渤中34－2/4中心平臺組塊浮托安裝的風險點分析

劉登輝

(中海石油 (中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

1 項目概況

渤中34－2/4油田位于渤海南部海域，東經119°27'～119°37'，北緯 38°10'～ 38°13'，渤中 34－1油田與渤中28－2南油田相鄰，西北距渤中25－1油田35 km，東南距龍口市90 km。油田范圍水深約20 m。

渤中34－2/4油田群綜合調整項目主要包括新建一座中心處理井口平臺，新建一座井口平臺;新建4條海底管道和2條海底電纜。

渤中34－2/4CEPA平臺是一座8腿導管架綜合平臺，導管架工作點間距為40 m×(14 m+16 m+14 m)，采用浮托法安裝。平臺共設40個井槽，平均分布在平臺南北兩側各20個，其中，生產井14口，注水井12口、水源井2口，預留井數10個。平臺共分5層甲板，分別為直升機甲板、上層甲板、中層甲板、下層甲板和工作甲板。其上主要布置設HXJ135修井機、100人生活樓及直升機甲板、燃氣透平發電機、原油生產處理設施及配套公用、消防系統等。

2 浮托技術的總體介紹

浮托安裝方法是指由大型駁船將組塊整體運輸到預安裝的海域，通過調節駁船壓載把組塊平穩地安裝在導管架支腿上。國際上采用的浮托法主要形式包括傳統式浮托 (單浮托法)、雙船浮托。傳統浮托法是目前利用率最高的浮托安裝方法，主要是在預安裝的導管架上部設有一個結構凹槽，駁船駛入其中通過調載完成組塊的安裝，見圖1。雙船浮托主要指2艘駁船共同支撐組塊駛向導管架兩側，并同步調載進行組塊的安裝對接。

在傳統浮托安裝過程中共設置有3種緩沖裝置，分別是甲板分離單元 (DSU)、樁腿耦合裝置(LMU)及護舷。

圖1 傳統式浮托示意圖

DSU(Deck Separation Unit)位于上部組塊結構之間，作用是在退船過程中防止駁船與已經就位的組塊結構發生嚴重的碰撞，見圖2。

圖2 DSU示意圖

LMU(Leg Mating Unit)是上部結構組塊與導管架腿柱之間的支撐結構，主要由接收器、彈性橡膠、沙基及套筒等部分組成，可以緩解組塊與導管架對接時的撞擊力，保證組塊導管架的順利對接，見圖3。

護舷設置在駁船船側，分為側向護舷和縱向護舷，一般由鋼結構和橡膠組成，防止在進船、對接及退船過程中駁船搖晃對導管架腿部結構產生的過大的側向撞擊力，使導管架腿部結構產生損傷。

浮托安裝分析主要利用MOSES(Multi－Operational Structural Engineering Simulator)程序完成，主要流程為:①根據基礎數據確定關鍵參數;②利用MOSES轉換SACS組塊模型并完成駁船建模;③拖航穩性分析確定壓載方案，計算完整穩性及破艙穩性;④錨泊分析計算錨鏈受力導向點位移的時間序列統計值;⑤進船分析核實駁船對導管架的水平力及組塊腿撞擊LMU的可能性;⑥對接分析計算駁船對導管架的水平力及組塊對導管架腿對接處的撞擊力;⑦退船分析計算駁船對導管架的水平力及駁船撞擊導管架凹槽下部結構的可能性。

圖3 LMU示意圖

3 BZ34－2/4CEPA組塊浮托計算分析

3.1 組塊對接分析

組塊對接分析是指主作業駁船進入導管架槽口就位到組塊荷載全部轉移到導管架上的過程分析，對駁船、組塊和導管架頂層結構進行耦合分析，其目的是獲取駁船橫蕩護懸和縱蕩護懸與導管架的碰撞力、組塊樁腿與樁腿耦合裝置距離、荷載轉移過程組塊支撐單元和樁腿耦合裝置的受力、各系泊點的系泊力。

根據表1計算結果，LMU的最大豎向荷載為28 765 kN。

表1 組塊對接分析極值匯總表

3.2 進船和退船分析

進船分析是指主作業駁船進入導管架槽口的過程分析。主要是駁船與導管架腿碰撞分析，其目的是獲得駁船與導譬架腿的碰撞力、組塊樁腿與樁腿耦臺裝置間隙以及系泊纜和錨纜的受力，確定駁船縱蕩護懸荷載、縱蕩護懸與導管架腿操作空間、組塊樁腿與樁腿耦臺裝置安全距離、提供的系泊力。

退船分析是指駁船從導管架槽口退出的過程分析。主要是駁船與導管架腿碰撞分析，其目的是獲得駁船與導管架腿的碰撞力、駁船底部與導管架頂層結構距離、組塊支撐單元下部結構與駁船上部存留的組塊支撐單元上部結構的距離。

表2 進船、退船階段最大錨纜張力

表3 進船、退船階段護舷系統受力 kN

表4 最大進船間隙 m

表5 最大退船間隙 (DSU及船底) m

4 浮托安裝作業風險分析與對策

4.1 切割裝船固定拉筋

1)風險。裝船固定拉筋的切割是一項不可逆轉的工序，如果沒有按照設計要求的順序和時間切割固定拉筋，會影響浮托作業的安全性。

2)對策。按照設計文件的要求，在距離導管架5 m時開始切除第二批固定拉筋，切除過程中需注意觀察船首運動情況，并保證駁船對中。錨系轉換 (船頭兩根轉至船中)時完成第一批、第二批拉筋切除。當駁船壓載至組塊插尖底部與LMU頂部在同一水平線完成固定拉筋的切割。

4.2 錨機系統

1)風險。拋錨設備出現故障，錨位圖更改，未及時通知相關方，錨纜損壞。

2)對策。提前安排專人對設備進行細致的檢查。要求生產廠家提供現場技術支持，并且抽調經驗豐富的錨機操作人員進行本項目操作，選用最可靠的錨機，拖輪輔助，減少錨系張力。作業前對系泊絞車進行仔細檢查，安排有資質的人員進行操作。進船作業時，以3 m/min為宜，以免造成鋼絲繩斷裂。船長審查布錨圖，并根據本船性能、安全操作和施工要求及水文氣象條件對布錨圖進行修正或重新設計，收集施工點水下設施的準確位置和船舶走向的數據交給定位人員，以便其確定布錨位置，檢查錨頭纜是否纏繞錨頭或錨爪，并將錨頭纜清理整潔，在布錨作業中主作業船要慢慢地、有控制地收緊錨纜，以保持合理的拉力方便確認錨沒有碰到或拖拽海底結構物等;布錨完畢，收緊各纜，并與錨纜長度數據核對，再次確認各錨狀態 (特別是跨越管線、電纜的錨);因風大如需棄錨，應確認錨纜扔在海底安全的位置。

4.3 護舷系統

1)風險。橫蕩護舷系統用來限制駁船在進退船的過程中與導管架之間的橫向運動，防止安裝作業過程中駁船對導管架樁腿內側過大的碰撞，造成樁腿的損壞和變形。縱蕩護舷系統在安裝駁船進入導管架槽口時起限位止船作用，并防止過大的縱蕩對LMU的碰撞而造成損壞。

2)對策。對橡膠護舷做相關試驗，以確保其可靠性;使橫蕩護舷與導管架之間的間隙由100 mm減至50 mm，船上準備好必要的應急設備 (如割槍、焊機等)，出現橡膠件脫落卡住駁船時可及時進行整改，現場待命港作拖輪輔助穩船，減少護舷上的作用力。

4.4 調載系統電力供應

1)風險。在潮差較小或不可利用潮差的海域進行安裝時，要用到調載系統。通過外接水泵或海水閥箱向駁船壓載艙內注水，使駁船下降，從而實現上部組塊的重量安全地轉移到基礎結構上。海上施工時保證調載系統的電力供應是一個重要因素。

2)對策。對浮托駁船進行調載系統電力改造，甲板上增設臨時發電機給備用調載泵供電，以確保裝船調載有足夠裕量應對設備故障，滿足規范要求。

4.5 浮托進船作業垂向、橫向安全距離

1)風險。實施浮托安裝作業時，組塊上和導管架上所有設備設施均不能干涉影響安裝作業的實施。如果沒有一定的安全距離，浮托作業時船舶的橫向運動會對組塊和導管架結構造成損壞，甚至會影響浮托作業的實施。

2)對策。嚴格控制組塊采油樹井口平臺區域設備的安裝，如果影響組塊浮托安裝作業，則需在出航前將干擾物拆除。

4.6 浮托作業的安全通道、人員布置、晚間作業的照明系統

1)風險。未有效進行技術方案交底，具體操作人員不清楚操作流程及技術要求。未進行有效的風險分析和評估，作業程序和作業風險點不明確。人員分工不明確，夜間施工照明不足，視線不清，人員受傷。

2)對策。對浮托作業期間的安全通道、人員布置、晚間作業的照明系統做出具體方案，并交底落實至每位施工人員。對施工區域進行隔離鎖定，無關人員禁止進入區域，施工現場配備急救車或配備應急藥箱，保證船舶和碼頭充足照明 (標桿照明);拖拉過程中配備應急車輛 (叉車、吊車、救護車)，配備應急切割人員，監察人員配備照明工具。

4.7 導管架與組塊對接處的制造、安裝誤差

1)風險。由于導管架和組塊是分開建造，導管腿之間的尺寸誤差、組塊立柱之間的尺寸誤差會不一致，會對浮托時組塊與導管架的對接產生影響。

2)對策。需要跟蹤并分析導管架與組塊對接處的制造、安裝誤差，并在LMU安裝時將尺寸誤差控制在規范要求的范圍內，由定位人員密切監控組塊的位置和駁船運動方向，及時進行調整，進行組塊位置和方位的測量，采用平均值來確定最后的位置和方位，保持良好指揮，合理運用交叉纜和縱向纜控制船位，輔助拖輪在浮托現場保持待機，時刻注意現場風、浪變化，防止駁船碰撞導管架。

5 結束語

隨著近海勘探開發程度的越來越高，平臺建設規模也在向大型化、復雜化方向發展，平臺結構物重量也在日益增加。受浮吊能力、工期緊張、資源短缺等因素影響，傳統的起吊方法已經存在很大的局限性。雖然浮托安裝法實施難度高，對環境條件的要求也比較嚴格，但近年來已完成多個組塊的安裝，為浮托法的應用打下了基礎。通過對BZ34－2/4 CEPA組塊的浮托安裝風險點進行初步的分析，總結了浮托作業時存在的一些關鍵風險項目，為以后進一步的研究奠定了堅實基礎。

［1］范模，李達，馬巍巍，等.南海超大型組塊浮托安裝總體設計與關鍵技術 ［J］.中國海上油氣，2011，23(4):267－274.

［2］許鑫，楊建民，李欣.浮托法安裝的發展及其關鍵技術 ［J］.中國海洋平臺，2012，27(1):44－49.

［3］荀海龍，朱曉環.萬噸級組塊浮托技術研究及典型專項設備設施［J］.中國工程科學，2011，13(5):93－97.

［4］包清華.趙東油田極淺海平臺的海上安裝 ［J］.石油工程建設，2010，36(5):29－31.

［5］金曉健.海上超大型組塊整體浮托工程關鍵技術及應用 ［J］.中國造船，2013，54(S1):44－55.