浮式單點系泊系統中大跨度高空跨接軟管安裝方法的研究與施工

晏萊，閆斌，孫丕松，宮學成，姜進方

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

浮式單點系泊系統中大跨度高空跨接軟管安裝方法的研究與施工

晏萊，閆斌，孫丕松，宮學成，姜進方

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

文章結合渤海蓬萊19-3油田Ⅱ期中“海洋石油117”30萬t大型FPSO的軟管和電纜連接項目，詳細論述了大跨度高空跨接軟管和電纜的安裝方法，分析比較了預布安裝法、駁船安裝法和浮吊安裝法的適應工況以及本工程施工條件的限制，最終選擇了浮吊安裝法。通過對浮吊安裝作業中吊高和扒桿長度的分析計算，對施工船舶進行了選型。該方法已于2009年4月在我國渤海成功應用并取得了寶貴的經驗。

FPSO；浮吊法；高空安裝；跨接軟管；跨接電纜

1 油田背景及單點系泊系統介紹

蓬萊19-3油田位于我國渤海的東北海岸，渤中11-05區塊中心，距離塘沽約259 km，距離大連約157 km，水深為27.4 m[1]。該油田由中國海洋石油總公司（CNOOC）與康菲石油中國有限公司（COPC）合作開發。蓬萊19-3Ⅱ期FPSO拖航連接項目是由康菲石油中國有限公司（COPC）委托給海洋石油工程股份有限公司（COOEC）的在我國渤海蓬萊19-3Ⅱ期油田進行“海洋石油117”FPSO的拖航、連接及跨接軟管和電纜安裝等工程的施工項目。

FPSO通過單點系泊系統定位于油田現場來完成生產、儲存及外輸作業。受不同海域環境影響和生產作業條件限制，FPSO對系泊方式也有不同要求[2]。目前我國近海共有16艘FPSO在服役[3]，已成為世界上使用FPSO最多的國家之一。“海洋石油117”FPSO采用的是導管架式水上軟剛臂單點系泊。主要結構包括：單點導管架、系泊頭、軟剛臂系統、系泊構架、旋轉滑環，跨接軟管以及電纜等附屬設備。FPSO為雙底雙殼結構，配有140人工作和居住的上層建筑及直升飛機平臺。有16個貨油艙、14個壓載艙，另設有不規格油艙、污油水艙等。

“海洋石油117”FPSO（見圖1）是目前我國最大的FPSO，也是世界上為數不多的淺水超大噸位浮式生產儲油裝置，于2007年由上海外高橋船廠建造，完成船體建造后拖至新加坡勝寶旺船廠進行上部模塊的建造，安裝于蓬萊19-3Ⅱ期油田并投產使用。該FPSO總長323m，設計水線長313m，型寬63 m，型深32.5 m，設計吃水14.5 m，干舷高度18.5 m，原油集輸能力為30萬t。

2 跨接軟管和電纜安裝施工環境

“海洋石油117”FPSO共有14根跨接軟管和4根電纜連接單點系泊與FPSO，跨接軟管和電纜的布置見圖2，編號和參數見表1。跨接軟管和電纜最高點距離海平面約42 m，最低點距離海平面約12 m，FPSO船艏軟管安裝平臺和SPM（單點系泊）軟管安裝平臺之間距離約49 m，海平面距離水上YOKE（剛臂）約15 m。軟管連接跨度大、安裝距離長、施工風險大。

3 跨接軟管和電纜安裝方法確定

3.1 安裝方法的分析研究

經過科技攻關和應用實踐，海洋石油工程股份有限公司在軟管和電纜安裝連接方面積累了豐富的經驗，根據不同型式FPSO船艏結構、不同施工環境條件、不同類型軟管數量和參數，形成了獨具一格的軟管和電纜安裝連接方法[4]，即預布安裝法、駁船安裝法和浮吊安裝法。

表1 跨接軟管和電纜的編號和參數

預布安裝法是指在FPSO拖航之前將跨接軟管預先布置在FPSO上，然后通過FPSO和系泊頭上絞車的牽引安裝跨接軟管的方法。此方法受到FPSO船艏結構、軟管/電纜長度、安裝平臺寬度及拖航距離的限制。“海洋石油117”FPSO軟管安裝平臺尺寸為20 m×20 m，安裝平臺滑道13 m，滑道末端距船艏甲板5m，可預布軟管的長度為38m。由表1可知，軟管和電纜的長度為78 m，軟管還剩40 m沒有預布；如果采用U型預布，在滿足軟管和電纜最小彎曲半徑的前提下，船艏空間又不能滿足14根軟管和4根電纜的預布要求；另外還由于拖航距離過遠，不適合選擇預布安裝方法。但是，如果對船艏結構加以改造，仍可以選擇此方法，只是受到工期條件限制，故沒有選用此方法。

駁船安裝法是指用拖輪將裝載軟管和電纜的駁船推（拉）到單點系泊和FPSO之間，利用FPSO和單點系泊上的絞車和套在軟管上的Chinese finger（拖拉網套）將軟管兩端分別提升到FPSO和單點系泊上進行安裝的方法。此方法安裝進度較慢，同時對天氣和海況的要求較高，且要求YOKE與海面之間有足夠的空間。另外因為駁船一般需要固定在FPSO的船艏，所以要求FPSO的船艏必須是平的。“海洋石油117”通過適當的調載可以滿足YOKE與海面之間有足夠的空間，但是受到施工時間、海況、工期的限制，所以也不適合選擇此安裝方法。

浮吊安裝法是指利用浮吊的兩個吊鉤分別吊起軟管的兩端，利用浮吊的旋轉和變幅將軟管的兩端分別送到單點系泊和FPSO端安裝的方法。此方法安全性高，可以在海況條件比較惡劣的情況下使用，并且對FPSO和單點系泊的結構沒有要求。

通過對以上3種安裝方法的分析研究和綜合對比，蓬萊19-3Ⅱ期項目施工方法選擇了浮吊安裝法。

3.2 浮吊的選擇

浮吊選擇的基本依據是浮吊的吊高、吊重和扒桿長度。“海洋石油117”FPSO吃水14 m時，FPSO軟管安裝平臺距離海平面約42 m，SYMS（單點系泊系統）軟管安裝平臺距海平面約40 m，船艏系泊支架平臺高出海平面約50 m，YOKE臂中部距海平面最小高度約21 m，如圖3所示。

起吊時所用吊扣長為5 m，YOKE最高點距水面的距高為26 m。所以浮吊最小和最大吊高分別為：

Hmin=L/2+L1+H1=39+5+26=70（m）式中Hmin——浮吊最小吊高/m；

L——軟管長度/m；

L1——吊扣長度/m；

H1——YOKE最高點距水面距離/m。

Hmax=L+L1+H1=78+5+26=109（m）

式中Hmax——浮吊最大吊高/m。

浮吊的靠泊位置和工作區域的吊距見圖4。

由圖4可知，當吊鉤到達船艏系泊支架上方，此時扒桿的最小傾角為50°，為了能到達工作區域二的最遠端軟管連接位置（吊距約56 m），浮吊扒桿的最小長度L為：

L=56/cos50°=87（m）

由上述吊高和扒桿長度的限制條件可知，當時在國內海油工程公司浮吊船舶中只有“藍疆”號滿足施工要求，另外“藍疆”號的吊重同樣也滿足施工需求，所以蓬萊19-3Ⅱ期項目選擇了“藍疆”號作為施工船舶。

3.3 浮吊的驗證

查“藍疆”號吊重曲線知：1號輔鉤在工作區域一的最大吊高為107 m，在工作區域二的最大吊高為92 m。

工作區域一：起吊后軟管最低端的最小高度為：

Hb=Hmax-L1-L=107-5-78=24（m）＞21m式中Hb——軟管最低端最小高度/m。

工作區域二：1號輔鉤到達最遠端的軟管連接位置（吊距約56m）時，有關計算參數如圖5所示。

起重扒桿在FPSO船艏系泊支架上方的最大高度h計算如下。

系泊支架到浮吊中心處的水平距離y為：

y=50/tan50°=42（m）

h=92×y/56=69（m）＞50 m

該起吊方式在工作區域一不會受到YOKE臂的高度限制，在工作區域二不會受船艏系泊支架干擾。所以選擇“藍疆”施工是完全可行的。

4 “藍疆”號安裝方法

4.1 軟管掛載并起吊

在軟管頭部套上Chinese finger（拖拉網套）并安裝牽拉頭，在牽拉頭上安裝三只卡環，一只卡環連接起吊鋼絲繩，一只安裝引纜鋼絲繩，使用reel driver釋放軟管，防止劃傷。用索具鉤住牽拉頭主鉤開始起吊，使軟管完全從軟管卷筒中抽出。當軟管從卷筒中完全抽出后，將軟管尾部套上Chinese finger并安裝牽拉頭，用輔鉤起吊軟管尾部牽拉頭，同時使用絞車牽引，以防止軟管在起吊的過程中遭到損壞。如圖6所示。

4.2 SYMS側的連接

起吊軟管，到達YOKE壓載艙上方時放低軟管，利用引纜將SYMS絞車和FPSO船艏絞車的牽引繩綁到軟管尾部牽拉頭上，啟動SYMS絞車和FPSO船艏絞車使纜繩帶勁，完成力的轉移，解除浮吊的吊扣，繼續啟動SYMS端絞車慢慢拖拉，同時FPSO端絞車帶勁跟放，直到軟管尾部連接法蘭到達SYMS處對應法蘭位置。使用倒鏈連接軟管尾部的Chinese finger，并將軟管臨時固定住，拆除軟管牽拉頭，將軟管法蘭和SYMS對應法蘭對接，緊固螺栓，完成軟管在SYMS側的連接，解除倒鏈和Chinese finger。如圖7所示。

4.3 FPSO側的連接

起吊軟管剩下的一端，旋轉吊臂到達FPSO船艏軟管連接處上方，放低軟管，利用引纜將SYMS絞車的牽引繩和FPSO船艏絞車的牽引繩分別綁扎到軟管牽拉頭上（切勿綁壓），啟動FPSO端絞車慢慢拖拉，同時SYMS端絞車帶勁跟放，并慢慢放松軟管尾部浮吊的吊扣，直到軟管尾部聯結法蘭到達系泊支架上對應法蘭位置，使用倒鏈連接軟管頭部的Chinese finger，并將軟管臨時固定住。解除軟管牽拉頭及浮吊的吊扣，將軟管法蘭和系泊支架上對應法蘭對接，緊固螺栓，完成軟管在FPSO側的連接，解除倒鏈和Chinese finger。如圖8所示。

5 結束語

（1） “海洋石油117”FPSO的14根跨接軟管和4根電纜中包括4根直徑為406.4 mm(16 in)大尺寸的跨接軟管。該FPSO軟管和電纜數量是目前國內跨接軟管最多的一次，軟管尺寸大、數量多，施工難度大，作業風險高。選擇“藍疆”號進行跨接軟管和電纜的安裝，雖然受到一些客觀條件的限制，但是施工順利。這是浮吊安裝法一次典型的成功運用。

（2） 預布安裝法簡單快捷，成本低，不需要駁船、拖輪和浮吊等大型船舶，節約資源；駁船安裝法成本較低，不需要浮吊等大型船舶。但是由于客觀條件的限制，這兩種方法均不適合此項目。浮吊安裝法適用范圍廣，施工進度快，但是成本較高。

（3） 由于施工時期海洋環境條件、跨接軟管特性以及FPSO施工條件的限制，浮吊安裝法是一種正確的選擇，但增加了工程成本，在有條件的情況下還是首選預布安裝法或駁船安裝法。

[1] 閆峰，王明倫，姜進方，等.30萬t FPSO連接安裝模型試驗[J].中國造船，2009,50（增刊）：157-163.

[2] 王云慶，趙軍凱，劉瑜珩，等.水下軟剛臂系泊FPSO-SPM跨接軟管更換[J].石油工程建設，2008，34（3）：17-19.

[3] 袁中立，李春.FPSO的現狀與關鍵技術[J].石油工程建設，2005，31（6）：24-29.

[4] 周守為，曾恒一，范模.我國浮式生產儲油裝置的研制與開發[J].中國海上油氣，2006，18（2）：73-78.

Abstract:Associated with the jumper hose and cable installation work of the 30×104t large scale FPSO“Offshore Petroleum 117”in the second construction phase of PL19-3 Oilfield in Bohai Bay,this paper introduces in detail the aerial installation method of large span jumper hoses and cables connection.Based on the analysis of applicability of presetting method,barge method and crane ship method as well as the construction site condition,the crane ship installation method is finally chosen,then the calculations of hoisting height and crane boom length are conducted to select suitable construction ship.This method has successfully been applied in Bohai Bay in April 2009 and the valuable experience has been obtained.

Key words:FPSO;crane ship method;aerial installation;jumper hoses;jumper cable

（20）Research of Aerial Installation Method of Large Span Jumper Hoses Connection for Floating Single Point Mooring System and Construction

YAN Lai（Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China），YAN Bin,SUN Pi-song，et al.

TE54

A

1001－2206（2011）02－0020－04

晏萊（1982-），男，湖北隨州人，工程師，2008年畢業于西安石油大學，碩士研究生，現從事FPSO拖航、連接、解脫等相關技術研究工作。

2010-05-26