海上油氣田大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)*

陳 品

(海洋石油工程(青島)有限公司 山東青島 266520)

海上油氣田大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)*

陳 品

(海洋石油工程(青島)有限公司 山東青島 266520)

陳品.海上油氣田大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)[J].中國海上油氣，2016,28(5)：124-127.

Chen Pin.New technology for integral jack-up and skidding installation of large modules in offshore oil and gas fields[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):124-127.

隨著海上油氣田開發(fā)走向深水，海上平臺(tái)模塊尺寸和質(zhì)量越來越大，安裝高度也很高，距離碼頭較遠(yuǎn)，且不能分塊安裝，外租超大型吊機(jī)工期風(fēng)險(xiǎn)太大，不僅不能一次安裝就位而且外租費(fèi)用非常昂貴。為了解決海上油氣田大型模塊整體安裝的技術(shù)難題，提出了大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)，設(shè)計(jì)了整體提升滑移安裝布置及提升流程，開發(fā)了液壓提升系統(tǒng)、提升塔架、提升橫梁及提升牛腿、連續(xù)滑移系統(tǒng)、頂落系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)，采用基于拉力千斤頂?shù)乃芴嵘c高空滑移相結(jié)合的方式將待安裝模塊精確安裝就位。利用該技術(shù)已將南海深水荔灣3-1中心平臺(tái)乙二醇再生模塊成功安裝，極大地節(jié)省了施工成本，為今后大型模塊的安裝提供了一種新的解決方案。

海上油氣田；大型模塊；整體提升；滑移安裝; 荔灣3-1中心平臺(tái)乙二醇再生模塊

1 問題的提出

南海深水荔灣3-1氣田開發(fā)是我國走向深水邁出的一大步，是深水油氣田開發(fā)的示范工程。荔灣3-1中心平臺(tái)頂層甲板的乙二醇再生模塊重達(dá)870 t,長、寬、高分別為21、21、23 m，安裝于距離建造場(chǎng)地地面39 m高的平臺(tái)頂層甲板上。如果將乙二醇再生模塊分塊散裝，需要在平臺(tái)頂層甲板安裝完成后才能進(jìn)行，且后期需要長時(shí)間的整體聯(lián)調(diào)[1]，因此出于對(duì)工期等各方面的考慮，決定將乙二醇再生模塊置于其他場(chǎng)地整體建造完成后再運(yùn)輸至海洋石油工程有限公司青島場(chǎng)地進(jìn)行整體安裝。

海洋工程大型模塊傳統(tǒng)的整體安裝方法有以下2種：①大型浮吊安裝。利用浮吊在碼頭將大型模塊直接吊裝上平臺(tái)，要求平臺(tái)建造距離碼頭較近，浮吊必須具備較高的吊裝能力，費(fèi)用相對(duì)較昂貴。②租用超大型履帶吊安裝。根據(jù)大型模塊的質(zhì)量，租用1 600 t甚至是3 200 t超大型履帶吊直接將模塊整體吊裝上平臺(tái)，這種方法費(fèi)用昂貴，且租用吊機(jī)的工期風(fēng)險(xiǎn)較大，這些模塊化的結(jié)構(gòu)物在運(yùn)輸、安裝中遇到的起重問題也很突出[2]。

對(duì)于荔灣3-1中心平臺(tái)乙二醇再生模塊來說，該模塊自身尺寸和質(zhì)量都很大，安裝高度很高，距離碼頭較遠(yuǎn)，且不能分塊安裝，外租超大型吊機(jī)工期風(fēng)險(xiǎn)太大，不僅不能一次安裝就位，而且外租費(fèi)用非常昂貴，因此，采取常用的安裝方法均無法滿足乙二醇再生模塊的安裝要求[3]。為了解決荔灣3-1中心平臺(tái)乙二醇再生模塊整體安裝的技術(shù)難題，分析了國外專業(yè)廠家如瑪姆特公司的提升技術(shù)[4-6]，對(duì)于整體安裝技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)，并進(jìn)行了成功安裝應(yīng)用。

2 大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)

大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)采用基于拉力千斤頂?shù)乃芴嵘c高空滑移相結(jié)合的方式將待安裝模塊精確安裝就位，基本設(shè)備包括2套提升門字塔架及斜撐、2根提升橫梁、4臺(tái)提升千斤頂、2臺(tái)滑移拉力千斤頂以及2個(gè)提升牛腿、若干鋼絞線以及滑塊滑道、繃?yán)K等。

2.1 整體布置及提升流程設(shè)計(jì)

大型模塊整體提升滑移安裝布置見圖1，其基本作業(yè)思路是：首先在模塊安裝位置對(duì)應(yīng)的地面精確擺放好提升橫梁，在對(duì)應(yīng)位置的平臺(tái)頂層甲板上焊接2個(gè)提升牛腿，在提升橫梁及平臺(tái)頂層甲板上鋪設(shè)滑塊及滑道，同時(shí)搭設(shè)塔架及繃?yán)K、安裝提升千斤頂，4臺(tái)提升千斤頂分別坐落于2套門字塔架及2個(gè)提升牛腿上；待模塊坐落于提升橫梁之后，通過預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接千斤頂與提升橫梁，將托著模塊的提升橫梁提升至設(shè)計(jì)高度。為了解決提升與滑移之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)禁止明火作業(yè)以免損傷受力的鋼絞線[6]，將提升橫梁端部與提升牛腿設(shè)計(jì)成相互配合的一對(duì)銷軸鉚接結(jié)構(gòu)形式，提升至設(shè)計(jì)高度后通過銷軸剛性固定連接橫梁與牛腿，拆除這一側(cè)的提升千斤頂后開始滑移作業(yè)，滑移拉力千斤頂固定于平臺(tái)頂層甲板上，另一端通過鋼絞線連接模塊的前端底座，并將模塊滑移就位，最后通過頂落千斤頂將模塊頂起，取出滑道及滑塊后再將模塊頂落，完成全部的安裝作業(yè)。大型模塊整體提升滑移安裝流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖1 大型模塊整體提升滑移安裝布置圖

2.2 關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 液壓提升系統(tǒng)

液壓提升系統(tǒng)由提升液壓設(shè)備、主控臺(tái)、泵站、錨具、夾具、液控單向閥、平衡閥及檢測(cè)元件等核心元件組成，通過液壓提升系統(tǒng)將模塊提升到設(shè)計(jì)高度。同步精度是提升的關(guān)鍵[7]，提升體系中主控計(jì)算機(jī)必須保證各個(gè)提升吊點(diǎn)的位置同步。設(shè)定一個(gè)主令吊點(diǎn)，其他都是跟隨吊點(diǎn)，主令吊點(diǎn)決定整個(gè)提升系統(tǒng)的提升速度，通過液壓系統(tǒng)中的比例閥來實(shí)現(xiàn)。每臺(tái)提升千斤頂中活塞上可安裝編碼儀進(jìn)行行程檢測(cè)，提供行程同步控制依據(jù)。每個(gè)提升吊點(diǎn)還可布置一臺(tái)激光測(cè)量儀，在提升過程中隨時(shí)測(cè)量當(dāng)前的構(gòu)件高度，并通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳送給主控計(jì)算機(jī)。每個(gè)跟隨吊點(diǎn)與主令吊點(diǎn)的跟隨情況可以用測(cè)量的高度差反映出來。主控計(jì)算機(jī)可以根據(jù)吊點(diǎn)的高度差，并依照一定的控制算法來決定相應(yīng)比例閥的控制量大小，從而實(shí)現(xiàn)每一跟隨吊點(diǎn)與主令吊點(diǎn)的位置同步。

圖2 大型模塊整體提升滑移安裝提升流程設(shè)計(jì)圖

2.2.2 提升塔架

提升塔架是由高強(qiáng)度鋼組成的桁架，塔架背部設(shè)置有斜撐，以保證塔架的穩(wěn)定性，同時(shí)根據(jù)計(jì)算風(fēng)荷載設(shè)置繃?yán)K，繃?yán)K分別固定于平臺(tái)(設(shè)置吊點(diǎn))以及陸地錨點(diǎn)上；塔架上端放置提升千斤頂，下端放置提升橫梁。

2.2.3 提升橫梁及提升牛腿

安裝連接于塔架上的提升橫梁和焊接固定于平臺(tái)上的千斤頂支撐牛腿是相互合作的一對(duì)組件，在提升至安裝就位的高度后需要將整個(gè)提升裝置及其上承載的大型模塊剛性固定，然后才能進(jìn)行高空穩(wěn)定的滑移作業(yè)，而這一步的關(guān)鍵設(shè)計(jì)在于將提升橫梁與牛腿進(jìn)行剛性固定，且在提升過程中由于鋼絞線處于受力狀態(tài)，不能進(jìn)行明火作業(yè)，因此設(shè)計(jì)為銷軸鉚接的剛性固定形式(圖3)。提升牛腿采用DH36船用鋼，焊接在平臺(tái)模塊的組合梁上，根據(jù)規(guī)范采用ANSYS有限元方法進(jìn)行分析計(jì)算[8-9]，單個(gè)提升牛腿凈承載5×103kN工況下的最大應(yīng)力為210.3 MPa，滿足要求。

圖3 大型模塊整體提升滑移安裝提升牛腿和提升橫梁之間的銷軸剛性固定

2.2.4 連續(xù)滑移系統(tǒng)

連續(xù)滑移系統(tǒng)由滑移千斤頂、滑移泵站、支座、滑道、滑塊等組成。由滑移千斤頂將模塊拖拉就位至指定位置，再將模塊運(yùn)輸于提升橫梁之前，在橫梁上敷設(shè)滑道，放置高分子滑塊，并在模塊前端安裝牽引支座，在平臺(tái)上安裝千斤頂支座。千斤頂支座材質(zhì)為DH36船用鋼，驗(yàn)算載荷按900 kN計(jì)算，千斤頂作用面積為圓環(huán)面積，外徑330 mm，內(nèi)徑150 mm,最大等效應(yīng)力為111.9 MPa，滿足要求。

通過滑移拉力千斤頂拖拉固定于模塊前端的牽引支座，并在底座下部安裝滑塊，使模塊前移，鋼絞線通過拉錨器與模塊上的牽引支座固定。滑塊厚度為20 mm，滑移面摩擦系數(shù)為0.03～0.06，另一面為磨砂面，摩擦系數(shù)約為0.46，因此只需在四周設(shè)置擋板限位即可。

2.2.5 頂落系統(tǒng)

將模塊滑移至就位位置后，需要將模塊下方的滑塊、滑道取出，以便將模塊安裝固定于平臺(tái)上。頂落作業(yè)按照設(shè)計(jì)圖上的布置擺放千斤頂，布置設(shè)計(jì)時(shí)考慮了模塊的質(zhì)量以及千斤頂?shù)淖鳂I(yè)能力、頂升位置處模塊甲板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等。將模塊頂起一定高度，將滑塊、滑道取出后再下放模塊，完成所有安裝作業(yè)。

3 荔灣3-1中心平臺(tái)乙二醇再生模塊提升滑移安裝

運(yùn)用大型模塊整體提升滑移安裝新技術(shù)成功將荔灣3-1中心平臺(tái)乙二醇再生模塊安裝就位，據(jù)估計(jì)節(jié)省了作業(yè)成本約2 000萬元。具體操作如下：

1) 在乙二醇再生模塊安裝對(duì)應(yīng)的地面位置精確擺放好提升橫梁，在對(duì)應(yīng)位置的模塊頂層甲板上焊接2個(gè)提升牛腿，在提升橫梁及模塊頂層甲板上鋪設(shè)滑塊及滑道。

2) 搭設(shè)塔架及繃?yán)K，安裝4臺(tái)提升千斤頂，提升千斤頂分別坐落于2套門字塔架及2個(gè)提升牛腿上，模塊坐落于提升橫梁之后，通過預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接千斤頂與提升橫梁。千斤頂由液壓系統(tǒng)控制，通過液壓系統(tǒng)將模塊提升到設(shè)計(jì)高度。

3) 提升模塊至設(shè)計(jì)高度。將設(shè)計(jì)成一對(duì)銷軸鉚接結(jié)構(gòu)的提升橫梁端部和提升牛腿安裝于塔架上的提升橫梁，焊接固定于平臺(tái)上的千斤頂支撐牛腿，在提升至安裝就位的高度后，將整個(gè)提升裝置及其上承載的大型模塊剛性固定，然后進(jìn)行高空穩(wěn)定的滑移作業(yè)。

4) 模塊提升至設(shè)計(jì)高度后通過銷軸剛性固定連接橫梁與牛腿，拆除這一側(cè)的提升千斤頂。

5) 開始滑移作業(yè)，滑移拉力千斤頂固定于模塊頂層甲板上，另一端通過鋼絞線連接模塊的前端底座，將模塊滑移就位。

6) 通過頂落千斤頂將模塊頂起，取出滑道及滑塊后再將模塊頂落，完成全部的安裝作業(yè)。

4 結(jié)束語

基于對(duì)國外專業(yè)廠家提升技術(shù)的調(diào)研與分析，針對(duì)南海深水荔灣3-1中心平臺(tái)上乙二醇再生模塊整體安裝的技術(shù)難題，提出了海上油氣田大型模塊總體提升滑移安裝新技術(shù)，并進(jìn)行了國內(nèi)首次成功應(yīng)用，減少了作業(yè)成本約2 000萬元，同時(shí)積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)海洋工程大型結(jié)構(gòu)物的建造安裝有很好的推廣價(jià)值。

[1] 楊英亮，張超，宮慧，等．海洋模塊鉆機(jī)利用不同浮吊安裝的幾種模塊劃分方案[J]．機(jī)械工程師，2011(12)：158-160． Yang Yingliang,Zhang Chao,Gong Hui,et al.Couple of offshore drilling module partition plan installed by float crane[J].Mechanical Engineer,2011(12):158-160

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(編輯：葉秋敏)

New technology for integral jack-up and skidding installation of large modules in offshore oil and gas fields

Chen Pin

(ChinaOffshoreOil(Qingdao)EngineeringCo.,Ltd.,Qingdao,Shandong266520,China)

With the development of increasingly deeper water offshore oil and gas fields, the modules on offshore platforms get bigger and heavier, and have to be installed at higher levels. Furthermore, this kind of integral modules cannot be installed piece by piece, and the fabrication yard is usually far from the jetty. It is risky to rent a huge crane since the wait-on time might be very long, and what’s more, the installation cannot be done by one action, and the cost is prohibitively high. To solve the problems with the installation of large modules on offshore platforms, a new technology for integral jack-up and skidding was proposed. The installation process with integral jack-up and skidding was established, and the hydraulic jack-up system, the lifting frame, the beam and bracket, the consecutive slipping system and etc. were also developed. The modules would be installed into position accurately by the combination of jack-up and high skidding with the pulling jack and frame. The successful installation of the MRU module on LW3-1 CEP platform in South China Sea was realized by this technology, with significant construction cost saved; it can serve as a new solution for future big module installation.

offshore oil and gas field; large module; integral jack-up; skidding installation; MRU on LW3-1 CEP platform

*“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“南海深水油氣開發(fā)示范工程”子課題“荔灣3-1及周邊深水油氣田工程建造技術(shù)研究及關(guān)鍵建造機(jī)具研制(編號(hào)：2011ZX05056-003-02)”部分研究成果。

陳品，男，工程師， 2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)船舶與海洋工程專業(yè)，從事海洋工程建造加工設(shè)計(jì)。地址：山東省青島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)連江路492號(hào) 海洋石油工程(青島)有限公司設(shè)計(jì)部(郵編：266520)。E-mail：chenpin@mail.cooec.com.cn。

1673-1506(2016)05-0124-04

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.05.021

TE951

A

2016-02-23 改回日期：2016-04-02