深水TLP浮式平臺的張力腿海上安裝方法研究

魏佳廣，李懷亮，黃山田，王浩宇，杜永軍

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

深水TLP浮式平臺的張力腿海上安裝方法研究

魏佳廣，李懷亮，黃山田，王浩宇，杜永軍

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

TLP浮式平臺是國際上深水油氣田開發(fā)應用最多的生產(chǎn)平臺之一。其關(guān)鍵設(shè)備張力腿的海上安裝是TLP平臺施工的重要環(huán)節(jié)。以流花16-2 TLP平臺為例，研究了張力腿海上安裝方法及施工工序，進行了張力腿海上安裝的運動過程數(shù)值分析，總結(jié)歸納不同海況條件對張力腿安裝過程的影響，提出張力腿支撐臨時浮筒的綁扎是保證張力腿自由站立工況安全的基本條件，為工程實踐提供理論支撐及技術(shù)指導，對TLP平臺的真正實施有很大的推動意義。

TLP平臺；張力腿；海上安裝；綁扎；運動分析

為打破國際壟斷，突破關(guān)鍵技術(shù)，掌握張力腿平臺（TLP）相關(guān)海上安裝方案是推動我國南海油氣田開發(fā)的關(guān)鍵。本文以流花16-2 TLP浮式平臺項目前段工程設(shè)計為例，針對TLP浮式平臺張力腿海上安裝方法進行研究，為工程實踐提供理論研究及技術(shù)支撐。關(guān)于該TLP浮式平臺的基本情況參見王浩宇等“張力腿平臺海上安裝技術(shù)研究”[1]，本文著重研究該平臺張力腿的海上安裝方法，為工程實踐提供理論研究及技術(shù)支撐。

1 張力腿系統(tǒng)組成

張力腿是TLP浮式平臺的關(guān)鍵設(shè)備之一，起著系泊TLP浮式平臺和控制平臺升沉、橫搖、縱搖周期等作用。TLP浮式平臺通過浮體浮力使張力腿始終處于拉伸狀態(tài)，通過張緊拉力將TLP浮式平臺限制在設(shè)計允許的運動誤差和吃水范圍內(nèi)，實現(xiàn)平臺在設(shè)計環(huán)境條件下的生產(chǎn)功能需求。張力腿系泊系統(tǒng)需提供足夠的剛度，以保證平臺的升沉、橫搖和縱搖頻率遠離波浪能量集中的頻率范圍，從而避免諧振響應。張力腿通常設(shè)計成中空結(jié)構(gòu)，以減少上部平臺荷載，且方便海上安裝施工。

張力腿由頂部段、主體段、底部段及各分段連接器組成[2]，張力腿系統(tǒng)組成示意見圖1。

圖1 張力腿系統(tǒng)組成示意

流花TLP浮式平臺的張力腿參數(shù)見表1。

表1 流花TL P平臺張力腿基本參數(shù)

2 張力腿海上安裝

2.1 施工準備

海上施工準備是海洋平臺安裝的首要步驟，充分的準備工作在很大程度上決定了海上安裝作業(yè)的效率和工期。

一般來說，張力腿海上施工準備工作除了常規(guī)的施工機具、材料、資源及主船錨泊及駁船的靠泊準備外，還包括關(guān)鍵的張力腿專用機具準備，這與以往淺水導管架安裝截然不同。張力腿海上施工專用機具主要包括：張力腿起吊器、張力腿底部連接器（見圖2）、張力腿分段組對連接器、張力腿輔助夾緊機構(gòu)、張力腿對接塔、張力腿支撐臨時浮筒（見圖3）安裝平臺、張力腿支撐臨時浮筒綁扎工具等[3]。

圖2 張力腿底部連接器示意

圖3 張力腿支撐臨時浮筒

2.2 張力腿安裝就位

張力腿海上安裝是深水TLP浮式平臺海上安裝的重要環(huán)節(jié)，甚至是影響TLP浮式平臺海上就位的關(guān)鍵步驟。張力腿分段組對接長是張力腿安裝成功的前提，也是項目的技術(shù)難點。

流花TLP浮式平臺張力腿安裝的總體思路：張力腿系統(tǒng)一般通過在主作業(yè)船的對接塔架上進行逐段/節(jié)連接，每連接好一段/節(jié)，吊車就降低其上部至塔架張力腿輔助夾緊機構(gòu)處，并懸掛于安裝臺上，再進行下一段/節(jié)的組裝。待頂部段連接完成后，進行張力腿和其支撐臨時浮筒的連接安裝[2]。具體方法如下：

（1）船舶就位、張力腿底部段預掛。首先，主作業(yè)船舶在流花油田區(qū)錨泊就位，并將張力腿安裝位置放于船舷側(cè)；其次，張力腿組對平臺、浮筒安裝平臺、滾筒絞車等輔助操作設(shè)備在甲板上完成預布置；最后，張力腿運輸駁船（張力腿布置示意如圖4所示）靠泊主作業(yè)船，起吊（見圖5）、扶正張力腿底部段，并將其移動至張力腿對接塔設(shè)計位置，采用張力腿輔助夾緊機構(gòu)懸掛。

圖4 張力腿在運輸駁船的布置示意

圖5 張力腿起吊

（2）張力腿主體段對接。固定張力腿底部段在對接塔上；起吊主體段首節(jié)（流花16-2TLP浮式平臺張力腿主體段分為4節(jié)），并使用張力腿組對連接器使其與張力腿底部段連接；起吊張力腿主體段首節(jié)和底部段組合體，重新移動并夾緊在對接塔上，依次與張力腿剩余主體段的分節(jié)和頂部段相對接，直至所有張力腿分段對接完成，形成一根整體張力束。

（3）在對接塔上完成張力束的組對。

（4）張力腿支撐臨時浮筒安裝（如圖6所示）。為了避免張力腿產(chǎn)生軸向壓力和抵抗TLP浮式平臺連接前的環(huán)境載荷，需要在張力腿的頂部段安裝一個足夠大的支撐臨時浮筒，確保張力腿不會受損。將臨時支撐浮筒提前預布置在浮筒安裝平臺上，移動張力腿至臨時浮筒安裝平臺，并將臨時浮筒固定于張力腿上，完成張力腿支撐臨時浮筒的安裝。臨時浮筒安裝在張力腿的頂部段，通過壓載來平衡張力腿的浮力和張力，使張力腿自由懸浮。

圖6 張力腿支撐臨時浮筒安裝

（5）張力腿下放就位。起吊整體張力腿并下放，在ROV監(jiān)視下，將張力腿插入底部接收裝置，見圖7。

圖7 張力腿插入底部接收裝置示意

2.3 張力腿綁扎

由于受到TLP浮式平臺建造工期、出海前需要完成的各種調(diào)試以及濕拖等多種因素的影響，張力腿海上安裝完成后，通常不能接著進行張力腿與TLP上浮體的對接就位。此時張力腿下端連接于樁基，通過其頂部段的臨時浮筒直立在水中，這種工況在張力腿設(shè)計中稱為張力腿自由站立工況[5]。由于風、浪、流等作用的影響，相鄰的張力腿間很可能發(fā)生碰撞，將給安裝作業(yè)帶來極大風險。為了防止發(fā)生碰撞，一般需要對TLP上浮體相鄰立柱位置間的兩根張力腿用纜繩進行綁扎，避免碰撞。流花16-2平臺包括8根張力腿和8套臨時浮筒裝備，上浮體立柱有4個，各相鄰立柱位置間的每兩根張力腿間均需要兩兩綁扎固定，其綁扎效果示意如圖8所示，圖中的TLP上浮體此時尚未安裝，圖中上浮體只是為了說明張力腿兩兩綁扎時的相應位置。

圖8 張力腿綁扎效果

4 張力腿安裝運動分析

張力腿安裝就位過程中，在涌浪及海流等環(huán)境載荷作用下，會使張力腿發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn)，由于水深較深，張力腿較長，對張力腿的精確就位有一定影響。因此需要對張力腿安裝運動過程進行分析[6]。

利用OrcaFlex軟件建立張力腿安裝模型（如圖9所示），考慮一年一遇的流速（1.57 m/s），對張力腿海上安裝的運動狀態(tài)進行模擬分析，并對不同海況條件下的張力腿端部轉(zhuǎn)角進行分析，結(jié)果如圖10所示。

計算結(jié)果表明，為了保證張力腿安裝角度滿足要求，需要控制操作環(huán)境條件。當流速為1.57 m/s時，如果浪高控制在1.5 m內(nèi)，可以滿足安裝要求。

圖9 張力腿安裝運動分析

圖10 不同海況條件下張力腿端部轉(zhuǎn)角

5 結(jié)束語

TLP浮式平臺張力腿海上安裝在國內(nèi)尚無實踐經(jīng)驗，其技術(shù)挑戰(zhàn)和風險較為突出。通過張力腿海上安裝方法工藝研究，提出了張力腿支撐臨時浮筒的綁扎是保證張力腿自由站立工況安全的基本條件，也是防止相鄰張力腿相互碰撞的根本措施，并對張力腿安裝過程的運動進行分析，給出不同海況條件對張力腿安裝過程的影響分析，可為將來的TLP浮式平臺張力腿安裝工程實踐提供理論支持和作業(yè)指導。

[1]王浩宇，黃山田，王火平，等.張力腿平臺鋼樁精就位技術(shù)研究[J].石油工程建設(shè)，2017，43（4）：24-28.

[2]典型深水平臺概念設(shè)計研究課題組.張力腿平臺水動力響應分析[J].中國造船，2005，46（Z1）：59-64.

[3]海洋石油工程設(shè)計指南編委會編著.海洋石油工程深水油氣田開發(fā)技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[4]徐萬海，曾曉輝，吳應湘.海洋平臺張力腿非線性動力響應[J].海洋工程，2008，5（2）：11-16.

[5]任順利，陳建民，梁艷霞.張力腿剛度對平臺運動響應影響分析[J].石油礦場機械，2008，37（5）：28-31.

[6]董艷秋，胡志敏，馬馳.深水張力腿平臺的結(jié)構(gòu)形式[J].中國海洋平臺，2010，10（5）：1-5.

Tendon installation method studyfor deepwater TL P floating platform

WEIJiaguang，LIHuailiang，HUANG Shantian，WANG Haoyu，DU Yongjun
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

The TLP platform is an important type of floating system used in deepwater oil and gas field development.Tendon is one of the key equipment of TLP，its installation is an important part of the TLP platform construction.Taking tendon installation of the TLP 16-2 in Liuhua Oilfield for example，this paper studies the tendon installation method and construction procedure，conducts the numerical analysis of tendon motion during installation，summarizes the influences of different environment conditions on tendon installation process，points out that the temporary tie-back of tendon support buoy is the basic measure to ensure the safety of tendon in free standing condition.This study has certain reference for practicalTLP installation project.

TLP；tendon；offshore installation；tie-back；analysis of motion

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.005

國家科技重大專項（2016ZX05057013）經(jīng)費資助。

魏佳廣（1986-），男，甘肅白銀人，工程師，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學化工過程機械專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事海洋石油平臺等設(shè)施安裝設(shè)計及相關(guān)技術(shù)研究工作。Email：weijiaguang860401@126.com

2017-04-10；

2017-09-01