深水大型結(jié)構(gòu)物吊裝功能定位研究

趙 潔，彭小佳，何 寧，安大為

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引 言

深水大型結(jié)構(gòu)物起重和水下結(jié)構(gòu)物安裝是深水半潛式起重鋪管船最重要的功能[1]。深水半潛式起重鋪管船通常在船尾布置兩臺(tái)主吊機(jī)。主吊機(jī)的功能定位和設(shè)置對(duì)于全船的設(shè)計(jì)方案和投資造價(jià)以及交付后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力都有很大的影響。針對(duì)在研的深水半潛式起重鋪管船，海洋石油工程股份有限公司經(jīng)初步調(diào)研后，確定單臺(tái)吊機(jī)能力為6000t或7500t，雙機(jī)聯(lián)吊能力12000t或15000t。為了合理地對(duì)主吊機(jī)進(jìn)行功能定位，使其滿足全船設(shè)計(jì)需要，本文對(duì)國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)和海底結(jié)構(gòu)物重量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行了吊裝分析。

1 海洋平臺(tái)重量統(tǒng)計(jì)

對(duì)國(guó)內(nèi)外共77個(gè)組塊的重量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其中導(dǎo)管架平臺(tái)57個(gè)，單柱式(Spar)平臺(tái)20個(gè)。考慮到半潛式起重鋪管船作業(yè)吃水通常在20～29m范圍內(nèi)，船底還有推進(jìn)器等設(shè)備，本文重點(diǎn)對(duì)其中水深超過(guò)40m的25個(gè)導(dǎo)管架平臺(tái)和20個(gè)Spar平臺(tái)(共45個(gè)組塊)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 平臺(tái)重量分布曲線Fig.1 Weight distribution curve of platforms

我國(guó)東海涌浪較大，常規(guī)船型起重船可作業(yè)天氣窗口較小，東海的組塊吊裝是半潛船主要市場(chǎng)區(qū)域。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，東海組塊最大重量為11264.4t，平均重量為4913t。12000t起重能力的市場(chǎng)覆蓋率為100%。東海組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示[2]。

我國(guó)南海組塊重量最大31385t，平均重量13557t，12000t起重能力覆蓋率56%，15000t起重能力覆蓋率77%。HZ258，LF72，LW31等大型組塊均為浮托安裝。南海組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示[2]。

表1 東海組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Platforms in the East China Sea

表2 南海組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Platforms in the South China Sea

在半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)(TLP)、Spar平臺(tái)等幾種深水浮式平臺(tái)中，半潛式生產(chǎn)平臺(tái)及TLP平臺(tái)的上部組塊很少采用海上吊裝的方式進(jìn)行安裝，Spar平臺(tái)的上部組塊吊裝是半潛起重船的主要市場(chǎng)范圍。國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有Spar平臺(tái)業(yè)績(jī)。對(duì)國(guó)外20個(gè)Spar平臺(tái)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其中組塊重量最大21000t，平均重量8757t。7500t起重能力覆蓋率55%； 12000t起重能力覆蓋率75%； 15000t起重能力覆蓋率80%。Spar平臺(tái)上部組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 Spar平臺(tái)上部組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Topside weight of spar platforms

注：1英尺≈30.48cm。

綜合全部組塊統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到表4所示吊裝市場(chǎng)覆蓋率。

表4 不同起重能力吊機(jī)的吊裝市場(chǎng)覆蓋率Table 4 Lifting market coverages for different lifting capacities %

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，雙吊機(jī)能力設(shè)定為12000t可以覆蓋80%的組塊，基本合理。超過(guò)12000t的組塊應(yīng)重點(diǎn)考慮浮托安裝或者分塊吊裝。6000t吊機(jī)本身費(fèi)用較高，若增大到7500t，吊機(jī)能力增加25%，費(fèi)用增加約25%，但是在組塊吊裝市場(chǎng)增加的覆蓋率僅6.7%，且增加的大部分都是浮托安裝平臺(tái)(如南海組塊)。

大型起重機(jī)都需設(shè)備商單獨(dú)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。為降低造價(jià)，不建議兩臺(tái)主吊機(jī)設(shè)置不同吊重能力。

圖2 不套井口、吊機(jī)后裝Fig.2 Lifting without conductor and crane

圖3 套井口、吊機(jī)后裝Fig.3 Lifting without crane but conductor pre-installed

2 跨距及吊高

設(shè)計(jì)公司分別對(duì)LF13-2 DPP(7450t)、PY4-2 DPPA(11300t)、PY34-1 CEP(13740t)三個(gè)組塊進(jìn)行了吊裝分析，每個(gè)組塊按(1)不套井口、吊機(jī)后裝，(2)套井口、吊機(jī)后裝，(3)不套井口、吊機(jī)先裝等三個(gè)方案(見(jiàn)圖2～4)校核，得到要求的跨距及吊高要求。

根據(jù)初步吊裝分析，得出跨距、吊高需求結(jié)果，如表5所示。根據(jù)吊裝分析結(jié)果，建議主吊機(jī)最大吊重的跨距按不套井口、吊機(jī)先裝的工況設(shè)定為46m，平臺(tái)組塊吊裝作業(yè)所需的吊高在75m左右，但根據(jù)調(diào)研，6000t吊機(jī)各家設(shè)備商的產(chǎn)品吊高都在100m左右，建議維持吊高要求為主甲板以上100m。

圖4 不套井口、吊機(jī)先裝Fig.4 Lifting with conductor post-installed and crane pre-installed

表5 初步吊裝分析結(jié)果Table 5 Lifting analysis result

3 升沉補(bǔ)償

深水吊機(jī)一般會(huì)配備升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，其能力主要取決于水下結(jié)構(gòu)物的重量和水深要求。經(jīng)調(diào)研，全球采油樹(shù)和水下管匯的重量分布如圖5和圖6所示[3]，采油樹(shù)的重量基本都在75t以內(nèi)，水下管匯重量基本都在350t以內(nèi)?？紤]3000m水深作業(yè)水下鋼絲繩重量約為150t，建議主吊機(jī)主動(dòng)升沉補(bǔ)償裝置(AHC)補(bǔ)償能力設(shè)定為500t，兩臺(tái)主吊機(jī)其中一臺(tái)配置AHC即可。

圖5 全球采油樹(shù)重量分布圖Fig.5 Weight distribution of Christmas tree in the world

圖6 全球水下管匯重量分布圖Fig.6 Weight distribution of subsea manifold in the world

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)中國(guó)東海和南海的海上油氣平臺(tái)的重量和尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)國(guó)外的Spar平臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)研，并對(duì)三個(gè)典型平臺(tái)進(jìn)行了初步吊裝分析，給出了建議的跨距和吊高設(shè)置。該研究對(duì)于今后國(guó)內(nèi)的大型起重船舶功能定位有一定參考價(jià)值。以中國(guó)東海和南海為主要市場(chǎng)的深水吊裝的建議能力設(shè)置為：?jiǎn)闻_(tái)吊機(jī)起重能力6000t，跨距46m，吊高100m，聯(lián)吊能力12000t，升沉補(bǔ)償能力500t。

[1] 彭小佳,宋安科,何寧,等.深水半潛式起重鋪管船船型優(yōu)化方法[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2015,30(6)：20.

Peng Xiao-jia,Song An-ke,He Ning,et al.Hull optimization for deepwater semi-submersible crane vessel [J].China Offshore Platform,2015,30(6)：20.

[2] 海洋石油工程股份有限公司.半潛式起重鋪管船總體方案論證報(bào)告[R].2016.

Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.Demonstration report on the general scheme of semi-submersible crane and pipe-laying vessel [R].2016.

[3] American Bureau of Shipping.Heave compensation system investigation report [R].2015.