“一卡三管”創(chuàng)新技術在依托開發(fā)項目中的應用

(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

0 引 言

潿洲6-13油田按照“依托設施”開發(fā)理念，依托附近的潿洲12-1PUQB平臺進行低成本滾動開發(fā)[1]。潿洲6-13油田不設油水處理設施，開采出的油水混合物通過混輸軟管直接輸送至潿洲12-1PUQB平臺進行處理，潿洲12-1PUQB平臺輸送生產水至潿洲6-13油田進行回注，同時為潿洲6-13油田供應電力。為實現該開發(fā)模式，需在潿洲12-1PUQB平臺上新增2根立管和1根電纜護管。

潿洲12-1PUQB平臺共有8根樁腿，在其中4個角(東北、東南、西北、西南)樁腿上各預留1根立管支撐。潿洲12-1PUQB平臺屬于中心平臺，平臺四周布置眾多海底管線，新敷底管線在路由選擇和方向選擇上條件苛刻。由于潿洲6-13油田在潿洲12-1PUQB平臺的東北方向，若利用平臺西北、西南角兩處樁腿的預留支撐，需跨越眾多管線，管纜路徑的設計難度和海上敷設難度大，且會影響平臺的上部設施安全；若只利用平臺東北、東南角兩處預留的支撐，采用傳統(tǒng)方法安裝立管，需動用作業(yè)船[2]，且支撐數量無法滿足要求，需要再增加1套管卡支撐和管卡系統(tǒng)，這樣會給現有平臺帶來額外的載荷，同時也會增加材料，增大海上施工難度。

根據潿洲12-1PUQB平臺樁腿預留的立管支撐的布置情況，結合平臺現狀，提出“一卡三管”創(chuàng)新技術，即只利用東北方向樁腿上的1套立管預留支撐，設計1套合適的立管管卡系統(tǒng)，滿足同時增加2根立管和1根護管的需求，2根立管和1根護管均從潿洲12-1PUQB平臺的東北方向上平臺。同時，優(yōu)化立管安裝方案，采取合理的立管懸掛、分段設計，充分利用平臺吊機能力并巧妙布置提拉絞車等，在無需作業(yè)船協(xié)助的情況下順利安裝立管管卡及立管，有效解決“一卡三管”方案中遇到的管卡質量較大、安裝精度要求高、多根立管安裝相互影響等問題，推動油田的滾動開發(fā)。

1 “一卡三管”技術

“一卡三管”創(chuàng)新技術，即只利用潿洲12-1PUQB平臺東北角樁腿上的預留支撐，設計一套強度能同時滿足2根立管和1根護管安裝的管卡系統(tǒng)。平臺東北角1根樁腿從上到下共有7個預留支撐，需安裝7個“一拖三”式的立管卡子固定立管和護管。平臺現場立管安裝位置如圖1和圖2所示。

圖1 潿洲12-1PUQB平臺簡圖-立管安裝位置

圖2 潿洲12-1PUQB平臺俯視簡圖-立管安裝所在樁腿

采用“一卡三管”技術，需對新增立管和護管對潿洲12-1PUQB平臺的影響和詳細的施工方案展開深入研究。潿洲12-1PUQB平臺是生產平臺，各項研究需結合潿洲12-1PUQB平臺現階段生產、設備檢查和平臺改造等各種情況綜合考慮?！耙豢ㄈ堋奔夹g運用的各項研究指標主要包括靜載荷強度、震動強度、疲勞壽命，以及導管架樁基承載能力等4項關鍵指標。

1.1 靜載荷強度

增加立管及附屬結構后，平臺靜載荷會相應增加，應重新校核，保證在標準工況和極端風暴條件(通常以平臺在正常運營生產的一年周期內，一般情況下的海浪、涌流和風暴情況作為標準工況；選取平臺遭受百年一遇的巨浪、海水涌流和風暴情況作為極端風暴條件工況，在極端風暴條件下允許整體應力增加不超過設計強度的三分之一)下，平臺的靜載荷強度UC值不超過1.0。靜載荷強度主要受波浪和風暴強度影響，而南海水深、域廣、風大、浪大，選取適當的工況數據進行校核尤為重要。

1.2 震動強度

平臺的震動方式主要有2種，一種是由平臺動設備運行產生的，另一種則是由地震引起的。設備震動產生的影響可通過調節(jié)設備狀態(tài)和增加一定的結構來控制，而地震帶動的平臺震動破壞相對更大，平臺在設計階段會考慮地震因素，因此具備一定的抗震能力。運用“一卡三管”技術會使立管、護管和相應物流介質的載荷均集中在單一樁腿上，平臺的結構和受力會產生變化，需基于API RP2A標準對平臺抗震能力重新校核，確保震動強度滿足要求。

1.3 疲勞壽命

平臺設計的疲勞壽命約為設計使用年限的2.5倍。潿洲12-1PUQB平臺的設計使用年限標準為30 a，設計疲勞壽命標準為76 a。在平臺樁腿上增加立管及附屬結構會在一定程度上加速平臺裂紋和裂紋群的產生和擴展，從而導致結構部件破壞，降低平臺疲勞壽命。為保證在增加立管及附屬結構后平臺疲勞壽命仍能滿足要求，將立管及附屬結構的相關數據添加到疲勞校核中。

1.4 樁基承載能力

平臺導管架樁基承載能力直接決定“一卡三管”技術運用的可行性。運用“一卡三管”技術增加平臺東北角樁腿的軸向和橫向載荷，需要重新校核樁腿本身及泥基面的強度和穩(wěn)定性，變形應在容許范圍內。

1.5 校核結果

分析和計算表明，在潿洲12-1PUQB平臺東北角樁腿上運用“一卡三管”技術安裝立管和護管可行。具體校核結果如表1所示。

表1 “一卡三管”技術安裝立管和護管相關校核結果

圖3 立管卡子安裝簡圖(俯視)

1.6 管卡結構設計

混輸立管A和注水立管C為雙層管，比電纜護管B重，將電纜護管B布置在另外兩根立管中間，避免管卡結構偏心而增加不必要的結構加強設計。同時，考慮到混輸海管、注水海管的海底路由布置，以及平臺上工藝管道下游設備、注水管上游設備布置便利等因素，最終確定將混輸立管A布置在北側，將注水立管C布置在南側。管卡結構設計簡圖如圖3所示。

2 “一卡三管”應用

應用“一卡三管”技術進行立管安裝，主要存在幾個難點：

(1) 對預制件的精度要求高。立管卡子和立管在陸地預制完成后，經過多次調運、裝車、裝船等，容易發(fā)生形變，從而導致立管卡子無法安裝進預留法蘭盤，或導致每段立管無法通過法蘭緊密連接。材料在陸地進行預制時，必須精準控制尺寸誤差[3]。當預制完成后，在吊運和運輸過程中設置足夠的支撐，以避免產生受力變形及與其他構件互相干涉。

(2) 吊裝難度大。由于平臺吊機下放吊鉤的極限位置距立管安裝指定位置仍較遠，需利用絞車和浮力袋將每個立管卡子和每根管段吊裝至指定安裝位置。由于安裝的位置在最靠外側樁腿的外面，施工人員在平臺上的任一位置都無法有效觀測吊裝時預制件與樁腿或附近斜拉筋的情況，需要潛水人員在海面上做指示牽引。

(3) 受海況影響大。在安裝過程中需動用平臺吊機、絞車和拖船，這些作業(yè)設備受海況影響大，在海況不好的情況下會影響安裝精度，容易出現返工，浪費人力物力。因此，需要在好的天氣狀況下進行安裝，并提前做預案。

2.1 立管卡子安裝

在海上吊裝立管卡子前，應固定立管卡子合頁，避免在吊裝時合頁開合與其他構件干涉碰撞。按照立管卡子安裝要求提前系好吊裝吊帶，立管卡子上系好浮力袋方便水下轉運。因立管卡子在水面需要經過兩次轉運，吊帶上應準備足夠的卸扣以便潛水員在水下進行鋼絲繩連接。在立管卡子下放過程中，潛水員應時刻關注卡子位置，避免卡子與導管架結構發(fā)生干涉?？ㄗ拥竭_預定安裝位置后，若與安裝位置有較大距離，可利用手拉葫蘆等工具將卡子牽引至安裝位置，再安裝螺栓。在安裝螺栓前，潛水員應認真檢查立管卡子與安裝位置的角度，將立管卡子角度調整到最佳位置，避免安裝時螺栓孔錯開產生角度差。

2.2 立管和護管安裝

立管及護管預制件上吊點的設置異常關鍵，由于每段立管、電纜護管長度均在10 m以上，如果吊點的位置設置不合適，在吊裝過程中，立管、電纜護管很可能會發(fā)生彎折甚至與樁腿碰撞產生大幅變形，更應避免預制件與吊點脫開掉落，造成人員傷亡和財產損失。在每天開展作業(yè)前，需重點關注當天的海況，根據海況及每天的施工進度，合理安排施工作業(yè)內容。在作業(yè)過程中，當海況條件不適宜時，應立刻中斷作業(yè)，并有條不紊地整理現場，待條件允許時再重新開展作業(yè)。

由于平臺吊機的吊裝范圍一般覆蓋不到4個角的樁腿位置，所以還需要在平臺合適位置安裝絞車，方便移動立管及護管[4]，并在立管就位位置的正上方設置吊點及手拉葫蘆，如圖4所示。提前將立管放置在平臺的吊裝區(qū)，詳細的立管及護管安裝步驟如下：

圖4 潿洲12-1PUQB平臺北面?zhèn)纫暫唸D

(1) 利用平臺吊機，將立管吊置于油田作業(yè)拖船上，拖船將立管運至平臺北面適當位置。

(2) 安排人員到拖船上為立管調整配扣并綁扎吊帶、浮力袋、導向繩等。

(3) 利用平臺吊機將立管吊裝到水面。

(4) 潛水員下水，將預留在立管上的浮力袋充氣，立管依靠浮力袋的空氣浮力浮于海面[5]，如圖5所示。

圖5 立管浮于海面圖

圖6 立管到達安裝位置上方圖

(5) 潛水員將1號絞車鋼絲繩連接在立管預留卸扣上，解開平臺吊機吊帶，指揮1號絞車將立管緩慢移動至安裝位置附近。

(6) 潛水員將2號絞車鋼絲繩系在立管頂部，操作2號絞車將立管緩慢移動至安裝位置正上方，當立管到達安裝位置上方后解除浮力袋，如圖6所示。

(7) 當立管到達安裝位置上方后解開1號絞車鋼絲繩，并將鋼絲繩系在立管彎頭位置。

(8) 水面人員操作2號絞車將立管緩慢下放至安裝位置，在下放過程中1號絞車始終輕微帶力，防止彎頭方向轉向導管架與導管架碰撞，如圖7所示。

圖7 立管下放至安裝位置圖

圖8 立管安裝完成實物圖

(9) 在立管下放過程中潛水員水下觀察，接近預定位置時2號絞車停止下放，潛水員利用手拉葫蘆對立管進行調整,將立管導入管卡并合上立管管卡合頁。

(10) 配合絞車最后調整立管整體達到設計位置，根據設計圖紙調整立管彎頭部分角度。

(11) 緊固管卡螺栓[6]。

(12) 完成第一段立管的安裝工作。

(13) 重復上述(1)～(12)的步驟，完成后續(xù)立管段的安裝工作。安裝完成的實物如圖8所示。

3 結束語

運用“一卡三管”技術的綜合效益顯著。第一，減少約30%的管卡材料，降低了材料費用；第二，充分利用平臺吊機代替浮吊船，海上安裝施工周期由原計劃的63 d縮減為30 d，安裝費用減少70%以上；第三，減少了對現有平臺帶來的額外載荷，為現有平臺的樁基承載能力留下更多的裕量；第四，節(jié)省了2套立管預留支撐，也推動了后續(xù)新油氣田繼續(xù)依托中心平臺實施開發(fā)；第五，為海管路由按照最優(yōu)方案布置提供了基礎條件，避免按其他方案布置海管路由所帶來的更多費用和安全風險，整體節(jié)省費用約1 000萬元。

潿洲6-13項目新增立管所采用的“一卡三管”創(chuàng)新設計在南海西部油田首次獲得成功應用，對今后南海西部海上平臺的相關立管安裝工作具有很大的借鑒意義。