移動(dòng)式海洋平臺(tái)的模塊連接標(biāo)準(zhǔn)化研究

余 捷，于 超，孫海防，翟 東，仝英利

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452)

0 引 言

可移動(dòng)平臺(tái)是一種可在不同井位間移動(dòng)并進(jìn)行作業(yè)的海上多功能平臺(tái)，具有安裝費(fèi)用低、可重復(fù)利用、搬遷方便的特點(diǎn)[1]?？梢苿?dòng)平臺(tái)模塊化是根據(jù)通用化、系列化、組織化的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)原則，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，將平臺(tái)設(shè)備設(shè)施根據(jù)其功能進(jìn)行分割和整合從而實(shí)現(xiàn)模塊功能單元化、平臺(tái)目標(biāo)多樣化，以滿足不同用戶多樣化的作業(yè)需求[2]。但現(xiàn)有模塊化設(shè)計(jì)中各模塊單元接口眾多，模塊與平臺(tái)間連接需求不同，工藝流程連接類型不同，儀表、通信、電氣、安全等接口沒有統(tǒng)一設(shè)計(jì)和連接標(biāo)準(zhǔn)，無法有效實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與各模塊以及各模塊間的通用性及快速連接安裝的需求。因此，需要通過模塊連接標(biāo)準(zhǔn)化研究和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更加高效的模塊標(biāo)準(zhǔn)化拼裝和模塊內(nèi)設(shè)備的調(diào)換，使平臺(tái)能夠利用自有吊裝設(shè)備經(jīng)搭積木的總裝過程將不同的單元進(jìn)行高效有序的總裝、快速簡(jiǎn)易的改裝，以滿足不同業(yè)務(wù)的需求，降低裝備投資及后期運(yùn)維改造成本[3-6]。

1 功能模塊梳理

為了滿足多樣化作業(yè)需求，以模塊安全性、可操作性、合理性和對(duì)應(yīng)性為原則[7]，通過對(duì)現(xiàn)有可移動(dòng)平臺(tái)的功能進(jìn)行梳理，將平臺(tái)設(shè)備設(shè)施劃分為液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個(gè)功能模塊。

①液壓舉升修井機(jī)作業(yè)對(duì)象為平臺(tái)的井口區(qū)，非 作業(yè)工況的支持平臺(tái)主要為液壓舉升修井機(jī)設(shè)備提供存儲(chǔ)的空間。液壓舉升修井機(jī)主體由下底座、上底座、操作平臺(tái)、懸臂梁等組成，設(shè)置2套滑移裝置，通過可鎖緊的液壓裝置推動(dòng)，使液壓舉升修井機(jī)整體可以在下滑軌上橫向移動(dòng)，鉆臺(tái)可以在上滑軌上縱向移動(dòng)，保證修井機(jī)可以覆蓋作業(yè)平臺(tái)的任意一個(gè)井位。液壓舉升模塊布置如圖1所示。

圖1 液壓舉升模塊布置圖 Fig.1 Layout of hydraulic lifting module

②伴生氣回收是將油氣集輸工藝過程中的油氣分離和原油穩(wěn)定等環(huán)節(jié)所得到的油田伴生氣進(jìn)行進(jìn)一步加工。伴生氣回收模塊主要包括預(yù)處理模塊(伴生氣脫酸橇)、增壓模塊、凈化模塊(伴生氣脫水橇)、胺液再生橇、分子篩再生橇、伴生氣液化橇、混合制冷壓縮機(jī)橇、冷卻劑儲(chǔ)存橇、LNG儲(chǔ)罐橇等，模塊布置如圖2所示。

圖2 伴生氣回收模塊布置圖(單位：m) Fig.2 Layout of associated gas recovery module

③熱注采油技術(shù)是通過向油層提供熱能提高油層巖石和流體的溫度，減小油層滲流阻力，以達(dá)到更好地開采稠油和高凝油的目的。該模塊主要包括蒸汽鍋爐、大型儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)、海水提升泵等，模塊布置如圖3所示。

圖3 熱注模塊布置圖(單位：m) Fig.3 Layout of heat injection module

④酸化壓裂模塊的流程主要包括酸化和壓裂兩部分，酸化作業(yè)流程為淡水通過壓裂泵對(duì)目標(biāo)井進(jìn)行替酸，合格濃度酸液通過壓裂泵增壓后進(jìn)入目標(biāo)井進(jìn)行擠酸操作，之后淡水經(jīng)壓裂泵對(duì)目標(biāo)井進(jìn)行頂替；壓裂作業(yè)中前置液經(jīng)壓裂泵增壓通過匯管匯總后持續(xù)進(jìn)入目標(biāo)井進(jìn)行壓裂造縫，支撐物通過混砂橇與壓裂用的膠液均勻混合后經(jīng)壓裂泵和匯管進(jìn)入目標(biāo)井。酸化壓裂模塊包括：壓裂泵橇、混砂橇、混配橇、化添橇、酸液罐、砂罐、高壓軟管滾筒、砂堆場(chǎng)等，模塊布置如圖4所示。

圖4 酸化壓裂模塊布置圖(單位：m) Fig.4 Layout of acidizing and fracturing module

本文根據(jù)這4個(gè)功能模塊相關(guān)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行模塊連接標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

2 功能模塊連接標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程連接類型

液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個(gè)功能模塊與上部組塊間的物流連接類型以管道為主，而管道之間連接方式分法蘭連接、螺紋連接、焊接、承插連接、粘結(jié)連接、卡壓連接、熱熔連接、溝槽(卡箍)連接、壓縮連接、電熔連接、卡套式連接。在海洋石油行業(yè)中又以法蘭連接、螺紋連接、焊接為主，由于功能模塊具有多次更換的特點(diǎn)，為便于后期拆卸[8]，不采用焊接方式，螺紋連接多在低壓工況下，GC1等級(jí)壓力管道適用管徑不大于6.67cm，GC2等級(jí)壓力管道適用管徑不大于20cm，GC3等級(jí)壓力管道適用管徑不大于40cm，適用范圍受限較多。因此，各功能模塊工藝流程連接類型選擇法蘭連接。

2.2 模塊與平臺(tái)連接形式

各功能模塊接口通用形式有以下4處：①各功能模塊與組塊接口管線均用法蘭連接，此處壓力等級(jí)低，均為平面法蘭；②各功能模塊與組塊接口配對(duì)法蘭及墊片均由組塊提供；③關(guān)于海水、淡水系統(tǒng)需提供ASME B16.5 150LB 16Mn WN-RF GALV法蘭，公用氣、消防水系統(tǒng)需提供ASME B16.5 150LB 16Mn NPT-RF GALV；④各功能模塊與組塊的管線接口界面應(yīng)在上甲板以上500mm高處預(yù)留法蘭+盲板。

各模塊由于功能差異與平臺(tái)連接必須采用差異化設(shè)計(jì)的連接形式有以下幾處：①液壓舉升模塊，該模塊應(yīng)預(yù)留排放槽的位置；該模塊進(jìn)入基礎(chǔ)平臺(tái)泥漿艙的開排管線采用12in(304.8mm)，布置在頂層甲板的防噴器儲(chǔ)能器與BOP相連的12根液壓管線采用1in(25.4mm)，為防噴器、儲(chǔ)能器供儀表氣的管線采用2in(50.8mm)；②伴生氣回收模塊，該模塊中MDEA再生重沸器和再生加熱器使用導(dǎo)熱油，功率為750kW，導(dǎo)熱油主體設(shè)置到基礎(chǔ)平臺(tái)，導(dǎo)熱油進(jìn)出口管線，由基礎(chǔ)平臺(tái)方負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和出料單，該模塊經(jīng)過組塊部分的海水排海管采用6in(152.4mm)；③熱注模塊，為了消除熱應(yīng)力和平臺(tái)間位移的影響，該模塊海水原油、生產(chǎn)水、高溫蒸汽和氮?dú)夤芫€與作業(yè)平臺(tái)連接處，采用2個(gè)幾字型膨脹彎設(shè)計(jì)，經(jīng)過組塊部分的排海管線采用8in(203.2mm)；④酸化壓裂模塊，為了消除脈沖抖動(dòng)和平臺(tái)間位移的影響，與作業(yè)平臺(tái)連接處采用2個(gè)幾字形膨脹彎設(shè)計(jì)，經(jīng)過組塊部分的返排液去拖輪通岸接口采用4in(101.6mm)。

2.3 儀表連接設(shè)計(jì)

液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個(gè)功能模塊不單獨(dú)設(shè)置火氣系統(tǒng)，各模塊與所有火氣探測(cè)報(bào)警設(shè)備連接設(shè)計(jì)均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，通過接口接線箱接至上部組塊火氣系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 各功能模塊與火氣系統(tǒng)連接示意圖 Fig.5 Schematic diagram of connection between functional modules and fire and gas system

各功能模塊在電控間均設(shè)置一套專用控制系統(tǒng)，當(dāng)相應(yīng)模塊出現(xiàn)異常情況時(shí)，把關(guān)斷反饋信號(hào)發(fā)送至作業(yè)平臺(tái)的中控系統(tǒng)；當(dāng)作業(yè)平臺(tái)出現(xiàn)異常情況時(shí)，各功能模塊專用控制系統(tǒng)接受作業(yè)平臺(tái)的關(guān)斷信號(hào)，具體連接形式如圖6所示。

圖6 各功能模塊專用控制系統(tǒng)與作業(yè)平臺(tái)中控系統(tǒng)連接示意圖 Fig.6 Schematic diagram of connection between special control system of each functional module and central control system of operation platform

2.4 通信連接設(shè)計(jì)

各功能模塊與上部組塊和生活樓共用一套通信系統(tǒng)，其中包括公共廣播/報(bào)警系統(tǒng)采用PA/GA SYSTEM；自動(dòng)電話系統(tǒng)采用PABX SYSTEM；局域網(wǎng)系統(tǒng)采用LAN SYSTEM；工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)采用CCTV SYSTEM。

2.5 安全連接設(shè)計(jì)

以模塊的安全性、可靠性、合理性為前提，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性[9-10]，根據(jù)各功能模塊消防安全實(shí)際需求進(jìn)行安全接口差異化設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)如下：①液壓舉升模塊，消防水系統(tǒng)20cm管接頭2路，流量300m3/h，需求壓力950kPaG；②伴生氣回收模塊，消防水系統(tǒng)26.7cm管接頭2路，流量580m3/h，需求壓力950kPaG，淡水系統(tǒng)6.7cm接口2路，用于洗眼站，流量20m3/h，需求壓力200kPaG，干粉滅火系統(tǒng)提供3000kg干粉充裝量用于LNG和NGL罐區(qū)的消防保護(hù)；③熱注模塊，消防水系統(tǒng)13.3cm管接頭 2路，流量180m3/h，需求壓力950kPaG，淡水系統(tǒng)6.7cm接口1路，用于洗眼站，流量5m3/h，需求壓力200kPaG；④酸化壓裂模塊，消防水系統(tǒng)26.7cm管接頭2路，流量430m3/h，需求壓力950kPaG，淡水系統(tǒng)2in(50.8mm)接口1路，用于洗眼站，流量5m3/h，需求壓力200kPaG。

3 各模塊與平臺(tái)連接安裝方案

為了縮短拆裝時(shí)間，各功能模塊采用模塊化設(shè)計(jì)，且按照工藝流程進(jìn)行布置，模塊間通過管線連接，并充分考慮安裝、拆除、維修空間[11]，針對(duì)液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂模塊分別設(shè)計(jì)一套與平臺(tái)連接的安裝方案。

3.1 液壓舉升模塊安裝方案

①高壓泥漿泵橇(包括柴油機(jī)、泥漿泵、灌注泵、柴油罐)、泥漿池橇(包括泥漿池、攪拌器、混合泵、混合漏斗等)、電氣間與平臺(tái)采用螺栓連接，在支持平臺(tái)甲板上預(yù)留橇塊安裝底座。

②液壓舉升裝置的滑軌與支持平臺(tái)甲板采用焊接型式或螺栓連接型式，液壓舉升滑移模塊與滑軌利用棘爪及卡板實(shí)現(xiàn)對(duì)接，既保證了強(qiáng)度要求，又能夠滿足叢式井的作業(yè)要求。

3.2 伴生氣回收模塊安裝方案

①壓縮機(jī)屬于大型振動(dòng)設(shè)備，其位于平臺(tái)主受力腿柱，且下方需布置能夠抑制其振幅的結(jié)構(gòu)梁，為了保證連接可靠性，且考慮到支持平臺(tái)安裝多種設(shè)備的通用性，需要在結(jié)構(gòu)梁上焊接設(shè)備安裝墊板，將壓縮機(jī)等高振動(dòng)設(shè)備通過螺栓或焊接與墊板進(jìn)行連接。

②其他橇塊類設(shè)備通過鋼制底座將橇內(nèi)設(shè)備進(jìn)行集成，隨后將橇塊底座與平臺(tái)連接，安裝前應(yīng)校核下方結(jié)構(gòu)梁的強(qiáng)度。

③LNG儲(chǔ)罐橇主要包括41個(gè)儲(chǔ)罐，由于其數(shù)量多、單體尺寸大，為了減少占地面積、便于吊裝運(yùn)輸，將儲(chǔ)罐布置于鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)，并分3層布置，每層層高約5m。LNG儲(chǔ)罐橇受風(fēng)面積較大，為了抵御海上惡劣天氣的影響，結(jié)構(gòu)梁與支持平臺(tái)通過滿焊連接。

④設(shè)備裝船前，伴生氣回收各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設(shè)備完成吊裝安裝，設(shè)備到達(dá)作業(yè)海域后，其內(nèi)部吊裝作業(yè)通過支持平臺(tái)自身吊機(jī)實(shí)現(xiàn)物資、人員、設(shè)備維修等吊裝作業(yè)。

3.3 熱注模塊安裝方案

①蒸汽鍋爐為大型振動(dòng)設(shè)備，位于平臺(tái)主受力腿柱，且下方需布置能夠抑制其振幅的結(jié)構(gòu)梁，為了保證連接可靠性，且考慮到支持平臺(tái)安裝多種設(shè)備的通用性，需要在結(jié)構(gòu)梁上焊接設(shè)備安裝墊板。

②海水提升泵安裝在支持平臺(tái)海水提升泵區(qū)，支持平臺(tái)應(yīng)為其預(yù)留護(hù)管、揚(yáng)水管掛點(diǎn)及安裝支座，頂部安裝吊耳及滑道，以便于海水提升泵后續(xù)的檢修及換泵作業(yè)。

③大型儲(chǔ)罐、壓縮機(jī)等橇塊通過鋼制底座將橇內(nèi)設(shè)備進(jìn)行集成，隨后將橇塊底座與平臺(tái)連接，安裝前應(yīng)校核下方結(jié)構(gòu)梁的強(qiáng)度。

④設(shè)備裝船前，熱注各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設(shè)備完成吊裝安裝，設(shè)備到達(dá)作業(yè)海域后，其內(nèi)部吊裝作業(yè)通過支持平臺(tái)自身吊機(jī)實(shí)現(xiàn)物資、人員、設(shè)備維修等吊裝作業(yè)。

3.4 酸化壓裂模塊安裝方案

①壓裂泵橇為大型振動(dòng)設(shè)備，數(shù)量較多，位于平臺(tái)主受力腿柱，且下方需布置能夠抑制其振幅的結(jié)構(gòu)梁，為了保證連接可靠性，并考慮到支持平臺(tái)安裝多種設(shè)備的通用性，需要在結(jié)構(gòu)梁上焊接設(shè)備安裝墊板。 ②混砂橇、混配橇、化添橇、酸液罐、砂罐等橇塊通過鋼制底座將橇內(nèi)設(shè)備進(jìn)行集成，隨后將橇塊底座與平臺(tái)連接，安裝前應(yīng)校核下方結(jié)構(gòu)梁的強(qiáng)度。

③高壓滾筒橇安裝在支持平臺(tái)船舷邊，其支撐結(jié)構(gòu)框架與平臺(tái)主結(jié)構(gòu)固定。

④設(shè)備裝船前，酸化壓裂各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設(shè)備完成安裝，設(shè)備到達(dá)作業(yè)海域后，其內(nèi)部吊裝作業(yè)通過支持平臺(tái)自身吊機(jī)實(shí)現(xiàn)物資、人員、設(shè)備維修等吊裝就位。

4 結(jié) 語

在當(dāng)前低油價(jià)的形勢(shì)下，降本增效是海洋石油發(fā)展的主要目標(biāo)?？梢苿?dòng)平臺(tái)在向著低租金、多功能、模塊化、根據(jù)需求快速變裝的方向發(fā)展。本文根據(jù)實(shí)際需求將平臺(tái)設(shè)備設(shè)施分為液壓舉升、伴生氣回收、熱注模塊和酸化壓裂4個(gè)模塊，標(biāo)準(zhǔn)化連接設(shè)計(jì)包括：工藝流程連接類型均采用法蘭連接；模塊與平臺(tái)連接形式部分采用差異化連接；儀表、通信連接采用標(biāo)準(zhǔn)通用化設(shè)計(jì)；安全連接由于消防需求的不同且考慮經(jīng)濟(jì)性，故采用差異化設(shè)計(jì)。本文根據(jù)功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)成果同時(shí)對(duì)4個(gè)功能模塊的安裝方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，保障功能模塊安裝過程安全、有序、便捷地進(jìn)行。

對(duì)模塊接口的標(biāo)準(zhǔn)化連接設(shè)計(jì)和安裝方案設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步提升模塊建造質(zhì)量，減少裝備建造工期，降低工程成本，提升模塊安裝、拆卸、搬運(yùn)的便利性和可靠性，促進(jìn)模塊化可移動(dòng)平臺(tái)向更高分離度和更合理的方向發(fā)展?！?/p>