深水半潛式生產(chǎn)平臺建造期間的錨泊設(shè)備安裝技術(shù)應(yīng)用

李 勇， 朱傳超， 牛建華， 楊錦駒， 劉 超

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266500)

0 引 言

在海洋油氣開發(fā)生產(chǎn)過程中，用于油氣開發(fā)生產(chǎn)的各種設(shè)施需要長期固定在一個位置，對于淺海區(qū)域來說，一般采用固定式導(dǎo)管架或升降式樁腿的方式；而對于深海區(qū)域來說，主要是采用動力定位、錨泊定位或者2種組合的定位系統(tǒng)來確保該設(shè)施的定位。“深海一號”能源站是我國自主研發(fā)設(shè)計建造的全球首座10萬噸級深水半潛式生產(chǎn)儲油平臺，坐落于海南島東南陵水海域，作業(yè)水深約為1 400 m，滿足30年不進塢的設(shè)計需求，基于設(shè)計要求，該平臺采用的是錨泊定位系統(tǒng)[1]。

對于建造一座半潛式平臺而言，錨泊設(shè)備作為該平臺中最重要、最關(guān)鍵的一項設(shè)備，如何確保在既定的工期內(nèi)高質(zhì)量地完成錨泊設(shè)備的安裝工作，順利交付到調(diào)試和使用中去，是該建造項目需要重點考慮的問題。本文以一艘深水半潛式生產(chǎn)儲油平臺建造項目為例，從錨泊設(shè)備的組成、各組成部分的安裝工藝以及安裝實施等方面進行了描述，另外對該設(shè)備安裝施工過程的經(jīng)驗進行了總結(jié)。

1 錨泊設(shè)備組成

對于深海半潛式平臺，需要長期在固定海域進行作業(yè)生產(chǎn)，錨泊系統(tǒng)屬于永久性錨泊系統(tǒng)，一般不采用解脫的方法來規(guī)避惡劣海況[2]。錨泊系統(tǒng)一般由錨鏈絞車及其驅(qū)動控制系統(tǒng)、導(dǎo)覽器、錨鏈和海底錨固4部分組成，其中海底錨固的安裝以及錨鏈的連接屬于海上施工內(nèi)容，其他3部分的安裝及調(diào)試工作主要在陸地建造期間完成。

“深海一號”能源站由船體和上部組塊2部分組成，船體由底部環(huán)形浮箱和4個方形立柱組成，錨泊設(shè)備均勻地布置在船體的4個立柱上。該深水半潛式生產(chǎn)平臺配備的錨泊定位系統(tǒng)采用液壓控制系統(tǒng)，用于操作和控制16根直徑為157 mm的R5有檔錨鏈的收放，以進行錨泊定位。平臺共有16臺錨機，每4臺為一組，平均分布在4個立柱的頂部，每4臺共用1套液壓驅(qū)動及控制系統(tǒng)。每套錨泊設(shè)備包括1臺錨機、1套錨鏈、1個導(dǎo)鏈器以及1個錨鏈艙，每4臺錨機為一組，每組配置1套液壓動力單元(HPU)、1套冷卻器、1套控制系統(tǒng)和操作臺，以及相應(yīng)液壓管線。其中1個立柱頂部錨泊設(shè)備布置如圖1所示。

2 錨泊設(shè)備安裝方案

在錨泊設(shè)備安裝過程中，根據(jù)整個平臺的建造計劃以及安裝工藝要求，其相關(guān)組成部件需要按照一定的順序進行安裝，比如，錨機的安裝定位需要以導(dǎo)纜器為基準(zhǔn)進行定位。在收放錨鏈工作過程中，導(dǎo)鏈器、錨機本體、錨機基座以及船體結(jié)構(gòu)等部位將產(chǎn)生很大的作用力，因此安裝精度要求非常高，尤其是導(dǎo)鏈器、錨機的錨鏈線、錨鏈筒導(dǎo)向入口三者在同一條線上[3]。錨機底座的平整度需要滿足基座表面1 mm的精度要求，以及錨機安裝的3 mm/m水平度要求。

按照該套錨泊設(shè)備的安裝施工順序，從導(dǎo)鏈器、錨機基座、錨機、液壓管線到錨鏈安裝，對各個施工流程的安裝方案及注意事項如下所述。

圖1 錨機布置圖Fig.1 Layout of windlass

2.1 導(dǎo)鏈器安裝

導(dǎo)鏈器由上支架、下支架、軸及導(dǎo)鏈器本體組成，作為錨泊系統(tǒng)設(shè)備中安裝的基準(zhǔn)，該項工作建議在分段制作階段進行。

上、下支架安裝時需要使用設(shè)備廠家配套提供的假軸，首先將假軸和上下支架組裝完畢，確保上下支架之間至少3處的距離在技術(shù)要求之內(nèi)，即確保上下支架的加工面是平行的。組裝完畢后的支架進行吊裝定位，在進行焊接前，通過提升和下放假軸的動作，確保假軸可以順利地插入，焊接過程中需要定期檢查支架之間的尺寸，采用合適的焊接工藝和防止變形措施，比如焊前預(yù)熱、焊后緩慢降溫等措施確保焊接變形不超出設(shè)計要求。

在安裝導(dǎo)鏈器之前，首先用軸對安裝完畢后的上下支架進行試裝，軸可在自身重量的作用下滑到底部支架。安裝過程如下： ①使用2臺吊機分別吊裝軸和導(dǎo)鏈器，將導(dǎo)鏈器本體支架置于上下支架之間，通過溜繩進行位置調(diào)整，安裝示意圖如圖2所示；②將軸放入上支架并旋轉(zhuǎn)到位，使軸導(dǎo)向支架凹槽；③不斷下放軸，通過調(diào)整導(dǎo)鏈器本體支架的位置，直到軸下落到下支架的上表面；④插入鎖銷，保持軸在正確的位置；⑤進行擺動試驗，將導(dǎo)鏈器旋轉(zhuǎn)到最大角度，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，導(dǎo)鏈器與支架之間無卡擦現(xiàn)象；⑥進行適航吊點支架的安裝；⑦為防止導(dǎo)鏈器旋轉(zhuǎn)造成設(shè)備損壞的風(fēng)險，通過使用適航吊點固定確保導(dǎo)鏈器不旋轉(zhuǎn)。

圖2 導(dǎo)鏈器安裝示意圖Fig.2 Installation of chain guide

2.2 錨機基座安裝

錨機下方的結(jié)構(gòu)基座由船廠制作而成，在進行基座制作時，需要控制基座的焊接變形，以提高安裝精度。另外，在設(shè)計時，基座結(jié)構(gòu)的上頂板厚度需要預(yù)留一定的余量，以確保上頂板的厚度在機加工銑平后能夠滿足設(shè)計要求，該平臺的錨機基座上頂部厚度設(shè)計余量為10 mm。

在錨機基座定位安裝之前，確保周邊的結(jié)構(gòu)焊接施工完成，避免后期焊接導(dǎo)致甲板變形進而影響基座及錨機的安裝精度。基座的定位確保基座、導(dǎo)鏈器、錨鏈筒三者的中心線在一條直線上，可以采用拉鋼絲的方式進行定位。在進行基座結(jié)構(gòu)焊接時需要采取適當(dāng)?shù)暮附哟胧钥刂坪附幼冃危热缯{(diào)整焊接順序、預(yù)熱及緩慢降溫等措施。

對于錨機基座安裝后的調(diào)平是采用機加工還是澆筑環(huán)氧樹脂的方式，項目組織各方人員進行了多次討論，最終基于如下考慮采用了機加工銑平的方式進行調(diào)平，并取得成功： ①該平臺采用的錨機不同于常規(guī)船用錨機，錨機下表面與基座為大面積接觸，而不是常規(guī)錨機的多個小面積接觸。②錨機直接安裝在鋼結(jié)構(gòu)上，較錨機安裝后再進行環(huán)氧澆筑的方式便于現(xiàn)場施工。③綜合施工工期和成本考慮。

2.3 錨機安裝

為方便運輸，錨機下方裝有運輸框架，如圖3所示，在吊裝及安裝時需要將錨機調(diào)整至水平狀態(tài)。結(jié)合現(xiàn)場施工經(jīng)驗，對廠家給出的吊裝調(diào)平方案進行了優(yōu)化，由原來使用2臺吊機進行調(diào)平改為使用1臺吊機進行調(diào)平，將錨機調(diào)平和安裝作為一個連續(xù)作業(yè)進行考慮，并且節(jié)省了臨時基座的制作。具體方案： 錨機液壓缸一側(cè)的2個吊點使用2個10 t手拉葫蘆作為調(diào)平和吊裝鎖具，并配備2根保護吊裝鎖具，錨機起吊后，通過調(diào)整手拉葫蘆的鏈條將錨機調(diào)整至水平狀態(tài)，然后進行起吊安裝，如圖4所示。

圖3 錨機存放示意圖Fig.3 Schematic diagram of windlass storage

圖4 錨機調(diào)平吊裝示意圖Fig.4 Schematic diagram of installation of windlass

止推的安裝，止推包括止推墊和楔塊兩部分組成，止推墊可以在錨機安裝之前焊接在基座上，待錨機安裝后再進行楔塊的安裝，以減少焊接對錨機內(nèi)部電子元件的損害。但基于如下2方面的考慮，該平臺采用的是止推墊和楔塊在錨機安裝完畢后同時進行安裝的： ①楔塊安裝后也存在焊接作業(yè)，可以通過電子原件進行臨時接地等措施解決由于焊接引起對錨機內(nèi)部電子元件損壞風(fēng)險的問題；②止推墊和楔塊同時進行安裝，便于兩者之間的裝配；③止推墊和楔塊的安裝不影響錨機系統(tǒng)的調(diào)試工作，因此可以調(diào)整工序，將主要工作提前進行。另外關(guān)于止推墊、楔塊的平面度以及兩者之間配合間隙的要求，經(jīng)過該工程實踐及應(yīng)用，采用等離子切割后平面度即可滿足要求。

2.4 液壓系統(tǒng)安裝

錨機液壓系統(tǒng)由液壓動力單元(HPU)、液壓管線、閥門、冷卻器、控制系統(tǒng)等部分組成，每個立柱上配備1套液壓動力單元，同時為4臺錨機提供動力。液壓管線的材質(zhì)為不銹鋼材質(zhì)，管線預(yù)制、安裝等施工過程與常規(guī)管線施工沒有太大區(qū)別，需要注意的是，經(jīng)與廠家溝通，該管線試壓介質(zhì)采用水即可，管線內(nèi)壁無須進行酸洗，但管線需要串油清潔，清潔標(biāo)準(zhǔn)清潔度達到NAS 8。

2.5 錨鏈安裝

每條錨鏈由尾鏈(直徑64 mm，長度26 m)和信息鏈(直徑157 mm，長度183 m)2部分組成，兩者通過卸扣進行連接。尾鏈通過卸扣與錨鏈筒里的耳板進行連接，信息鏈穿過錨機、導(dǎo)鏈器后先使用鎖具回接到錨機操作平臺上進行臨時固定，待該平臺海上就位后再進行下放，與提前安裝完畢的海底錨纜進行連接，進而固定平臺的位置。

錨鏈的安裝是在錨機調(diào)試完畢后進行的，利用錨機自身動力回收和下放信息鏈[4]。綜合現(xiàn)場吊機資源以及安裝計劃，該平臺采用先安裝，再吊裝信息鏈并與尾鏈連接回收信息鏈的方案。安裝過程如下：

(1) 用吊車起吊尾鏈的頂部，緩慢將尾鏈放入錨鏈艙，待尾鏈末端到達錨鏈艙底部時，采用措施將尾鏈頂部進行固定，然后將尾鏈末端卸扣與固定耳板連接。

(2) 用1號吊機連接50 t/50 m的吊帶從平臺上穿過止鏈器去連接信息鏈的首端，用2號吊機吊住信息鏈前段一部分，送到錨鏈孔正下方，然后1號吊機起吊信息鏈。

(3) 通過2號吊機多次倒送，起吊1號吊機，當(dāng)信息鏈通過止鏈器一段后，用止鏈器將信息鏈鎖住。

(4) 1號吊機趴桿，將信息鏈鋪在提煉器鏈輪上，信息鏈?zhǔn)撞挎湱h(huán)與尾鏈末端鏈環(huán)通過卸扣進行連接，采用融鉛灌注的方式。

(5) 打開止鏈器，啟動錨機，采用提升的方式回收信息鏈，將信息鏈回收到導(dǎo)鏈器上方位置，同時需要2號吊機進行配合倒送信息鏈。

(6) 連接牽引繩，穿過導(dǎo)鏈器，啟動錨機下放信息鏈，使信息鏈穿過導(dǎo)覽器。

(7) 信息鏈末端連接固定鎖具，并提升固定鎖具，按照圖紙要求將信息鏈提升到設(shè)計位置，對信息鏈進行固定。

3 結(jié) 語

作為我國自主研發(fā)設(shè)計建造的全球首座10萬噸級深水半潛式生產(chǎn)儲油平臺，在建造過程中，該平臺錨泊設(shè)備的安裝技術(shù)實際應(yīng)用綜合了設(shè)備廠家提供的安裝指導(dǎo)書、類似設(shè)備的安裝經(jīng)驗以及現(xiàn)場多年的設(shè)備安裝經(jīng)驗等多方面的知識，無論是項目管理還是技術(shù)方面，有很多值得總結(jié)的地方。

3.1 基座調(diào)平

在施工準(zhǔn)備階段只考慮了錨機基座與錨機之間的連接面的平整度問題，通過多方論證采用了機加工的方式，但沒有考慮錨機基座下表面與船體主甲板之間的間隙問題。基座是按照與船體連接部分也為平面鋼板考慮的，即整個基座類似于一個箱型結(jié)構(gòu)，但在基座制作時，很難控制上下表面的平整度，且船體甲板在進行制作時也存在變形，這就造成基座下表面與船體甲板貼合度不好，存在縫隙，不滿足技術(shù)要求。經(jīng)過多方討論，最終確定采用澆筑環(huán)氧樹脂的方式解決這個問題。

在進行錨機基座和主甲板結(jié)構(gòu)設(shè)計時，進行優(yōu)化，可以避免出現(xiàn)此問題的發(fā)生，比如取消基座下表面鋼板，增加船體甲板的厚度和強度，將基座上的結(jié)構(gòu)直接焊接在船體甲板上。

3.2 震動

該平臺的錨泊設(shè)備通過液壓油提供動力，液壓管線連接錨機和液壓動力單元。在錨機運行收放錨鏈時，液壓管線與設(shè)備連接處法蘭出現(xiàn)墊片破損進而發(fā)生泄漏的問題，進而被迫中止工作。對于該問題的發(fā)生，經(jīng)過多方人員的討論，產(chǎn)生該問題的原因如下： 錨機及液壓動力單元產(chǎn)生震動，在長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)情況下，引起法蘭連接處螺栓松動，進而法蘭密封面錯位或者出現(xiàn)間隙，從而導(dǎo)致O型圈被高壓液壓油沖出，遭到破壞，使法蘭密封失效。為確保錨泊系統(tǒng)正常運行，繼續(xù)海上錨系連接工作，在此情況下采取了如下措施： ①解除液壓動力單元上與液壓管線連接的液壓閥塊的硬性固定，以及靠近設(shè)備處液壓管線的硬性固定，釋放震動引起的應(yīng)力。②更換O型圈，并且連接處的螺栓做好放松措施，更換成放松螺栓。③在錨泊設(shè)備工作時，安排人員進行監(jiān)護，及時對有松動跡象的螺栓進行禁錮。

上述措施只是臨時應(yīng)急處理方案，為從源頭上解決這一問題，應(yīng)綜合管線與設(shè)備的震動分析、管線應(yīng)力分析、管線與設(shè)備連接型式等多方面進行考慮，徹底解決。

3.3 項目管理

該平臺的陸地建造工期只有15個月，且噸位大，建造工作面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中錨泊設(shè)備的安裝和調(diào)試工作只有短短3個月的時間，且錨泊設(shè)備系統(tǒng)能否順利完成將直接影響該平臺的交付和海上連接等后續(xù)工作的開展。通過在項目管理上采取的一系列措施，有效地化解了一系列的問題： ①編制合理的計劃，做好各專業(yè)施工之間的有效銜接，加強計劃的管控和執(zhí)行，出現(xiàn)偏差時，及時分析原因進行適當(dāng)調(diào)整，但重要節(jié)點計劃不能推遲。②確保資源的可用性，提前落實施工資源并進行鎖定，比如銑平設(shè)備、環(huán)氧澆筑、串油清潔、吊機等資源。③遇到問題快速解決，成立含設(shè)計、廠家、施工、船級社等各方人員的團隊，對于施工過程出現(xiàn)的問題，集體討論快速尋求解決措施。

半潛式生產(chǎn)儲油平臺作為深海油氣開發(fā)的重要設(shè)備，隨著我國深海油氣開采步伐的不斷加快，會有第二座乃至更多的半潛平臺豎立在南海中。錨泊定位設(shè)備作為該類型平臺上的重要設(shè)備，通過首次建造實踐，總結(jié)了經(jīng)驗和教訓(xùn)，其成功實施對后續(xù)類似錨泊設(shè)備的安裝有著重要參考意義，也為后續(xù)設(shè)計優(yōu)化，安裝方案提升等技術(shù)方面指出了一個方向。