流花油田FPS伸縮節修理

許宏峰

(中海油田服務股份有限公司綜合服務事業部 天津300456)

流花油田FPS伸縮節修理

許宏峰

(中海油田服務股份有限公司綜合服務事業部 天津300456)

伸縮節是海上油田開采設施(深水鉆井平臺)的重要水下設備。這類設備由國外專業廠商生產，磨損、老化或其他原因失效后會影響整個設施的安全運營。故障發生后，通常需要從廠家購置整套設備。2012年，南海某油田設施上發現故障，在考慮設施整體停產大修時間短、采辦周期長和綜合經濟分析等因素后，在國內實施了伸縮節修復，滿足了油田開發的正常使用。修復過程采用較常規的成熟工藝(并不是原廠家推薦或指導工藝)，目前該設備正常使用。介紹了修復過程及注意事項。

FPS 伸縮節 質量策劃

1 項目背景

1.1 油田概況

流花 11-1油田距香港東南約 220,km，海域水深約310,m。1996年3月投產，油田生產井25口，是南海東部海域重要的生產設施。

1.2 油田設施(見圖1)

1.2.1 南海挑戰號FPS

“南海挑戰”號 FPS前身系 SEDCO 700系列鉆井平臺，1975年在加拿大制造，1995年在新加坡大修改造為鉆井、生產支持平臺，有 130人的生活模塊，配備4臺3.3,MW重油發電機。具有鉆井、完井、修井、發電、電潛泵供配電、水下設備安裝維修、水下系統控制、ROV支持作業等功能。

圖1 LH11-1油田生產設施Fig.1 LIUHUA 11-1 Offshore Oil Facilities

1.2.2 FPS系泊系統

FPS系泊系統為多點分布式永久系泊系統，系統由 11臺錨機驅動，錨機控制系統可控制錨機收放各錨腿的平臺鏈，使平臺可以移動到任意井口上方進行鉆修井作業。

1.2.3 南海勝利號FPSO

南海勝利號FPSO為1座14萬t原油處理、儲存、外輸油輪。長280,m、寬44,m、高23,m、吃水深度17,m。1975年在日本制造，1995年在新加坡進行改造升級。有 85人的生活模塊，內轉塔式錨腿單點永久系泊系統，最大日處理油11,130,m3(70,000桶)。

1.3 南海挑戰號FPS目前狀況

流花11-1油田預期經濟壽命15年，未來潛在的流花 11-1E油藏如果要實現經濟開發也必然依托現有流花 11-1設施。自 1995年在新加坡大修后，到2010年，FPS已經超期服役 5年，部分設施老化。為滿足后續油田開發的要求，FPS預計進行為期 128,d的進塢大修。

1.4 塢修依據(略)

① FPS整體強度校核報告，2007年CCSI。

② FPS結構評估報告，2008年GRENLAND。

2 設備狀況

2.1 主要設備(其他略)

2.1.1 井架

井架生產廠家：LEE C. MOORE(本次升級改造進行了更換)。

有效高度：48.768,m(160,ft)。

理論自重：130,000,kg。

底部開襠：15.24,m×12.2,m(50,ft×40,ft)。

二層臺高度：25,m(82,ft)。

配套天車系列號：WA12449。

吊車：柴油機驅動全回轉桁架式，額定載重量為30650,lb@124.8,ft，86450,lb@40,ft。

2.1.2 伸縮節

生產廠家：美國HYDILL。

主要指標：見表1。

表1 伸縮節主要指標Tab.1 Main parameters of an expansion joint

COUPLING PIN END下接頭類型 Hydril 21,in HST MARINE RISER COUPLING BOX END壓井/阻流高壓管額定工作壓力 5,000,PSI壓井/阻流高壓管是否耐硫化氫 是

2.2 伸縮節現狀

2.2.1 鉆井隔水管及防噴器系統

與淺水鉆井平臺相比，半潛式平臺和浮式鉆井船的優點是工作水深大，移動靈活，但設計難度大、投資高、維持費用高，需有一套復雜的水下器具。

鉆井隔水管及防噴器系統是深水浮式鉆井必不可少的設備，是指從海底防噴器到月池的一段管柱，主要功能是隔離海水，引導鉆具，循環鉆井液，起、下海底防噴器組，系附高壓節流和壓井管線、泥漿補充管線、液壓傳輸管線等。由防噴器組、液壓聯接器、隔水管底部總成(LMRP)、撓性接頭、隔水管柱、伸縮短節、張緊器等組成。

伸縮節的作用是補償平臺的升沉運動，使隔水管柱不至于因平臺的上下運動而斷裂。一般安裝在隔水管柱的上部，由內管和外管組成，2管可以上下相對運動。外管柱由張緊器張緊，以防隔水管柱在軸向壓力作用下被壓彎，使其處于穩定的受拉狀態。伸縮節主要由內筒、外筒、連接頭、密封函及壓井放噴管等組成。

2.2.2 本次維修內容

FPS現有鉆井系統長期遭受腐蝕，已經不能滿足正常使用功能。本次塢修期間要對1#、2#伸縮節進行解體，檢查后決定本體維修或者換新，更換密封件后，依原樣裝復、試壓、完工。

現伸縮節內筒公頭內壁密封面由于長期使用，腐蝕和磨損嚴重。其中，1#伸縮節的內筒必須更換，2#伸縮節的內筒視檢測結果決定。2#伸縮節轉噴器隔水管連接頭和伸縮節內筒公頭連接時，轉噴器隔水管連接頭的密封和伸縮節內筒公頭密封面的密封效果不佳，鉆井液從兩者的連接處泄漏，估計本體損壞。如圖2所示。

圖2 伸縮節損壞情況Fig.2 Damaged conditions of an expansion joint

3 實施策劃

3.1 總體原則

綜合服務事業部深圳基地在赤灣石油基地 D5庫擁有 10,000,m2辦公及工作場地，硬件條件優越。其中，露天龍門吊載荷 40,t，高度 12,m，跨距 22,m。擁有華南地區最先進的井控設備試壓裝置，自有叉車、焊機、車床等輔助設備，非常適合進行伸縮節大修。

本次 FPS改造中，綜合服務事業部承攬了井架及左舷吊車更換工作。因為深圳基地具有硬件優勢和適任人員，經與業主接觸，同意議標由我方完成伸縮節修理項目。提交報價和技術標時，明確說明對于隱含工程，需視情況與業主確定工藝及增加費用和工期。根據油田所在區域海況和檢修間隔長等特點，業主確定的大致原則是：盡量選用原廠配件或結構本體，若無法滿足要求，則選用成熟工藝進行局部修理。

3.2 安全交底

該設備由平臺人員整體拆除后，裝船運下，檢修結束后再裝船出海，因此設備整體吊裝和安裝無需由我方負責。對我方場地維修期間該項目主要工序進行分析，將吊裝、內筒抽出與回裝、邊管試壓列為重大作業(主要工序的JSA在本文中略)。

3.3 技術交底

由深圳基地維修1班承擔本次維修任務，基地有關結構專業工程師參與。

主要工序包括：進場→清潔→解體→檢測→修復→回裝→試壓→涂裝。

1#、2#伸縮節結構相同，只是在解體后發現需要修復的位置和方案不同，下文簡介本次伸縮節檢修的常規步驟。

3.4 解體

①制作固定伸縮節內筒的工裝；②拆除伸縮節內筒連接頭，保證伸縮節處于水平位置，用工裝固定伸縮節內筒，利用40,t龍門吊及鋼絲繩將內筒連接頭從內筒上旋下；③拆下伸縮節盤根盒和外筒連接螺絲，松開盤根盒上的內筒鎖緊螺絲，用吊機、叉車等將盤根盒取下；④拆下阻擋環及防磨環，取下 O型密封圈；⑤依次拆下伸縮節軸套、伸縮節活塞、鎖塊螺絲，取下鎖塊及彈簧；⑥用叉車將伸縮節內筒拉出；⑦拆除節流壓井管線，用吊機將節流壓井管線吊住后，拆除固定節流壓井管線的 U型卡箍，吊下節流壓井管線。

3.5 檢測

①檢查伸縮節公母頭相關部位的絲扣狀態；②測量內筒頂部連接頭尺寸；③檢查阻擋環和中間法蘭的O圈槽和防磨環；④檢查盤根狀態；⑤檢查軸套內外面狀況；⑥檢查活塞狀況；⑦對伸縮節內筒鎖緊塊及螺絲進行探傷檢測；⑧檢查鎖塊、彈簧及螺絲；⑨內筒銹蝕嚴重，進行除銹保養；⑩對內筒和外筒本體焊縫承載部分和吊耳進行探傷檢驗，局部進行測厚和探傷；?對節流壓井管線進行除銹清理并檢查探傷；?檢查所有密封、螺栓，螺栓經探傷合格后使用；?對所有拆下部件進行清洗檢查、維護保養。

3.6 修復

修復伸縮節活塞磨損嚴重處的工藝及控制，伸縮節內筒頂部連接頭更換位置修復以及節流壓井管線公頭處涂層處修復見本文第4部分。

3.7 回裝

①安裝鎖緊螺母，更換 O型圈、鎖緊銷、黃油嘴等。②組裝盤根盒：更換活塞上的密封，按順序裝上活塞、軸套、盤根及阻擋環。打緊伸縮節盤根盒和阻擋環連接螺絲，扭矩：(1,600～1,900)lb-ft(2,169～2,576,N.m)。③對安裝完成的盤根盒進行壓力試驗，試驗壓力為 50,psi，10,min。④將清潔保養后的內筒裝回伸縮節外筒。⑤將組裝完成的盤根盒回裝到伸縮節外筒上，打緊連接螺絲，要求扭矩：(1,600～1,900)lb-ft(2,169～2,576,N.m)。⑥更換伸縮節內筒頂部連接頭的 2道 O型密封，將頂部連接頭在內筒上旋緊。⑦用叉車將內筒推回伸縮節外筒內，旋緊內筒鎖緊螺絲。⑧對伸縮節做油漆防腐保護。

4 質量控制

4.1 活塞密封位置修復

伸縮節活塞工作位距口端約 60,mm 處磨損，特涂層剝落，工件表層密布磨損銹蝕剝落現象，磨損帶寬度約 40,mm，深度達 0.80,mm，已不能滿足工作需要，須恢復其原始尺寸及功能。

4.1.1 技術要求

①修復后活塞工作位尺寸￠609.20±0.10；②恢復工件磨損位置尺寸，焊接變形量≤0.1,mm，焊接后杜絕裂紋等缺陷出現；③工件修復后表面光潔度1.6；④工件整體作特氟龍涂層噴涂處理。

4.1.2 工具、設備及材料

CW62100C車床、HYUNDAI J300變頻器、專用1∶20減速機、車床專用磨頭、DML-V02B等離子粉末堆焊機、ST380A紅外測溫儀、千分尺(600～625)、游標卡尺(200,mm)、著色探傷劑、氫氬混合離子氣、氬氣、SCWC313鐵基耐磨耐蝕合金粉。

4.1.3 修復過程

①清除工件磨損位涂層，距活塞口端 60,mm處磨損位置密布坑點，為老化疲勞剝落所致，坑點最深達 0.8,mm。②測量活塞幾何尺寸(見測量記錄)。③將工件夾持在車床并調整其徑向跳動≤0.01，靜態下檢測活塞口端，中端及頸端徑向跳動靜態下均≤0.01，活塞軸向直線度≤0.01。④車削去除磨損位置老化剝落層，寬度 40,mm，單邊車削深度0.50,mm。⑤剩余少許較深坑點用打磨機磨削去除，做著色探傷，檢查無裂紋等缺陷。⑥進行等離子精密焊補：將等離子焊槍水平夾持在工件正上方，槍口離焊接面 4,mm；焊接電流調至 67,A，離子氣調至 1.0；送粉速度調至 20，送粉氣調至 1.8；車床轉速調至0.15,r/min，進給速度調至 0.85,mm/min；參數調整后進行焊補修復，測量工件表面溫度為 35,℃；焊接過程中測量工件表面溫度為 65,℃；約 150,min后焊接工作完成，測量工件表面溫度為 78,℃。保溫緩冷處理。⑦精磨至要求尺寸(見粉末堆焊加工后測量記錄)。⑧磨削工件表面光潔度 1.6。⑨探傷(自檢著色探傷及第三方放射性射線探傷)：清潔所需探傷工件表面；用滲透劑均勻噴涂工件表面，保持濕潤 6,min；清洗工件表面殘余滲透劑；噴涂顯影劑；無發現裂紋及缺陷；第三方放射性射線探傷報告。⑩特涂處理：噴涂具有一定韌性且耐腐抗磨的特氟龍材質；噴涂厚度為0.03～0.05；涂層表面均勻，顏色光澤，要求無起泡及皺折；噴涂后活塞幾何尺寸測量(見修復后測量記錄)。修復過程部分圖片見圖3。

圖3 修復過程部分圖片Fig.3 Some pictures of the reparative process

4.2 換用連接頭

伸縮節原生產廠家 HYDRIL公司已被美國 GE公司收購。承攬項目后，基地采辦部反復與美國 GE公司聯系訂購伸縮節內筒和頂部連接頭事宜，歷經4個月時間，對方始終不肯提供此單獨兩項產品的報價和交貨期。經過與流花塢修項目組、中海油深圳分公司生產部、南海挑戰號有關人員協商后，決定利用現有部件：1＃伸縮節內筒在經檢測壁厚銹蝕不超標，焊縫探傷合格的情況下繼續使用，2＃伸縮節內筒頂部連接頭，在探傷測量檢查合格并修復密封面的情況下使用原部件。

內筒頂部連接頭由中海油發展集團油建深圳分公司 2006年在國內制作過一個，使用過程中發生泄漏，后當作備件存儲。解體測量連接頭，發現密封部位內徑比原連接頭大 1.6,mm，密封圈位置有一圈深0.3,mm凹痕，影響密封而導致失效。

油建深圳分公司車間內的內筒頂部連接頭備件，經探傷檢驗合格。分別測量 2#連接頭密封內孔尺寸為Ф549.5,mm，內孔無變形，只是密封面局部有拉痕。檢查與內筒連接的鋸齒形內螺紋尺寸：1＃連接頭鋸齒形螺紋牙頂寬 3.4,mm，牙深 3.00,mm，參考鋸齒形螺紋 GBT 13576.1-1992標準，連接頭可以與之內筒外螺紋配合使用。雙方決定伸縮節連接頭內孔密封局部拉痕采用金屬陶瓷噴涂修復后機械研磨加工至Ф549.45,mm使用。換用連接頭部分圖片見圖 4。

圖4 換用連接頭部分圖片Fig.4 Some pictures of connector replacement

4.3 邊管接頭修復

解體后發現伸縮節隔水邊管公頭噴涂層老化已無法使用，邊管長度約 20,m，現有設備無法進行加工，經協商確定將公頭原焊接位切除，修復后再與邊管焊接。

4.3.1 使用工具、設備及材料

CA6140車床、博世角磨機、氧焊設備(加溫用)、水平尺、平尺、角尺、米勒 CY-50兩用焊機、ST80紅外測溫儀、千分尺(100～125,mm)、游標卡尺(200,mm)、著色探傷劑、氬氣、LKE-48鎳基焊條、JG-50焊絲等。

4.3.2 修復過程

測量標記后切除公頭與邊管原焊接部位；在公頭與邊管原焊接處做標記，測量頂端至標記處長度并記錄；用角磨機從原焊接處切斷；邊管切除端用角磨機打磨 45,°X10 坡口。

去除公頭老化破裂層。將公頭部分夾持在車床并調整其徑向跳動≤0.1，加工切割端45,°X10坡口；夾持公頭切割端，調整公頭位置跳動≤0.02，修整公頭位置頂錐孔及公頭部位頸部基準位；測量公頭原始尺寸，然后去除老化破裂涂層，徹底去除損壞涂層后母體直徑約為￠109；用著色探傷檢查公頭車削位置，無裂紋等缺陷；將公頭需要堆焊修補位置加熱到280,℃；焊接電流調至 95,A，用 LKE-48鎳基焊條進行堆焊修補；修補完畢后作中溫回火處理(400,℃)，確保其硬度在 HRC45左右；精車修補部位至要求尺寸并探傷；將堆焊修補公頭夾持在車床上進行車削；車削公頭位置尺寸至￠115時，重新修整頂錐孔，并以先前加工基準位置調整公頭跳動≤0.02；進行精車至要求尺寸￠114.2,mm；著色探傷檢測修復面無裂紋等缺陷；將修復后公頭與邊管對接，用水平尺調整好兩部分管道水平，然后使用平尺調整兩管錯位至最小，檢測長度偏差±1；使用 JG-50焊絲進行定位焊接，固定后重復步驟，確定焊接固定后無變動；使用氬弧焊對稱進行打底，填充及蓋面，確保焊接后變形最小并記錄；焊接完成之后加熱至480,℃左右作高溫回火處理并保溫 24,h。對焊接及修復部位進行探傷，無裂紋、夾渣等缺陷。部分工藝過程見圖5。

圖5 部分工藝過程圖片Fig.5 Pictures of some technological processes

5 變更管理

業主要求所有施工項目的承包商應嚴格按照合同、標準、規范和業主提供的相關設計文件進行施工，所有工作及工作成果必須符合相關標準規范要求，并有保護好復用設施的職責。在整個施工過程中，承包人應按照施工計劃及業主的要求，對所承擔的工作進行日報、周報、月報，反映實際的施工狀態和進度，并及時調整施工進度和計劃。

Expansion Joint Repairing for FPS of LIUHUA Offshore Oilfield

XU Hongfeng
(COSL Logistics Services，Tianjin 300456，China)

An expansion joint is an important device in offshore oil facilities(deepwater drilling platform)and is produced by foreign professional manufacturers. Due to wear，aging or other reasons，failure of expansion joints will affect the safe operation of the facilities. When one fault occurs，usually a whole set of equipment needs to be purchased from the manufacturer. In 2012，malfunction of expansion jointswas found in an offshore oilfield in South China Sea. As the overhaul needed to be timesaving，but the purchase period was long and lacked economical efficiency，the repairing of expansion joints were performed domestically，which satisfied the normal operation of the oilfield. The repair process adopted mature techniques(not recommended or guiding techniques from the manufacturer). After the repairing，the equipment is now under normal service conditions. This paper described the repairing process and matters worthy attention.

FPS；expansion joint；quality planning

TE952

A

1006-8945(2014)10-0095-05

2014-09-09