超高型鉆井包海上整體安裝技術(shù)

王吉祥、賀辰、孟維超、魯華偉、李文博

（海洋石油工程股份有限公司，天津，300452）

國內(nèi)海洋石油行業(yè)是改革開放后第一個全方位對外開放的工業(yè)行業(yè)，經(jīng)過近40年的對外合作和苦練內(nèi)功，已取得長足進步。海洋石油平臺設(shè)計已經(jīng)走出前期模仿階段，消化吸收后進行自主化、標(biāo)準(zhǔn)化研究，具備按照個性化需求進行定制化設(shè)計建造安裝的能力。各施工板塊大量創(chuàng)新性工藝方法投入到生產(chǎn)實踐：導(dǎo)管架根據(jù)吊裝或滑移下水形式而選擇立式或躺式建造，組塊根據(jù)浮托或吊裝安裝方式而選擇整體或分塊建造。常規(guī)井口平臺上部鉆修機模塊井架高度較高，就位位置在標(biāo)高較高的組塊頂甲板，一般廠家僅要求對井架基座模塊吊裝精就位，后續(xù)在平臺吊機配合下自行完成組裝和提升[1]。

本文探討的項目，即為滿足業(yè)主短建造周期快速投產(chǎn)需求，利舊鉆井包，克服主作業(yè)船吊機吊高接近極限、鉆井包偏心、吊裝框架系統(tǒng)索具超長吊裝穩(wěn)性差等困難，成功完成國內(nèi)井口平臺首例鉆井包整體海上安裝就位[2]。此舉大幅度降低了鉆井包海上安裝、連接、調(diào)試的周期，充分發(fā)掘公司自有超大型浮吊船裝備能力，采用創(chuàng)新性思維摒棄傳統(tǒng)井架分段形式，解決業(yè)主關(guān)注事項即投產(chǎn)里程碑，提高業(yè)主滿意度。

1 結(jié)構(gòu)物參數(shù)

鉆井包尺寸為 28.3米×15.8米×57.5米，重量為 756.6噸。井架下底座（即橫向軌道）固定在組塊強梁上。井架下底座和上底座是通過軌道上下面板上的導(dǎo)向板和導(dǎo)向槽配合連接，通過齒條傳動，井架上底座可在下底座上滑動。井架用螺栓固定在井架上底座上。鉆井包結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。鉆井包重量重心情況：重量重心縱向位置（距軌道艉端點）6.73米，重量重心橫向位置0米，重量重心高度位置（距主甲板）7.85米。

圖1 鉆井包結(jié)構(gòu)示意圖

2 陸地準(zhǔn)備工作

2.1 吊裝方案

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，決定采用吊裝框架進行吊裝，防止吊裝過程中鋼絲繩與井架碰撞，通過對吊裝框架及鋼絲繩進行強度分析保證吊索具強度滿足要求，吊裝方案如圖2所示。

圖2 鉆井包海上吊裝示意圖

鉆井包吊裝重量為 756t，吊耳及井架下軌道改造還有局部加強 100t，因鉆井包重心靠近艉部,為保證吊裝安全,將吊裝重心向艏部調(diào)整,故增加吊裝配重 100t，總重約 956t。

根據(jù)井架重量、重心，設(shè)計吊耳位置，吊點位于重量重心上方 72m。為保證鋼絲繩與吊裝框架的角度大于 60°，吊裝框架距離吊點20.354m。

2.2 吊裝框架

吊裝框架強度為滿足如圖3應(yīng)力要求的強度，是用四根Φ762×25mm 的鋼管焊接圍成的框架。四個鋼管焊接在四角的Φ1500×40mm 的鋼管上，在Φ1500mm 鋼管內(nèi)焊接一個 76mm 厚的吊裝眼板，眼板與Φ1500mm 鋼管做全熔透焊接，焊接牢固。眼板周圍焊接R310mm 和 R235mm 的耳板，兩耳板厚度分別是 50mm 和 25mm。吊裝框架內(nèi)用Φ762×16mm 管做斜撐用來加強結(jié)構(gòu)。

圖3 吊裝框架起吊鉆井包時應(yīng)力分布

吊裝框架上面的鋼絲繩一端掛在浮吊船副鉤鉤齒上，一端通過卡環(huán)掛在吊裝框架的上部吊耳上，將吊裝框架吊起。吊裝框架下部吊耳同樣通過卡環(huán)掛著鋼絲繩，鋼絲繩的另一端掛在鉆井包的吊耳上。

2.3 吊裝框架預(yù)掛扣

經(jīng)過配扣計算，鉆井包根據(jù)詳設(shè)方案通過1個框架和上下各4組索具吊裝，下4組索具由2根索具和數(shù)個卡環(huán)接長組成。最終吊裝系統(tǒng)由1個框架，13條無接頭索具和19個卡環(huán)組成。將吊裝框架系統(tǒng)的鉤頭投影與鉆井包配重后的吊裝重心位置豎向?qū)φ?，進行索具配置。

由于系統(tǒng)組成復(fù)雜，使用利庫舊索具經(jīng)過拉力試驗長度變量大，存在諸多風(fēng)險，包括但不限于：1）利庫舊索具實際使用長度與設(shè)計長度偏差，影響最終起吊后結(jié)構(gòu)物水平狀態(tài)；2）多種規(guī)格卡環(huán)連接適配性，包括銷軸與吊點間匹配度，弓對弓連接規(guī)范性，口寬與索具直徑匹配性，以及弓高對配扣長度影響；3）配扣圖紙的復(fù)雜與專業(yè)性，現(xiàn)場掛扣施工容易出現(xiàn)索具位置錯誤；4）吊裝框架結(jié)構(gòu)限制，導(dǎo)致框架下部卡環(huán)與索具掛扣不易操作，掛扣作業(yè)需要較長時間，因此預(yù)掛扣作業(yè)應(yīng)安排在陸地出海前完成。

3 海上準(zhǔn)備工作

3.1 拋錨就位

油田區(qū)域平臺密度大，水下管纜繁雜密集，施工中為保證浮吊船在海面上保持相對位置，需保證錨泊系統(tǒng)可靠性，以保證錨纜張力、大抓力錨與海底管纜安全距離、浮吊船與平臺安全距離[3]。本項目最終錨泊系統(tǒng)中8根工作錨纜長度在1500-1900米不等，每根錨纜分布2-5個DP浮筒以規(guī)避與海底管纜磕碰磨損風(fēng)險。每顆錨著泥后均需進行錨張力試驗以防發(fā)生溜錨事件。

3.2 海上試吊

吊裝框架系統(tǒng)重量大，運輸布置位置偏船尾，常規(guī)方式起吊主吊跨距有限起吊需要移船。為節(jié)約海上施工工期，在前期組塊吊裝船位適合時已安排將吊裝框架系統(tǒng)提前吊放至浮吊船甲板，進行吊裝前數(shù)據(jù)狀態(tài)檢查和調(diào)試準(zhǔn)備工作，節(jié)省駁船調(diào)整船位時間。

鉆井包吊裝前移除綁扎固定期間，主吊機在絞車、船載履帶吊配合下進行吊裝框架底部卡環(huán)與鉆井包吊點連接作業(yè)。期間注意吊裝框架標(biāo)記軸向，以及掛扣期間吊裝框架與鉆井包井架頂部間距極小可能引發(fā)的碰撞風(fēng)險。

吊裝框架系統(tǒng)連接完成后，緩慢加力至設(shè)計吊重60%，期間密切關(guān)注各索具狀態(tài)判斷是否受力，動態(tài)調(diào)整主吊吊鉤位置使接近實際重心。綜合考量鉆井包與索具狀態(tài)是否滿足吊裝要求，等待合適氣象水文窗口決策起吊。

3.3 滑道梁精就位

鉆井包在平臺就位位置需提前預(yù)制滑道梁，因與組塊吊點位置干涉，其中4組滑道梁需在組塊吊裝完成后切割吊點后進行就位固定焊接檢驗。滑道梁不僅作為鉆井包就位支撐，平臺運營期間鉆井包需在其上滑動就位以覆蓋平臺所有井口鉆完井作業(yè)。還需預(yù)留鉆井包拆除方案技術(shù)冗余，從西側(cè)組塊布置連續(xù)滑道梁，鉆井包自行滑移至鉆井船復(fù)員。因此滑道梁就位精度要求極高，超過了中國海洋石油總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HS 2007.2-2002 3.10.7中常規(guī)水平度、平行度誤差要求[1]，提升至苛刻的2mm誤差標(biāo)準(zhǔn)。

滑道梁的安裝精度與組塊的精度密切相關(guān)，而組塊的精度則依賴于導(dǎo)管架水平度[4]及過渡段的安裝精度，項目特制的三件分段式過渡段通過全過程測量控制最終精度控制優(yōu)異。

為滿足鉆井包精就位可操作性與高精度要求，在平臺南側(cè)滑道梁旁預(yù)制鉆井包就位導(dǎo)向。采用拼接大尺寸工字鋼加斜撐形式保證強度，內(nèi)側(cè)設(shè)計平滑斜面引導(dǎo)鉆井包井架底座結(jié)構(gòu)平順精確就位。

4 海上吊裝就位

海上吊裝前準(zhǔn)備工作完成后，確認(rèn)鉆井包海上試吊成功后，通知進行100%切除綁扎固定，開始海上起吊。主鉤逐漸加力至鉆井包底座與運輸駁船的支撐結(jié)構(gòu)完全分離，繼續(xù)吊起一定高度后，通過旋轉(zhuǎn)吊機扒桿與絞錨移船相結(jié)合方式，使鉆井包到達組塊西側(cè)預(yù)定就位通道起始位置。通過變幅和旋轉(zhuǎn)扒桿等操作，結(jié)合導(dǎo)向絞車調(diào)整鉆井包朝向，使鉆井包沿就位通道到達設(shè)計位置上沿，保持與就位導(dǎo)向適當(dāng)接觸。吊車指揮人員通過觀察鉆井包擺動周期和幅度，指揮吊機主鉤擇機下放，使鉆井包順利、安全就位于滑道梁設(shè)計位置[5]。

5 結(jié)語

海洋工程行業(yè)近年來，伴隨著海洋石油行業(yè)的成熟和創(chuàng)新型發(fā)展，以及海上風(fēng)電施工高峰期大量突破和挑戰(zhàn)性實踐，超高型結(jié)構(gòu)物整體吊裝案例愈來愈多。本文通過超高型鉆井包海上整體安裝成功案例分析，技術(shù)經(jīng)驗分享交流，用實踐證明了該工藝有效可行。