深水導(dǎo)管架滑移裝船技術(shù)研究

第一作者簡介：王彪（1985-），男，海洋工程（結(jié)構(gòu)）工程師。研究方向為海洋工程結(jié)構(gòu)物安裝。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.005

摘" 要：該研究以“海基一號”導(dǎo)管架為例對深水導(dǎo)管架滑移裝船進行技術(shù)研究，從設(shè)備選型布局、拖拉點設(shè)計、滑道鋪設(shè)、碼頭強度校核、駁船系泊及駁船調(diào)載等多個方面進行技術(shù)分析，為深水導(dǎo)管架裝船提供較為合理的滑移裝船技術(shù)方案。該項技術(shù)能夠指導(dǎo)深水導(dǎo)管架滑移裝船設(shè)計與施工，為深水油氣開發(fā)建設(shè)大型結(jié)構(gòu)物裝船領(lǐng)域提供技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：深水導(dǎo)管架；滑移裝船；摩擦力；駁船；滑道

中圖分類號：TE95" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）21-0020-04

Abstract： This study takes \"Haiji-1\" jacket as an example to study the technology of slip loading of deep-water jacket. Technical analysis is carried out from the aspects of equipment selection and layout， towing point design， slide laying， wharf strength check， barge mooring and barge load regulation， in order to provide a more reasonable slip loading technical scheme for deep-water jacket loading. This technology can guide the design and construction of deep-water jacket slip loading， and provide technical basis for deep-water oil and gas development and construction of large-scale structural loading.

Keywords： deep-water jacket; slip loading; friction; barge; slide

導(dǎo)管架平臺是世界范圍內(nèi)海上油氣田開發(fā)應(yīng)用最為廣泛的固定式平臺，目前應(yīng)用水深已經(jīng)超過400 m。隨著我國海上油氣勘探開發(fā)逐步走向深水，近年來，300 m級深水導(dǎo)管架平臺已經(jīng)從探索階段走向發(fā)展階段[1]，同時，我國深水導(dǎo)管架平臺的設(shè)計、建造及安裝技術(shù)也逐步走向成熟。

深水導(dǎo)管架是平臺支撐的根本，深水導(dǎo)管架的裝船、運輸[2]及海上安裝[3]相比于百米水深的導(dǎo)管架面臨著設(shè)計難度大、施工風(fēng)險高、船舶裝備受限等一系列難題。

導(dǎo)管架裝船按照裝船方式可以分為吊裝裝船、滑移裝船、軸線車裝船[4]等。而滑移裝船又分為拖拉絞車裝船和拉力千斤頂裝船，前者適用于重量較輕的結(jié)構(gòu)物，后者適用于大型結(jié)構(gòu)物的裝船。本文以“?；惶枴鄙钏畬?dǎo)管架裝船為例，對300 m水深級深水導(dǎo)管架滑移裝船技術(shù)進行研究。

1" 深水導(dǎo)管架

深水導(dǎo)管架平臺通常采用臥式建造[5]，建造完工后采用滑移裝船的方式拖拉至導(dǎo)管架下水駁船。“?；惶枴睂?dǎo)管架按照百年一遇的惡劣海況設(shè)計[6]，設(shè)計高度302 m，設(shè)計重量達(dá)到3萬t。“?；惶枴保▓D1）是我國首次嘗試深水導(dǎo)管架平臺開發(fā)的模式，其將生產(chǎn)系統(tǒng)從水下搬到了平臺上，具有開發(fā)投資低、生產(chǎn)成本低、國產(chǎn)化率高的顯著優(yōu)勢，其的成功應(yīng)用為有效開發(fā)我國中深水海域的油氣資源開拓了一條新路[7]。

2" 導(dǎo)管架滑移下水駁船

“?；惶枴逼脚_作為已建成的亞洲第一深水導(dǎo)管架平臺，對現(xiàn)有船舶裝備能力挑戰(zhàn)巨大，在全球范圍內(nèi)能夠完成3萬t級導(dǎo)管架滑移下水的駁船僅荷蘭的“H-851”和中國的“海洋石油229”（圖2）?！昂Ｑ笫?29”船設(shè)計導(dǎo)管架下水能力38 500 t，為“前窄后寬”船體結(jié)構(gòu)，船艏50 m區(qū)域?qū)?2 m，船艉150 m區(qū)域?qū)?5 m，中間15型寬漸變，設(shè)計型深14.25 m。主要船舶技術(shù)參數(shù)見表1[8]。

3" 滑移裝船技術(shù)研究

3.1" 導(dǎo)管架裝船設(shè)備

根據(jù)DNV·GL規(guī)范要求，導(dǎo)管架滑移裝船的摩擦力應(yīng)選取啟動摩擦系數(shù)0.25，滑移摩擦系數(shù)0.08，裝船設(shè)備提供的拉力應(yīng)同時具備上述2種工況，以保證裝船作業(yè)具有足夠的拉力。經(jīng)過計算，所需啟動拉力即最大啟動靜摩擦力F靜=G×9.8×0.25=30 000×9.8×0.25=73 500 kN；最大滑移摩擦力F摩=G×9.8×0.08=30 000×9.8×0.08=23 520 kN。

通過摩擦力計算，結(jié)合當(dāng)前市場上常用裝船設(shè)備，選用8臺9 000 kN拉力千斤頂（圖3）作為主要裝船設(shè)備，4臺4 000 kN液壓千斤頂作為導(dǎo)管架啟動設(shè)備，此套系統(tǒng)可以提供裝船啟動拉力F啟=9 000×8+4 000×4=88 000 kN，提供滑移拉力F滑=9 000×8=72 000 kN。F啟＞F靜且F滑＞F摩，裝船設(shè)備能夠滿足“?；惶枴睂?dǎo)管架裝船能力需要。

3.2" 導(dǎo)管架裝船拖點設(shè)計

深水導(dǎo)管架由于采用臥式進行建造，其長度大于下水駁船長，導(dǎo)管架在駁船上運輸布置時探出駁船艏艉兩端。受其影響，導(dǎo)管架裝船拖點僅能設(shè)計在滑靴的兩側(cè)，采用前后2排交錯布局的方式（圖4），而駁船一側(cè)錨點同樣需要在高度和寬度上與拖點保持一致（圖5），同時要嚴(yán)格控制高度，避免與導(dǎo)管架發(fā)生干涉。

3.3" 導(dǎo)管架滑移滑道

導(dǎo)管架滑移滑道作為重要的承重導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，分為陸用滑道及船用滑道。陸用滑道除用于導(dǎo)管架承重導(dǎo)向作用，還是導(dǎo)管架建造過程中最重要的支撐結(jié)構(gòu)[9]。船用滑道通常與駁船甲板進行焊接固定，用于導(dǎo)管架裝船、運輸及導(dǎo)管架固定。為進一步降低導(dǎo)管架裝船過程中的摩擦力，滑道表面采用鋪設(shè)特氟龍板的方式使導(dǎo)管架裝船過程由“木頭-鋼”的接觸形式變?yōu)椤澳绢^-特氟龍板”接觸形式[10]，從而降低導(dǎo)管架裝船的摩擦系數(shù)。特氟龍板的鋪設(shè)方式如圖6所示。

深水導(dǎo)管架裝船對碼頭的承載力要求較高，在設(shè)計階段應(yīng)對碼頭強度進行校核計算（圖7），并增加陸用滑道與碼頭的接觸面，以減小對碼頭的壓強（圖8）。

鑒于導(dǎo)管架探出駁船艏艉兩端，導(dǎo)管架滑移下水滑動后，探出船艏的部分滑靴將逐漸重新進入滑道。在船用滑道靠近船艏一側(cè)設(shè)計導(dǎo)向滑道（圖9），滑道面采用大直徑圓弧設(shè)計，能夠更好地引導(dǎo)滑靴滑動，同時降低滑道棱角對滑靴底部破壞的風(fēng)險。

3.4" 駁船系泊

導(dǎo)管架裝船設(shè)備及滑道等安裝后，導(dǎo)管架下水駁船艉靠碼頭進行系泊，駁船設(shè)計采用8根系泊纜繩系泊，每根系泊纜繩均采用液壓絞車輔助收放（圖10）。根據(jù)DNV規(guī)范要求，整套系泊系統(tǒng)按照風(fēng)速20 m/s，表面流速1 m/s，有義波高1 m進行系泊計算，系泊系統(tǒng)應(yīng)具備3倍以上的安全系數(shù)。

3.5" 駁船調(diào)載

依據(jù)DNV規(guī)范，導(dǎo)管架裝船期間應(yīng)保持船用滑道和陸地滑道高差在±25 mm范圍之內(nèi)。通過實時調(diào)整駁船各壓載艙水量來抵消潮汐及導(dǎo)管架載荷轉(zhuǎn)移的影響，通過調(diào)載計算分析[11]，“?；惶枴睂?dǎo)管架裝船時間約為30 h，在調(diào)載計算時還應(yīng)考慮船舶型深能否滿足最高潮和最低潮時調(diào)載要求，以及漲落潮速率對調(diào)載設(shè)備的要求（圖11）[12]?！昂Ｑ笫?29”壓載艙布局圖如圖12所示。4" 結(jié)束語

深水導(dǎo)管架滑移裝船技術(shù)是為適應(yīng)深水油氣開發(fā)建設(shè)而開發(fā)的一項新的技術(shù)，該項技術(shù)已經(jīng)在“海基一號”導(dǎo)管架裝船作業(yè)中得以示范應(yīng)用。本文以“?；惶枴睂?dǎo)管架為例，對深水導(dǎo)管架滑移裝船技術(shù)進行研究，為“?；惶枴睂?dǎo)管架裝船設(shè)計提供了較好的解決方案，工程應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合大型裝船設(shè)備的特點，對作業(yè)過程中的細(xì)節(jié)進行補充梳理，使該項技術(shù)體系更加完善。

我國深水海洋工程能力建設(shè)已經(jīng)從探索階段逐步走向大規(guī)模發(fā)展階段[13]，深水導(dǎo)管架滑移裝船技術(shù)提升了我國深水油氣平臺安裝設(shè)計能力，對海洋工程領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到了很好的促進作用。

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