單點系泊系統快速修復技術

劉雪宜，秦勇，孫雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

單點系泊系統快速修復技術

劉雪宜，秦勇，孫雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

單點系泊是FPSO最為常用的系泊方式，保持單點的完整性對于FPSO安全以及整個油田的生產至關重要。文章以海洋石油102單點修復項目為例，詳細論述水上軟剛臂單點組成、單點壞損情況、修復策略、單點系泊頭修復、海纜修復以及YOKE修復等關鍵技術。海洋石油102單點修復項目涉及的難題和創新將為今后類似單點系泊系統完整性管理以及單點快速修復提供良好的借鑒。

水上軟剛臂；單點系泊損壞；單點系泊頭修復；海纜修復；YOKE修復

0 引言

渤中28-2南油田位于渤海南部海域，水深約為21 m，主要設施包括中心平臺CEP、海洋石油102單點/FPSO以及CEP平臺至單點的海底管道。2011年4月1日海洋石油102單點YOKE系統嚴重受損，中海油第一時間啟動應急預案，將FPSO順利解脫并拖航至蓬萊港停靠，受損的YOKE運回陸地維修。為了盡快實現油田復產，在FPSO緊急解脫和YOKE拆除搶險工作結束之后，立即展開對單點系泊系統（簡稱單點）受損設施的全面勘察和評估，確定了修復方案，同時開展單點管匯平臺、海纜、YOKE等多方面的修復工作，最終于2011年6月20日實現海洋石油102單點/FPSO的復產。

1 水上軟剛臂單點系泊系統

近30年來，單點系泊系統由于其水深適應范圍廣，能系泊超大型FPSO，抵抗海洋環境能力強，經濟性好，因而廣泛應用于海洋開發中。按系泊結構方式單點系泊可以分為：塔式系泊、轉塔式系泊和浮筒式系泊，其中塔式系泊系統適用于50 m以內的淺水海域。

海洋石油102單點屬于水上軟剛臂系泊系統，是塔式系泊系統的一種，其主要結構如圖1所示，包括：四腿導管架、單點系泊頭、YOKE、系泊腿、系泊支架等。

導管架用鋼樁固定在海底，單點系泊頭固定在導管架之上。YOKE和系泊腿連接單點系泊頭和FPSO船首的系泊支架，構成單點系泊的軟剛臂系統。YOKE的頭部有縱搖鉸接頭、橫搖鉸接頭，系泊腿上下端分別裝備了推力軸承、萬向鉸接頭，能夠消除單點與FPSO之間的六個自由度的相對運動。YOKE末端左右各有一個壓載艙，分別灌注180 t防凍液，其作用是為FPSO的位移提供回復力，保證系泊腿角度處于正常的垂直位置。海洋石油102單點具有風向標效應，允許FPSO圍繞單點系泊頭作360°的自由運動，使FPSO始終處在合外力最小的位置上。

圖1 海洋石油102單點結構示意

2 單點損壞情況

在FPSO緊急解脫和YOKE拆除搶險工作結束后，立即委托海洋石油工程股份有限公司（以下簡稱海油工程公司）、單點設計廠家SBM公司展開對單點受損設施的全面勘察和評估，結論如下：

（1）單點系泊頭。主軸承狀況良好；轉盤以上結構狀況良好；下層管匯平臺結構、管道、儀表損壞嚴重，其中包括關斷閥、DBB閥、PIG閥等；下層甲板海底管道、海纜損壞嚴重；將軍柱走道甲板損壞嚴重。

（2）YOKE。橫搖軸承狀況良好；萬向鉸接頭狀況良好；壓載艙狀況良好；D 2 420 mm的橫管以及相連的側向支撐管撕裂變形需更換；受損的輔助結構如走道、欄桿、照明等需要恢復。

（3）FPSO船首部分。系泊結構、系泊腿以及推力軸承狀況良好。

3 單點修復策略及關鍵技術

為盡快恢復油田生產，確定復產策略和方針是項目實施的第一步。在取得檢測評估結果后，結合專家意見確定了復產工作的總策略：以原設計為基礎，局部進行加強，實現油田快速復產。隨后，制訂了詳細的技術方案和實施計劃，這些技術方案不僅體現了單點修復項目的獨特性，而且對海上平臺維修、海纜修復具有普遍的指導意義。

3.1 單點系泊頭修復

單點系泊頭損傷情況比較嚴重，主要集中在下層管匯平臺結構、管道、儀表和位于下層甲板的海底管道、海纜。海洋石油102單點處FPSO緊急撤離以后，立即動員渤海自立號生活支持平臺投入單點修復項目，其在單點附近就位如圖2所示，其功能是滿足施工期間海上物料吊裝的需要，并承擔海上施工所需水、電、氣的供給，為作業人員食宿的安置、物料存放及施工預制等提供必要的場所。

圖2 “渤海自立號”在單點附近就位

根據單點系泊頭損壞情況，制訂了按照單點原設計圖紙快速修復的施工方案。一方面按照單點檢測評估結果啟動設備、材料的采辦，另一方面動員人員開始海上修復施工。海上施工按照先拆舊后裝新、先結構后管道、最后電儀的總體思路展開，對于有特殊工藝、交叉施工要求的，以及限制空間的地方適當調整施工順序。單點修復大致的施工步驟如下：

（1）拆除照明、導航、通訊、氣體/火焰探頭、管道電伴熱、電纜和電纜托架、救生以及CO2系統等設備。

（2）拆除4根絕緣法蘭至滑環的原油管道以及閉排系統部分受損管道。

（3）拆除上層管匯平臺（EL33050）、下層管匯平臺（EL31200）全部結構。

（4）預制、回裝上層管匯平臺（EL33050）、下層管匯平臺（EL31200）全部結構，焊道NDT檢驗，涂裝。

（5）預制、回裝4根絕緣法蘭至滑環的原油管道，管道焊道NDT檢驗，安裝新的關斷閥、DBB閥、PIG閥，壓力試驗，管道伴熱保溫。

（6）安裝新的救生系統、CO2系統等設備。

（7）檢測標定壓力、溫度、指示、氣體/火焰探頭、關斷閥等各類儀表。

（8）預制、回裝電纜托架、馬腳、燈具支架，敷設電氣儀表電纜，安裝照明、導航以及其他電儀設備。

（9）完成儀表設備的單機調試、回路調試，做好投產準備。

為了加快施工進度并保證施工安全，采取了如下有效措施：

（1）同時開展損壞部件的拆除與新部件的采辦、預制。

（2）在項目初始就統籌考慮整個項目施工需要搭建的腳手架，避免腳手架的重復搭建與拆除。

（3）結構件、管道的預制盡可能在陸地完成，減少海上組對、焊接工作量。

（4）優化施工工藝，盡可能安排并行作業，并加強施工進度的監控，根據關鍵路徑適時調整施工資源的投入。

（5）為保證施工安全，盡量減少交叉作業，將風險較大的吊裝作業、高空作業、潛水作業盡量安排在白天，將風險較小的UT/MT、涂裝、調試盡量安排在夜間。

3.2 海纜修復

海洋石油102單點系泊系統YOKE受損變形將海纜護管上錨固出口處的海纜壓斷，如圖3所示。該海纜從單點敷設到CEP平臺，海纜參數為3芯×240 mm2，電壓等級10.5 kV，質量28.5 kg/m，全長1.5 km。根據以往海纜維修的經驗和方法，海油工程公司形成了一套自有的、行之有效的海纜維修技術。修復方案思路：如果海纜有充足的富余量，直接抽拉破損處海纜到海纜箱處，測試合格后接入海纜箱。為預防海纜富余量不夠，提前向海纜原廠家購買200 m新海纜備用，并編制敷設新海纜接長舊海纜的備用方案。

圖3 海纜在護管出口處壓斷

施工步驟如下：

（1）選擇合適的主作業船。根據海纜修復施工的需要，需要一艘甲板面積100 m2以上的施工船，一臺50 t吊機、一臺10 t卷揚機，并且搭載一套吹泥設備，同時船舶能提供30名施工人員的食宿。本項目主作業船為濱海106。

（2）主作業船就位。主作業船拋錨時不能影響渤海自立號和海底的管道和海纜，就位方式采用船首帶纜，船尾拋錨。

（3）檢查海纜富余量。潛水員下水探摸海纜富余量，發現海纜水下部分富余量不夠時，項目立即啟動敷設200 m新海纜接長舊海纜的備用方案。

（4）切斷舊海纜后做絕緣測試。在距離單點導管架電纜喇叭口大約40 m處對舊海纜進行提拉，固定到作業船上的一定長度時將海纜切斷，在舊海纜切斷后，對切斷處到CEP平臺這段海纜做絕緣測試并確保合格。

（5）切斷海纜箱處舊海纜。單點上施工人員用倒鏈將海纜箱處海纜固定，切斷與海纜箱連接的電纜，并切除錨固點。

（6）抽拉海纜護管中的舊海纜。在單點結構梁上安裝一導向滑輪，利用船上的卷揚機將海纜護管中的舊海纜抽拉上船，如圖4所示。在抽拉舊海纜的同時將一根鋼絲繩從船上引到單點，為新海纜穿管做準備。

圖4 抽拉海纜護管中的舊海纜

（7）從單點處反向敷設新海纜。利用作業船上的卷揚機和導向滑輪將新海纜穿過單點上海纜護管，從單點反向敷設海纜到標記處后若干米（現場決定），以留出充足余量，并對新敷設的海纜做絕緣測試，防止在敷設過程中海纜破損。

（8）海纜斷點處做接頭測試。配合廠家人員在作業船上密封操作間將新舊兩段海纜連接做接頭；中間接頭做完后，對整段海纜做絕緣測試并對海纜打壓，確保合格后將接頭吊放入海中。

（9）海纜接入海纜箱。測試合格后，專業人員需要對海纜的三芯做線鼻子，并將海纜接入海纜箱中。在海纜護管上重新安裝新的錨固。吊放水泥壓塊入海壓住海纜。

3.3 YOKE修復

YOKE結構為三角形鋼架，其外圍尺寸為34 m×28 m，結構凈質量210 t，位于FPSO系泊腿與單點系泊頭之間。駁船將受損的YOKE運回碼頭，用浮吊將YOKE吊裝到傍靠碼頭的維修場地，場地布置如圖5所示。YOKE由四個墊墩支撐，根據支撐位置的不同設計預制兩種不同規格的墊墩。

圖5 YOKE在維修場地的布置/m

YOKE在海上損壞嚴重，是單點系泊系統快速修復的重點。修復的內容包括YOKE鼻錐部橫管、側向支撐管段、與縱搖及橫搖軸承連接的直管段以及其他附屬結構（如梯子、欄桿、格柵、走道等）。如圖6所示，YOKE鼻錐部橫管嚴重變形，與側面支撐管馬鞍口連接處撕裂，連同部分長度的側面支撐管需要重新卷制接長、組對焊接。

圖6 受損的YOKE鼻錐部橫管

YOKE修復大致的施工步驟如下：

（1）根據YOKE修復方案，編制YOKE修復工藝流程，如圖7所示。

（2）搭設腳手架。在YOKE周圍搭設腳手架，搭設高度約6 m，需要上、中、下三層跳板。在腳手架上的主要作業內容有損壞結構拆除、無損檢測、空間組對施工和油漆噴涂等。

（3）現場尺寸測量及焊縫無損檢測。對YOKE鼻錐部和YOKE壓載艙上的機械連接件和結構焊縫進行無損檢測、評估以及整體尺寸和變形的測量，并根據設計單位的意見開展修復工作。

（4）YOKE調平。根據現場測量數據，對YOKE進行水平度及定位尺寸調整，保證各個尺寸滿足建造誤差要求。節點位置誤差控制在15 mm范圍內，角度誤差控制在±0.5°內。

（5）布置臨時墊墩和臨時支撐。對受損YOKE鼻錐部進行切割作業前，在兩個YOKE鋼臂擬切割位置靠后約2.5 m處增加兩個臨時墊墩（編號1和2），兩YOKE鋼臂之間布置一根臨時支撐管（規格為D 610 mm ×16 mm×6 500 mm，材質為GB 712-2000 A36），確保YOKE切割后不發生變形。對YOKE鼻錐部進行切割作業前，在切割部分下方布置4個臨時墊墩（編號3、4、5、6），墊墩位置如圖8所示。

圖7 YOKE修復工藝流程

圖8 YOKE修復臨時墊墩布置

（6）YOKE切割吊裝。根據結構檢測、評估意見，確定YOKE切割位置，切割過程中需要在切割結構部件上現場布置幾個臨時吊點，并使用吊機掛扣協同作業，以確保安全。切割作業時，首先切割YOKE鋼臂切割位置的走道、欄桿，然后切割YOKE鋼臂。切割YOKE鼻錐部結構時需要吊機叉車協同作業。

（7）管材卷制。根據管材單件圖及卷制接長方案，按API2B規范要求完成管材卷制并接長，然后使用樣板數據現場切割馬鞍口，管件預制好后進行噴砂噴漆作業。

（8）現場組對。如圖9所示，工序如下：組對支撐管段1，有一道現場環焊縫焊接；組對支撐管段2，有一道現場環焊縫焊接；組對頭部橫管與鉸接頭連接件預制成的整體部件，有兩道現場環焊縫焊接。每一道焊縫都需要完成組對、報檢、焊接、報檢等過程。

（9）安裝輔助結構、涂裝、拆除腳手架。根據圖紙分段預制梯子、欄桿和走道，預制完成后進行整體噴砂噴漆作業，然后分段吊裝組對焊接，并報檢。完成全部修復作業后拆除全部腳手架。

圖9 YOKE修復現場組對工序

4 結束語

水上軟剛臂單點系泊系統，適用于50 m以內的淺水海域，是我國渤海地區常采用的單點系泊方式。海洋石油102單點修復項目面對工期緊、施工空間小、投入資源多等難題，在全面勘察評估單點受損情況的基礎上，及時確立了單點修復策略與方針，依靠國內技術和施工隊伍解決了單點系泊頭修復、海纜修復、YOKE修復等工作中的諸多難題，努力提升項目實施以及施工現場的管理水平，歷時81 d實現了渤中28-2南油田的全面復產。海洋石油102單點修復項目的成功，對于今后單點FPSO類似工程，具有一定的借鑒和參考意義。

[1]劉雪宜.FPSO在YOKE損壞時的應急解脫[J].石油工程建設，2013，39（3）：26-30.

[2]田冰，劉雪宜，孫丕松.BZ34油田單點系泊系統海上解脫[A].中國海洋工程學會.第十四屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集[C].呼和浩特：海洋出版社，2009.1 473-1 477.

油氣管道兩項關鍵設備實現國產化

由中石油管道局機械公司自主開發研制，目前國內最大直徑、最高壓力快開盲板與絕緣接頭——壓力12.6 MPa、直徑1 550 mm環鎖型快開盲板和壓力12 MPa、直徑1 400 mm整體式絕緣接頭，近日通過中國特種設備檢測研究院的技術檢測。這標志著我國油氣管道關鍵設備國產化又一次新突破。

據相關人士介紹，快開盲板與絕緣接頭分別是中石油科技重大專項研究課題《油氣管道關鍵設備國產化》和《第三代大輸量天然氣管道工程關鍵技術研究》中的一項。此兩項產品的成功研制，是中石油管道局高壓力、大口徑快開盲板和絕緣接頭技術的進一步提升，不僅為北天山備用通道工程建設做好了準備，同時為中國管道建設主干線快開盲板實現國產化和第三代大輸量天然氣管道建設做好了技術準備。

（本刊摘錄）

EmergencyRepair Technologyfor Single Point Mooring System

Liu Xueyi，Qin Yong，Sun Xuemei
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.Tianjin 300452，China

Single point mooring（SPM）is the most commonly used mooring way for FPSO，so maintaining the SPM integrity is paramount for the FPSO safety and the production of the whole oilfield.Taking Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project for example，this paper detailedly presents the components of soft YOKE SPM system，SPM damaged status，repair strategy，and key techniques for SPM emergency repair，such as SPM mooring head repair，submarine cable repair and YOKE repair.The solutions and innovations associated with Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project will provide good references and experience for the integrity management and emergency repair of similar SPM system in the future.

soft YOKE；SPM damage；SPM mooring head repair；submarine cable repair；YOKE repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.005

劉雪宜（1980-），男，湖南攸縣人，工程師，2006年畢業于哈爾濱工程大學船舶與海洋結構物設計專業，碩士，主要從事海洋工程設計與安裝工作。

2014-02-21