海洋平臺對接安裝精度控制分析與應(yīng)用

馬紅旗

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

目前國內(nèi)海洋地層中已探明的稠油儲量占已發(fā)現(xiàn)儲量的70%[1]，稠油有效開采技術(shù)難度極大，我國稠油有效開采率僅約30%[2]。隨著稠油熱采及處理工藝技術(shù)的不斷更新，海洋稠油熱采開發(fā)呈上升態(tài)勢。渤海海域多座稠油熱采平臺相繼開發(fā)啟動，為節(jié)約投資成本，熱采平臺與常規(guī)冷采平臺共用相關(guān)鉆修井和生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備將成為新的油田開發(fā)模式。新建兩座平臺且下部結(jié)構(gòu)形式為兩個分離獨立的導(dǎo)管架，此設(shè)計方案給兩座平臺的精準(zhǔn)對接安裝帶來極大挑戰(zhàn)。

1 平臺對接安裝誤差分析

分析研究兩座新建平臺安裝誤差控制措施和檢驗方法，改善相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計，為其建造、安裝施工期間提供技術(shù)支持，以提高平臺對接安裝精度和修井機(jī)滑道對接精度，確保修井機(jī)在兩座平臺之間的滑動可以順利完成[3]。兩座新建平臺模型見圖1。

圖1 兩座新建平臺模型示意圖

1.1 建造安裝工藝流程

為便于描述兩座對接平臺，暫定其平臺名為平臺A與平臺B，其建造安裝施工流程如下：

(1)對兩平臺的導(dǎo)管架和組塊陸地建造期間的誤差進(jìn)行測量和監(jiān)控；(2)安裝導(dǎo)管架的對接導(dǎo)向；(3)A組塊陸地建造期間，安裝修井機(jī)滑道；(4)兩座導(dǎo)管架通過對接導(dǎo)向完成海上安裝就位工作，切除對接導(dǎo)向；(5)A平臺過渡段安裝與調(diào)平、組塊安裝就位；(6)依據(jù)A組塊安裝后的測量結(jié)果，對B平臺過渡段進(jìn)行余量切割調(diào)平；(7)B組塊海上安裝就位；(8)依據(jù)兩座平臺海上安裝就位后的測量結(jié)果，對接位置余量切割和連接；(9)依據(jù)兩座平臺海上安裝就位后的測量結(jié)果，對B組塊修井機(jī)滑道進(jìn)行安裝和余量切割；(10)安裝修井機(jī)，兩座新建對接平臺海上安裝完成。

1.2 影響因素

根據(jù)兩座平臺建造安裝施工流程，影響對接偏差的主要因素有設(shè)計誤差、建造誤差、安裝誤差等。

設(shè)計誤差是在設(shè)計圖紙過程中考慮預(yù)留的對接間隙而產(chǎn)生的對接安裝誤差。如設(shè)計預(yù)留的組塊插尖和過渡段的單邊3mm間隙等[4-6]。

建造誤差和安裝誤差為平臺在陸地建造和海上安裝過程中所產(chǎn)生的施工誤差，均需滿足結(jié)構(gòu)建造安裝規(guī)格書的建造安裝精度要求。如建造階段的節(jié)點標(biāo)高與圖紙偏差不超過±25mm，安裝階段的甲板標(biāo)高與圖紙偏差不超過±75mm，安裝角度偏差不超過±2.5°等。

2 精度控制措施與建議

兩座新建平臺海上安裝對接精度控制，首先要控制好兩座獨立的下水結(jié)構(gòu)物導(dǎo)管架的安裝精度，然后要控制好兩座上部組塊的安裝就位精度，最后控制好兩座平臺修井機(jī)滑軌的對接允許差值，滿足修井機(jī)從平臺順利滑移至另一平臺。

2.1 平臺設(shè)計方案調(diào)整

2.1.1 對接導(dǎo)向

設(shè)計一種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，安裝在導(dǎo)管架上，確保兩座導(dǎo)管架海上安裝相對精準(zhǔn)就位。對接導(dǎo)向結(jié)構(gòu)確保導(dǎo)管架安裝就位精度控制在允許范圍內(nèi)。對接導(dǎo)向結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 對接導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

2.1.2 修井機(jī)滑道支撐梁調(diào)整

修井機(jī)滑道支撐結(jié)構(gòu)梁設(shè)計為三腹板形式，腹板間距200mm。上翼緣板加寬至750mm，確保支撐梁Y向誤差不大于200mm的情況下，滿足修井機(jī)滑軌安裝精度要求?；懒航孛鎴D見圖3。

圖3 滑道支撐梁剖面

2.1.3 平臺過渡段切割余量增加

A 和B 平臺過渡段的切割余量增加至1000mm，提高平臺對接Z向和水平向的調(diào)整能力。兩平臺上部模塊之間的拼接梁預(yù)留150mm的切割余量，以滿足平臺對接X向理論誤差。平臺過渡段見圖4。

圖4 平臺過渡段

2.1.4 其他相關(guān)設(shè)計優(yōu)化

兩平臺組塊之間的拼接梁預(yù)留150mm切割余量，以滿足組塊對接X向理論誤差。

通過切割修井機(jī)滑軌的高度余量保證修井機(jī)滑道的安裝精度，修井機(jī)滑軌設(shè)計高度可保留150mm余量。

2.2 建造安裝精度控制建議

2.2.1 建造精度控制

平臺結(jié)構(gòu)建造過程中會產(chǎn)生建造誤差，在嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙和規(guī)格書要求進(jìn)行施工的同時，需對建造施工過程進(jìn)行監(jiān)控，以確保建造質(zhì)量，對后續(xù)平臺安裝精度的控制影響很大。

導(dǎo)管架頂部是提高鋼樁和組塊安裝的精度基礎(chǔ)，組塊立柱底部為組塊與導(dǎo)管架、鋼樁、過渡段的連接點，其安裝精度決定了組塊上各層甲板的定位精度。組塊的對接精度決定了平臺修井機(jī)的安裝精度。具體測量監(jiān)控工作如下：

(1)導(dǎo)管架頂部位置測量，包含頂部水平片標(biāo)高、水平度、各節(jié)點定位精度，各導(dǎo)管腿工作點位置及橫豎向間距和對角線尺寸及導(dǎo)管腿頂部卷管橢圓度等。

(2)對接導(dǎo)向測量點位為導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套筒，包含導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套筒中心線的定位，導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套筒與導(dǎo)管架的相關(guān)位置關(guān)系，導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套筒中心線的直線度和橢圓度等。

(3)組塊立柱底部位置測量，包含立柱底部標(biāo)高定位精度、卷管橢圓度、橫豎向間距及對角線尺寸等。

(4)組塊對接點位置測量，包含各層甲板標(biāo)高差、滑道支撐梁直線度和平面度、頂層甲板的水平度等。

2.2.2 安裝精度控制建議

為提高兩座平臺對接安裝精度，對平臺海上安裝施工程序進(jìn)行優(yōu)化和完善，補(bǔ)充必要的控制節(jié)點，增加對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)位置的施工測量。具體建議如下：

(1)組塊和導(dǎo)管架出海前，應(yīng)對各導(dǎo)管架頂部位置、對接導(dǎo)向位置、各組塊修井機(jī)滑道支撐梁對接點位置進(jìn)行復(fù)測，分析建造誤差以對海上安裝施工過程進(jìn)行指導(dǎo)。

(2)下部結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架海上安裝前，對場址海床進(jìn)行探摸，并復(fù)測平臺場址水深。若海底泥面不平整度較大，則需對其進(jìn)行平整處理，并對影響導(dǎo)管架安裝的障礙物進(jìn)行清理。

(3)A導(dǎo)管架海上安裝過程中，對其水平度、對接導(dǎo)向套筒進(jìn)行測量、監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，坐底就位滿足設(shè)計要求，無需調(diào)整。然后進(jìn)行B導(dǎo)管架下水安裝就位，其對接導(dǎo)向桿順利進(jìn)入A導(dǎo)管架對接導(dǎo)向筒，對接精度就位。對安裝完成后的兩座導(dǎo)管架頂部鋼樁跨距及工作點位置進(jìn)行了測量，為后續(xù)過渡段安裝及上部模塊安裝提供參考。

(4)根據(jù)上道工序安裝完成的測量數(shù)據(jù)做參考，開展A平臺過渡段安裝與余量切割，然后A組塊海上安裝就位和對其各層間標(biāo)高和滑道梁對接點位置進(jìn)行復(fù)測和分析。

(5)結(jié)合B導(dǎo)管架安裝后測量數(shù)據(jù)、組塊建造后測量數(shù)據(jù)，確定好B過渡段的安裝角度和切割余量點。開展B組塊海上安裝就位，就位后對各層間標(biāo)高、頂層甲板水平和滑道梁對接點進(jìn)行測量。

3 案例應(yīng)用

旅大21-2WHPA平臺為一座新建4腿4樁下水結(jié)構(gòu)形式井口平臺，21-2WHPB平臺為一座新建4腿4樁下水結(jié)構(gòu)形式稠油熱采平臺，平臺下部結(jié)構(gòu)海上安裝通過對接導(dǎo)向裝置進(jìn)行連接定位，該平臺場址水深為22.8m。兩座新建平臺海上完成安裝后，頂層甲板無縫對接，共用修井機(jī)在兩座平臺之間沿AB軸方向滑動。見圖5旅大21-2WHPA/WHPB對接平臺共用一套修井機(jī)及滑道布置。

圖5 兩對接平臺共用一套修井機(jī)及滑道布置

通過對接平臺精度控制措施與建議，兩座新建導(dǎo)管架和兩座新建組塊陸地建造誤差均在設(shè)計圖紙和規(guī)格書規(guī)定的允許范圍內(nèi)。其中對接導(dǎo)向安裝至導(dǎo)管架上實物見圖6。

圖6 對接導(dǎo)向組裝就位

WHPA/WHPB導(dǎo)管架和組塊建造過程中，對每道重點環(huán)節(jié)進(jìn)行尺寸位置測量比對分析，滿足要求后再進(jìn)行下一道工序。在平臺陸地建造完工后，對關(guān)鍵部位如下部結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架頂部水平層標(biāo)高及水平度、導(dǎo)管腿工作點位置及間距尺寸、對接導(dǎo)向、稱重后的上部模塊立柱底部的定位間距及各層間標(biāo)高等進(jìn)行復(fù)測。WHPA/WHPB平臺稱重后的上部模塊立柱底部間距復(fù)測數(shù)據(jù)如圖7所示，均滿足技術(shù)要求，為后續(xù)平臺海上安裝就位提供依據(jù)。

圖7 WHPA/WHPB平臺稱重后的上部模塊立柱底部尺寸

根據(jù)導(dǎo)管架和組塊海上安裝對接精度控制措施與建議，兩座新建導(dǎo)管架和組塊海上安裝就位后，對兩座組塊甲板各層間標(biāo)高、頂層甲板水平和滑道梁對接點進(jìn)行測量，均滿足技術(shù)規(guī)范要求，其中平臺頂層甲板水平測量數(shù)據(jù)見圖8。根據(jù)兩座組塊安裝就位后的最終位置，開展修井機(jī)滑道梁高度余量的切割，確保了滑軌高度水平一致，最終完成了滑軌安裝工作和測量工作。

圖8 WHPA/WHPB兩平臺頂層甲板水平數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過對兩座新建平臺對接安裝誤差分析，開展設(shè)計方案的優(yōu)化，提出了建造安裝施工過程中可實施的建議，并在項目實施過程中成功應(yīng)用，大大降低了平臺對接精度超差和修井機(jī)滑道對接精度超差的風(fēng)險，該精度控制分析與措施建議為后續(xù)類似對接平臺項目的實施提供了寶貴的參考價值。