海洋平臺大型模塊整體安裝技術

劉 震

(江蘇熔盛重工有限公司,江蘇如皋 226532)

1 海洋平臺大型模塊整體安裝技術特點

海洋平臺模塊整體漂浮安裝技術是一種固定樁基,平臺整體岸上預制,所有的油田生產設備都在陸上安裝好,駁船拖運、安裝,海上不起吊對接的平臺安裝方法。

海洋平臺大型模塊整體安裝技術的特點為:

(1)一般先進行平臺安裝設計,選用安裝駁船,再進行平臺導管架設計。

(2)平臺導管架根據安裝需要和設計要求進行設計、優化,漂浮法需要特殊設計的大開口導管架,導管架的開口處可以允許駁船駛入。

(3)平臺上部模塊全部在陸上預制,模塊上所需要的生產設備全部在陸上安裝好。

(4)可以進行萬噸以上平臺的海上安裝。

(5)可適用于浮吊無法進入的淺海海域。

2 漂浮安裝法

漂浮安裝法有 2種,漂浮法和頂升法。

(1)漂浮法。漂浮法是在平臺上部模塊及所有需要的生產設備在陸上預制裝配好以后,通過滑軌將預制好的平臺上部模塊移至駁船上,由駁船拖至預制好的導管架處,找正平臺上部模塊與導管架的安裝位置,駁船快速壓載、下沉,實現平臺上部模塊與導管架的對接。待對接完畢,平臺上部模塊的重量載荷完全轉移到導管架上,駁船繼續壓載后駛離,由海上工程船將上部模塊與導管架焊接成一體。導管架要設計成允許駁船駛入的大開口導管架。漂浮法可以安裝重量達 12 000 t的平臺上部模塊,如2001年5月在Philippines成功安裝的Malampaya平臺上部模塊,其重量達 11 500 t,海上安裝調試全部完畢僅用了 12 h。漂浮安裝法如圖 1和圖 2所示。

圖1 漂浮法安裝示意圖1

(2)頂升法。由 2艘帶有大功率卷揚機和舉升剛臂的駁船進行安裝的方法稱為頂升法,平臺導管架無須特殊設計。頂升法的安裝重量可達 6 000 t。頂升法安裝時,平臺上部模塊由 1艘駁船拖航至導管架附近,再由 2艘帶有大功率卷揚機和舉升剛臂的駁船將平臺上部模塊從兩側舉起,緩慢前移至導管架上部,通過舉升剛臂完成平臺上部模塊與導管架的對接,如圖 3所示。

目前,海上平臺模塊呈大型化趨勢,幾乎所有的生產設備都在陸上安裝好。在完成平臺上部模塊與下部組塊的對接后,就可進行生產設備的調試與試運行。

圖3 頂升法安裝示意圖

3 海洋平臺大型模塊整體安裝技術關鍵

平臺漂浮安裝的幾個關鍵因素包括:平臺通過滑道從碼頭滑移牽引裝船,平臺裝船以及就位過程中駁船壓載水的調節,平臺下沉就位等。

由于平臺浮裝技術復雜、難度高,一旦由于考慮不周出現技術事故,如船傾斜造成平臺傾覆或平臺就位時傾斜等,將會造成巨大損失。為此一般先通過計算機或海洋工程水池進行仿真試驗,對整個平臺滑移裝船和下沉就位過程進行模擬,這樣可以充分掌握整個過程中出現的問題。在此基礎上進行改進、完善,再仿真,再完善,直到完全成功,以保證實際實施過程的萬無一失。

(1)駁船的隨機運動響應分析。在平臺滑移裝船過程中必須使駁船的甲板面與碼頭平齊,如圖 4所示,要精確地計算駁船的壓載水及排水量以調節船的吃水深度。平臺拖運到安裝地點后,要準確就位,對駁船進行精確定位。因此,必須對平臺裝船過程中的駁船進行運動響應分析。

(2)駁船壓載水及排水量的調節技術。要將平臺安全滑移裝船,就必須使駁船的甲板面與碼頭平齊,見圖 4。因此,必須對平臺裝船過程中的駁船進行運動響應分析,精確計算駁船的壓載水及排水量以調節船的吃水深度,使駁船的甲板面與碼頭平齊。

圖4 碼頭和駁船連接示意圖

平臺就位下沉的過程是依靠即時潮差和駁船壓載來實現的,其中駁船壓載下沉是平臺順利安裝就位的主要環節。要達到均勻下沉,則要精確計算駁船的壓載水量,準確設計駁船壓載過程。

(3)駁船的精確定位及阻晃技術。平臺拖運到安裝地點后,要準確就位,必須對駁船進行精確定位。此外由于船是浮在海面上的,在海洋環境載荷(特別是波浪)的作用下,船會產生 6個自由度的運動,對平臺就位影響最大的是駁船的橫搖運動,橫搖大了,平臺不好對樁,即使對上樁了,各樁受力也不均勻,造成一邊的樁受力,另一邊的樁不受力,這是很不利的。所以,減小橫搖運動對平臺就位非常重要。另一個對平臺就位影響較大的是駁船的垂蕩運動,垂蕩運動大,平臺與樁對接時對樁的沖擊力大,容易對導管架造成損傷。

(4)平臺就位錨泊系統布置的優化。要實現平臺就位過程的駁船精確定位,合理的錨泊系統布置是必不可少的,可在錨泊動力分析的基礎上進行錨泊系統的優化。

(5)平臺安裝用特殊設備及駁船的開發。大型雙體駁船可用于導管架平臺的安裝,避免導管架設計成大開口的形式,也可用于未來張力腿平臺及單柱體平臺大型模塊的海上安裝。平臺海上安裝用的大型液壓設備的開發。

4 海洋平臺大型模塊整體安裝技術的局限

通過對現有的海洋平臺模塊整體安裝技術的分析可以看出,盡管漂浮法和頂升法能夠節省海上施工時間,但其海上施工的難度較大且施工的安全性較難把握。

頂升法由于海上作業時全部的載荷(動、靜載荷)都作用在 2條漂浮著的駁船上,相當于 2座浮吊同時操作。2座浮吊的操作非常難于控制,因此,其海上施工難度大,施工的安全性也較難把握,安裝重量必然受到限制,該方法的使用范圍有限。

現有的漂浮法安裝重量雖然可達12 000 t,但駁船就位后要快速壓載、下沉,還要通過錨泊定位找正平臺上部模塊與導管架的安裝位置,施工難度非常大,而且還不能保證平臺上部模塊與導管架對接的瞬間不發生碰撞?，F有的漂浮法安裝必須在天氣狀況很好的條件下完成,受氣候的限制較大。

因此,對海洋平臺大型模塊整體安裝技術還需有進一步的研究,如平臺就位過程中駁船的精確定位及駁船橫搖控制技術、開發平臺安裝用的特殊設備及安裝駁船,以適應我國海上油田,尤其是深水油田大型生產平臺的海上安裝。