渤海曹妃甸油田FPSO-SPM 跨接軟管更換設(shè)計與施工

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(1.中國海洋石油總公司基地集團采油服務(wù)公司，天津 300452； 2.中國海洋石油總公司有限公司天津分公司，天津 300452)

曹妃甸油田位于中國渤海灣西部，西距天津新港90 km，東北距唐山港60 km，所處水域水深約20 m。曹妃甸油田分三期開發(fā)。一期由WGPA和WHPA 2座井口平臺和1座SPM單點以及1艘15萬t級的FPSO海洋石油112號等設(shè)施組成，于2004年7月投產(chǎn)；二期2005年7月WHPC無人值守井口平臺投產(chǎn)；三期2006年9月WHPD井口平臺投產(chǎn)，10月WHPE和WHPF 2座無人值守井口平臺相繼投產(chǎn)，標(biāo)志著該油田完成工程建設(shè)[1]。

海洋石油112號是國內(nèi)首次使用外轉(zhuǎn)塔水下軟連接系泊的FPSO，因海風(fēng)和海流的作用可以圍繞SPM做360°回轉(zhuǎn)運動[2-3]。見圖1。

圖1 外轉(zhuǎn)塔水下軟連接結(jié)構(gòu)示意

曹妃甸油田注水是由FPSO上的注水系統(tǒng)增壓經(jīng)跨接軟管通過SPM到達各平臺的注水井和回注井內(nèi)[4]。2007年上半年注水跨接軟管發(fā)生刺漏，7月停產(chǎn)檢修期間完成軟管更換。

1 注水軟管更換施工環(huán)境

在FPSO和SPM之間共有6根跨接軟管和4根跨接電纜組成。具體布置如下：自FPSO面向SPM看，從左至右依次為：1根直徑為50 mm的公用空氣軟管，2根直徑為100 mm消防水軟管，1根直徑為350 mm的注水軟管，2根直徑為350 mm的原油軟管，共計6根長度均為54m的跨接軟管；最右側(cè)為4根跨接電纜線。

1) 注水軟管參數(shù)。

凈長54 m，外徑442.3 mm，內(nèi)徑355.6 mm；

最大操作壓力14.1 MPa，設(shè)計壓力14.1 MPa；

最高操作溫度+80 ℃，設(shè)計溫度-15 ℃～+90 ℃；

設(shè)計壽命10 a；

儲存最小彎曲半徑2.870 m，通常操作最小彎曲半徑4.305 m；

操作拉力113.8 kN，安裝時允許拉力129.5 kN；

空氣中凈管重量8.75 t(162 kg/m)。

注水跨接軟管最高點距海平面24.6 m，最低點距海平面3.0 m，F(xiàn)PSO系泊鏈和SPM之間距離為3.0 m，海平面距水下YOKE 距離約20 m。施工環(huán)境狹小，作業(yè)條件苛刻。

2 安全措施

注水系統(tǒng)跨接軟管更換工作主要包括：刺漏軟管的清洗，拖船靠泊，新軟管的運輸，刺漏軟管的拆卸，新軟管的安裝，新軟管的試壓。對上述每一項工作按照危險辨識、風(fēng)險評估和安全措施邀請海洋工程、船舶和生產(chǎn)等方面專家進行了多次研討和論證。其中最關(guān)鍵的是拖船靠泊和氣象潮汐窗口選擇[5]。

2.1 拖船靠泊要求

拖船靠泊需要2條拖船，1條作為作業(yè)船縱向垂直于FPSO和SPM 2點連線的，并定位于跨接軟管之下；另1條作為支持船靠泊與FPSO舷首左側(cè)拖船船首背向SPM。見圖2。

圖2 拖船施工布置

靠泊試驗要求靠在FPSO左舷支持船的尾部必須向后移動足夠的距離，超出系泊臂懸掛鏈4～5 m，目的是保證負責(zé)拆裝軟管的作業(yè)船避免與系泊鏈發(fā)生碰撞。一旦發(fā)生緊急情況(天氣變壞或流速增大而未完成作業(yè))，支持船可以配作業(yè)船，作業(yè)船向前移動駛離作業(yè)地點，支持船倒車。支持船的首倒纜需要足夠的強度，防止作業(yè)船隨海流向后沖擊。同時要求繞過單點的回頭纜也要有足夠強度。防止承受風(fēng)力和海流沖擊過大造成斷纜，危機人員、船舶和設(shè)備安全。

2.2 氣象潮汐窗口選擇

控制潮汐，也就是掌握拖船靠泊時流速的大小，這是船舶海上系泊作業(yè)的關(guān)鍵因素。作業(yè)海域為往復(fù)流半日潮，每月有2個大潮日：農(nóng)歷初三和十八，此日潮差大，流速急。由于要求作業(yè)拖船垂直插入SPM和FPSO之間，所以流速最小最好，也就是平潮前后1 h時最佳，盡量不要選擇大潮日。對于天氣的要求要在4級風(fēng)以下。

根據(jù)潮汐表，2007年7月24日～7月27日最適合靠泊，其間潮差較小，流速較緩。

3 施工方案

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備包括：施工程序編制，工作許可證和隔離證準(zhǔn)備，系泊吊裝設(shè)備第三方檢驗，特殊裝載工具預(yù)制，拖船選擇，通訊工具材料準(zhǔn)備，出海前軟管施壓，拖船靠泊試驗，氣象潮汐窗口選擇等。

僅以系泊吊裝設(shè)備第三方檢驗、特殊裝載工具預(yù)制和拖船靠泊試驗為例作簡要介紹。

3.1.1 系泊吊裝設(shè)備第三方檢驗

單點絞車(15 t)和吊車功能試驗和負荷試驗(利用水袋)，單點吊耳的負荷試驗；首樓甲板絞車功能試驗和負荷試驗(25 t利用絞車相互拉力試驗)，豎直塔頂部吊耳負荷試驗。

3.1.2 特殊裝載工具預(yù)制

由于沒有平板駁船(可以提供足夠面積的甲板)可用，只能使用拖船運輸，還要按照運輸程序必須保證最小的彎曲度，特設(shè)計圓形轉(zhuǎn)盤以滿足海上運輸和安裝施工要求。圓形轉(zhuǎn)盤裝船要求：選用拖船有足夠的甲板寬度供人安全通過轉(zhuǎn)盤區(qū)到船尾工作區(qū)域；保證所使用的吊裝帶有足夠強度，裝船前完成吊重試驗；使用索具系牢圓形轉(zhuǎn)盤，并將圓轉(zhuǎn)盤焊接固定至選用拖船甲板上；軟管兩端起重軸套的吊耳位置應(yīng)能保證海上現(xiàn)場鋼索連接。

3.1.3 拖船靠泊試驗

根據(jù)設(shè)計要求選用濱海268船和海洋石油654船，分別作為支持船和作業(yè)船。2007年7月21日，按照設(shè)計要求，成功完成拖船靠泊試驗，使拖船替代大面積平板駁船完成軟管更換作業(yè)成為可能。

3.2 施工步驟

3.2.1 刺漏軟管拆除

按照設(shè)計要求，首先拆除刺漏軟管左側(cè)1根直徑為50 mm的公用空氣軟管和2根直徑為100 mm消防水軟管，防止施工作業(yè)工程中將其擠壓損壞。

在SPM頂部搭建腳手架安裝2個可承載25 t 的滑輪。

拆除SPM頂部影響施工作業(yè)的防護欄。

啟動SPM頂部絞車，松出鋼索通過工作平臺的2個開口導(dǎo)向滑輪，并與刺漏軟管單點一側(cè)端部吊耳連接。

FPSO豎直塔索具連接：安裝載荷為30 t開口滑輪在豎直塔斜坡根部吊耳上，啟動FPSO首樓甲板絞車，松出300 m鋼索，在首樓甲板依次通過導(dǎo)向輪、滾軸導(dǎo)向輪和第二導(dǎo)向輪，至豎直塔斜坡底部穿過新安裝載荷為30 t開口滑輪，沿斜坡升至豎直塔頂部平臺，最后與刺漏軟管FPSO一側(cè)端部吊耳連接。

刺漏注水管線的泄放和吹掃。首先對注水管線進行泄放，再使用氮氣吹掃。

拆除位于FPSO豎直塔頂部的刺漏注水管線法蘭，使用首樓甲板絞車通過鋼索放低軟管，在放低軟管的過程中，保持氮氣吹掃，直到?jīng)]有水出來。

7月26日，風(fēng)力小于4級，06:00 載有新軟管的海洋石油654船靠泊FPSO舷首左側(cè)作為支持船，06:30濱海268船就位于FPSO和SPM之間，做好接收拆卸下來的刺漏軟管的準(zhǔn)備。

調(diào)整兩端絞車使軟管兩端在同一高度，勻速釋放鋼索確保軟管等距離平鋪在濱海268船兩舷。

自濱海268船就位至整個軟管轉(zhuǎn)移到濱海268船甲板歷時大約30 min。施工過程見圖3。

a)

b)

c)圖3 刺漏軟管拆除過

3.2.2 新軟管安裝

7月26日，11:30濱海268船作為新軟管安裝作業(yè)支持船靠泊于FPSO舷首左側(cè)，12:00海洋石油654船開始靠泊，12:30就位于FPSO和SPM之間，做好新軟管吊裝準(zhǔn)備。

系泊要求：海洋石油654船右舷纜繩由其船中部纜樁松出纜繩利用引纜繞過單點以回頭纜形式系固于海洋石油654船的尾部右舷纜樁上，該纜繩不能承受過大拉力(靠海洋石油654船的主機首推控制)，其尾部左舷纜繩通過FPSO系泊絞車旁的導(dǎo)纜孔系固于舷首左側(cè)纜樁上。軟管所在園形轉(zhuǎn)盤的位置應(yīng)處于刺漏軟管安裝位置的垂直下方。

釋放FPSO首樓甲板絞車鋼索至海洋石油654船甲板，將鋼索連接至軟管吊耳，再解掉園形轉(zhuǎn)盤上系固新軟管的索具，準(zhǔn)備吊裝。

利用海洋石油654船絞車控制圓形轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動方向，配合FPSO首樓甲板絞車吊裝新軟管。

注意在絞進過程中防止軟管和海洋石油654船護欄摩擦，并且在FPSO豎直塔外側(cè)斜坡上潑灑無害潤滑劑以減小與軟管的摩擦。當(dāng)軟管到達豎直塔頂部安裝部位時，開始釋放SPM端絞車鋼索。

將單點端絞車鋼索與新軟管剩余端吊耳連接，之后絞進起升至SPM安裝部位。

海洋石油654船解纜并駛離作業(yè)位置。新軟管吊裝歷時1 h 30 min。施工過程見圖4。

a)

b)

c)圖4 新軟管安裝過

3.2.3 試壓和恢復(fù)

兩端法蘭緊固，試壓，重新安裝公用氣管線和消防水管線，拆除滑輪、腳手架等輔助工具和材料。

3.3 施工組織與管理

一個團隊，一個步調(diào)，一個目標(biāo)的團隊精神[6]，是本次順利施工的保證。

3.3.1 工作方法

施工組織和管理需要科學(xué)的工作方法。工作有計劃，人員有安排，專業(yè)有協(xié)調(diào)，質(zhì)量有監(jiān)控，進度有掌握，完工有驗收，匯報有反饋，安全才能有保障。

3.3.2 重視對承包商的管理

海上一線負責(zé)現(xiàn)場人員和設(shè)施的安全，施工進度和施工質(zhì)量的監(jiān)控。陸地支持部門負責(zé)：對承包商及人員的資質(zhì)、設(shè)備證書、材料備件的數(shù)量和質(zhì)量、施工方案和應(yīng)急方案等檢查審核工作，嚴(yán)把出海關(guān),緩解海上各部門對承包商管理和監(jiān)控的壓力,從根本上降低海上作業(yè)風(fēng)險[7]。

對承包商的管理需要海上一線和陸地各部門的相互支持，團結(jié)協(xié)作，嚴(yán)把招標(biāo)，合同，采辦，運輸，施工，協(xié)調(diào)，驗收，和認證以及安全等各個環(huán)節(jié)，同心同德協(xié)助油田作業(yè)者搞好承包商的管理。

4 結(jié)束語

渤海曹妃甸油田注水軟管更換創(chuàng)造了2個記錄。中國首次成功完成外轉(zhuǎn)塔水下軟連接系泊方式下的跨接軟管更換設(shè)計與施工;首次完成超長度、大直徑、高壓力注水跨接軟管更換。

2條拖船配合使用解決了類似海事作業(yè)對大面積平板駁船的依賴，同時降低了施工費用。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計和精心組織，縮短了施工時間，使油田提前恢復(fù)正常生產(chǎn)。

[1] 趙軍凱，彭湘桂，劉瑜珩,等.海水-干原油換熱器故障分析與改進措施[J].石油化工設(shè)備，2007(增刊)：85-86.

[2] Oil Company International Forum.Mooring Equipment Guidelines(second edition)[M].London: Witherby & Co.Ltd, 1997.

[3] 張武奎.FPSO資產(chǎn)管理手冊[M].東營：中國石油大學(xué)出版社，2006.

[4] 趙軍凱，譚耀模，譚家祥,等.渤海曹妃甸11-1/2油田生產(chǎn)水處理和注水系統(tǒng)改進[J].石油工程建設(shè)，2007(1)：11-14.

[5] 國家海洋信息中心.潮汐表.第一冊：從鴨綠江口至長江口[M].天津：海圖出版社，2007：68-70.

[6] 趙軍凱，譚耀模，張武奎,等.海洋石油112號FPSO建造、安裝和調(diào)試期間的項目管理[J].海洋石油，2007(2)：109-111.

[7] 劉瑜珩，趙軍凱，王云慶,等.中美合作渤海曹妃甸油田承包商管理特點[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2007(5)：100-103.