū)域的避讓設(shè)計(jì)以及對平臺整體的重量控制需要多專業(yè)共同配合。同時(shí)需要根據(jù)船舶資源、項(xiàng)目工期、設(shè)備選型及設(shè)計(jì)方案等綜合考慮，給出合理的平臺總體布置方案，從根本上保障平臺海上浮托安裝的順利實(shí)施。

［1］范模，李達(dá)，馬巍巍，等.南海超大型組塊浮托安裝總體設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國海上油氣，2011，23（4）：267-270，274.

［2］范模，李達(dá)，馬巍巍，等.南海超大型組塊浮托安裝的關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國造船，2011，52（S1）：132-139.

［3］范模，易叢，白雪平，等.大型組塊浮托安裝關(guān)鍵技術(shù)研究及在我國的應(yīng)用進(jìn)展［J］.中國海上油氣，2013，25（6）：98-100.

［4］《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會.海洋石油工程設(shè)計(jì)概論與工藝設(shè)計(jì)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2007.

L ayout Design ofFloat-over Installed Offshore Platform

JING Weidong1，HU Xiaoming2，GUO Weining2，HU Guantao1
1.CNOOC China Limited Tianjin Branch Company，Tianjin 300452，China
2.Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300451，China

Taking the float-over installed platform CEPA in BZ34-2/4 Oilfield as an example，this article describes the process and features of platform float-over installation.In addition，the article expounds the general layout design of the float-over installed centre platform，such as location and orientation，axis dimension，lower deck elevation，wellhead layout，deck layout.Especially it explains the calculation methods of axis dimension and lower deck elevation，analyses the matters should be paid attention to，including location and orientation，wellhead layout and deck layout，and gives a detailed explanation of the factors in generallayout design which may finally affect the installation.

offshore float-over installation；generallayout design；axis dimension；lower deck elevation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.009

井衛(wèi)東（1970-），男，山東萊州人，高級工程師，1993年畢業(yè)于天津理工大學(xué)儀表自動化專業(yè)，現(xiàn)主要從事海上工程的建設(shè)和工程管理工作。Email：jingwd@cnooc.com.cn

2015-04-10；

2015-09-10