大型平臺(tái)導(dǎo)管架拖拉滑移裝船的應(yīng)用研究

袁尚晨 彭甲志 李新超

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

南海某油田開發(fā)項(xiàng)目的導(dǎo)管架為8腿結(jié)構(gòu)，裝船重量約為31500噸。導(dǎo)管架采用臥式建造、拖拉裝船以及滑移下水的安裝方法進(jìn)行海上安裝。導(dǎo)管架下水Launch Cradle間距為24m、防沉板標(biāo)高-190.3m，距離碼頭前沿50m，頂部面向場(chǎng)地內(nèi)側(cè)。導(dǎo)管架尺寸如表1所示。

表1 導(dǎo)管架關(guān)鍵尺寸參數(shù)

導(dǎo)管架裝船采用導(dǎo)管架下水駁船海洋石油229，該船配有兩條滑道和兩個(gè)下水搖臂，30個(gè)壓載艙，調(diào)載系統(tǒng)能力為4×3500m3/h。其主要參數(shù)如表2所示。

表2 導(dǎo)管架關(guān)鍵尺寸參數(shù)

2 導(dǎo)管架裝船程序與步驟設(shè)計(jì)

裝船工作將按兩階段進(jìn)行。第一階段是陸地牽引，將導(dǎo)管架從預(yù)制場(chǎng)地拖到碼頭前沿，距離大約是50m。第二階段是導(dǎo)管架上船直至拖航固定設(shè)計(jì)位置。在第二階段，需要調(diào)載操作，將船上滑道與陸地滑道保持水平，高差控制在±25mm內(nèi)。

1) 陸地牽引

這個(gè)操作將在裝船日期前完成。駁船調(diào)載至所需吃水，使得船上滑道和陸地滑道頂部平齊。利用系泊系統(tǒng)調(diào)整船位，使得船上滑道和陸地滑道共線。在滑道全部長(zhǎng)度和下水Launch Cradle的外圍進(jìn)行清理工作，去除可能存在的障礙，進(jìn)行表面光滑處理并且打上潤(rùn)滑油。將8束牽引繩張直。將Launch Cradle末端的助推千斤頂就位并處于受壓狀態(tài)，這樣千斤頂和Launch Cradle就處于完全接觸狀態(tài)。操作人員將按照以下步驟啟動(dòng)拖拉：

a. 8個(gè)拉力千斤頂逐漸加力，帶力到150t左右，檢查各束牽引繩是否正常，不打結(jié)且沒有障礙。檢查鋼絲繩與千斤頂、錨固點(diǎn)的連接情況，確保沒有松弛的繩子。

b. 同步操作四個(gè)千斤頂，每個(gè)增加50t張力，檢查牽引繩是否正常，確保繩束沒有收到阻礙，沒有溜滑。

c. 反復(fù)進(jìn)行上一步驟b，直到每個(gè)千斤頂達(dá)到600t張力，總拉力為4800t。保持這個(gè)張力，開始準(zhǔn)備啟動(dòng)助推千斤頂。

d. 同時(shí)操作四個(gè)350t的推力千斤頂，緩慢加力50t。檢查千斤頂與Launch Cradle的接觸以及千斤頂基座錨固是否正常。

e. 重復(fù)上一步驟d，直到千斤頂推力達(dá)到250t，此時(shí)施加到Launch Cradle上的力達(dá)到5800t。

f. 若導(dǎo)管架還沒有啟動(dòng)，繼續(xù)增大助推千斤頂推力到極限值350t，同時(shí)將每個(gè)拉力千斤頂都增加至650t，此時(shí)總拉力為6600t（摩擦系數(shù)＞0.21），施工時(shí)采取措施改善接觸，減少摩擦系數(shù)，一般在這一步之前導(dǎo)管架已經(jīng)滑動(dòng)。

g. 若摩擦系數(shù)比預(yù)想的超出很多，在步驟f中導(dǎo)管架仍未啟動(dòng)，則可考慮將拉力千斤頂加力至700t，總拉力為7000t，（摩擦系數(shù)為0.22），或者增加備用助推千斤頂。

導(dǎo)管架啟動(dòng)后，操作拉力千斤頂，收緊因?yàn)閷?dǎo)管架滑道而松弛的牽引繩。同步增加8個(gè)拉力千斤頂?shù)膹埩?，每次加?0t，直到450t。預(yù)計(jì)在這一步的末期，導(dǎo)管架已經(jīng)滑動(dòng)。如果導(dǎo)管架仍然沒有滑動(dòng)，繼續(xù)加大千斤頂?shù)睦?，?0t為一步，增加到600t。導(dǎo)管架啟動(dòng)以后，繼續(xù)向前滑動(dòng)，防沉板離碼頭邊緣7m左右，可以利用滑道邊緣的等距標(biāo)志線來監(jiān)測(cè)滑移過程。在滑移過程中，可以利用Launch Cradle墊木與滑道上限位板的間隙來監(jiān)測(cè)兩Launch Cradle是否是平行于滑道直線行進(jìn)。若有需要，可對(duì)千斤頂?shù)膹埩M(jìn)行調(diào)整，以修正前進(jìn)姿態(tài)。在陸地拖拉的最后，牽引繩應(yīng)該放松，給駁船的升沉運(yùn)動(dòng)提供足夠的余量，直到裝船時(shí)刻的到來。接下來的工作將在良好的天氣條件下進(jìn)行，而且是在完成所有準(zhǔn)備工作，得到海事保險(xiǎn)的書面同意以后才能開始。整個(gè)拖拉過程按照調(diào)載計(jì)算和裝船布置圖中的步驟嚴(yán)格執(zhí)行，大約需要24步左右。在駁船的中央控制室應(yīng)設(shè)立一塊監(jiān)視板，記錄拖拉時(shí)候每一步駁船的狀態(tài)，與碼頭的相對(duì)高差以及壓載艙水深等。船舶吃水、壓載艙水深和實(shí)際潮高等信息應(yīng)有專人向拖拉控制中心實(shí)時(shí)報(bào)告。拖拉前，駁船應(yīng)根據(jù)調(diào)載報(bào)告和實(shí)際的潮高進(jìn)行預(yù)調(diào)以得到要求的狀態(tài)，船上滑道應(yīng)比陸地滑道低少許。利用系泊系統(tǒng)控制船位，使得船上滑道與陸地滑道共線。清理滑道表面，并涂上潤(rùn)滑材料。

接下來的這一步是將導(dǎo)管架拖過碼頭邊緣且探出20m左右：

a. 逐漸增大拉力千斤頂?shù)膹埩Φ?0t，平衡牽引繩的松弛，檢查每束鋼絲繩是否正常，確保在其全長(zhǎng)范圍內(nèi)沒有障礙。檢查鋼絲繩與千斤頂、錨固點(diǎn)的連接情況，確保沒有不受力的繩子。

b. 同步操作四個(gè)拉力千斤頂，每個(gè)千斤頂張力逐漸增加50t，檢查各束鋼絲繩的狀態(tài)，沒有確保鋼絲沒有溜滑。

c. 每次50t，逐漸同步加大千斤頂?shù)睦Γ钡矫總€(gè)千斤頂達(dá)到600t。預(yù)計(jì)在到達(dá)600t以前，導(dǎo)管架已經(jīng)滑動(dòng)。

d. 在滑移過程中，檢查L(zhǎng)aunch Cradle墊木與滑道限位板的間隙來監(jiān)測(cè)兩Launch Cradle是否是平行于滑道直線行進(jìn)。若有需要，可對(duì)千斤頂?shù)膹埩M(jìn)行調(diào)整，以修正前進(jìn)姿態(tài)。

e. 繼續(xù)滑移，直到導(dǎo)管架懸出碼頭邊緣20m，這個(gè)位置應(yīng)事先做好標(biāo)記。

f. 在這一步里，導(dǎo)管架和駁船搖臂并未直接接觸，因?yàn)榇藭r(shí)搖臂板平面低于滑道平面。

2) 停止拖拉，調(diào)載使搖臂與Launch Cradle墊木下表面接觸上，檢查二者位置、方向是否正常。

3) 繼續(xù)按照調(diào)載計(jì)算結(jié)果壓載，將導(dǎo)管架探出碼頭的那部分重量轉(zhuǎn)移到船上，這個(gè)可以通過壓載艙里的水深來監(jiān)測(cè)。

4) 按照拖拉步驟繼續(xù)滑移，同時(shí)按照調(diào)載計(jì)算結(jié)果進(jìn)行壓排載，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)移到船上的重量和彎矩。測(cè)量人員應(yīng)向中央控制室定時(shí)匯報(bào)船上滑道與碼頭滑道的高差，監(jiān)控和記錄船的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。拖拉操作人員應(yīng)根據(jù)船舶狀態(tài)隨時(shí)調(diào)整滑移速度，與調(diào)載操作相協(xié)調(diào)，配合滑移過程中重量和彎矩的順利轉(zhuǎn)移。有時(shí)候拖拉需要暫時(shí)停頓，等待調(diào)載完成。

5) 在滑移過程中，可以利用Launch Cradle墊木與滑道限位板的間隙來監(jiān)測(cè)兩Launch Cradle是否是平行于滑道直線行進(jìn)。若有需要，可對(duì)千斤頂?shù)膹埩M(jìn)行調(diào)整，以修正前進(jìn)姿態(tài)。

6) 4）和5）繼續(xù)重復(fù)進(jìn)行，直到Launch Cradle的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于搖臂的外邊緣，Launch Cradle墊木在陸地滑道上還剩余2m左右，滑移暫停，同時(shí)駁船排載使得導(dǎo)管架離開陸地滑道并有一定間隙。這樣操作是確保Launch Cradle全部上船時(shí)，駁船不會(huì)發(fā)生急劇下沉，避免可能存在的破壞。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 裝船失效分析

導(dǎo)管架裝船失效分析采用SACS軟件，由于駁船滑道與陸地滑道不可能完全齊平，考慮±25mm的高度差，計(jì)算分析共分為32個(gè)基本工況、44個(gè)組合工況進(jìn)行。裝船失效計(jì)算結(jié)果：

1）導(dǎo)管架裝船靜態(tài)最大支反力為2699.3噸，失效最大支反力為4615噸。

2）導(dǎo)管架節(jié)點(diǎn)沖剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，最大值為0.98。

3）導(dǎo)管架桿件UC值滿足規(guī)范要求，均小于1.0。

3.2 導(dǎo)管架裝船調(diào)載計(jì)算

計(jì)算結(jié)果顯示，駁船調(diào)載能達(dá)到的吃水范圍是7.0米到11.6米，吃水和潮汐高相差7.135米，故LW3-1導(dǎo)管架滑移裝船潮汐范圍要求為-0.135米到4.465米。根據(jù)青島潮汐表，滿足24小時(shí)潮汐的裝船時(shí)間能達(dá)到80%。

導(dǎo)管架在青島場(chǎng)地裝船，裝船標(biāo)高示意如圖1所示。

圖1 建造場(chǎng)地裝船標(biāo)高示意

3.3 導(dǎo)管架裝船輔助結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

滑移裝船輔助結(jié)構(gòu)包括：PULLING LUG 、DEADMAN 、LAUNCH CRADLE 、WET TOW PADEYE等，部分結(jié)構(gòu)有限元模型如圖2、圖3所示，PULLING最大應(yīng)力315Mpa、DEADMAN最大應(yīng)力206Mpa、LAUNCH CRADLE最大應(yīng)力280Mpa、WET TOW PADEYE最大應(yīng)力則為272Mpa。

圖2 Pulling Lug & Deadman 有限元模型

圖3 Launch cradle reinforcement&Wet Tow Padeye有限元模型

4 結(jié)語

隨著我國(guó)海洋油氣事業(yè)的迅速發(fā)展，海洋工程的深水化、海洋結(jié)構(gòu)物的大型化勢(shì)在必行。拖拉滑移裝船法是大型海洋結(jié)構(gòu)物裝船常用的一種方法，本文基于南海某油田開發(fā)項(xiàng)目中大型導(dǎo)管架裝船案例，對(duì)拖拉滑移裝船法的施工程序及步驟、失效分析、調(diào)載計(jì)算以及關(guān)鍵部件分析等進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹，可為同類項(xiàng)目施工提供參考借鑒。