深水半潛式平臺立管提升系統建造安裝技術

李長亮， 李振鵬， 劉 超， 陳 果， 張偉男

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266555)

0 引 言

“深海一號”能源站是我國自主研發設計建造的全球首座十萬噸級深水半潛式生產儲油平臺，位于海南島東南部陵水海域，作業水深約為1 400 m，由上部組塊和下部船體兩部分組成，共有6條海管與陸地終端相連，需要通過能源站自身攜帶的立管提升系統完成最后的連接工作。立管提升系統需要在海管安裝前完成提拉模塊、滑輪、走道、照明、安全、液壓等子系統的建造、安裝及調試工作，并在海管連接調試完成之后拆除[1-3]。

國內針對立管提升系統已經開展了很多前期工作，對其性能、安裝過程等都進行了有針對性的研究分析[4-8]，由于立管提升系統不參與平臺的生產，其設計相對獨立，要做到單獨使用，方便拆除，無法與平臺其他系統優化排布；同時，為完成海上立管提升工作，其主要構件設計分布于船體中間區域上部組塊，建造施工多為舷外及懸空作業，不同于普通的平臺系統[3-4]。本文針對上述特點，對立管提升系統各子系統的建造提出了解決方案，為保障海上立管提升工作順利開展提供了技術支撐。

1 立管提升系統組成

“深海一號”能源站通過水下生產系統進行油氣開采，經西側2根、南側3根海管輸送至能源站平臺，平臺進行油氣處理后通過北側18″海管外輸至崖城及香港陸地終端，海管在平臺上的分布如圖1所示，立管提升系統在平臺上的分布如圖2所示。

圖1 “深海一號”能源站海管分布圖Fig.1 Distribution of submarine pipes of the energy station of “Deep Sea No.1”

圖2 “深海一號”能源站立管提升系統構件平臺分布示意圖Fig.2 Schematic diagram of component platform distribution of the riser lifting system of the energy station of “Deep Sea No.1”

平臺的立管提升需要從平臺上下放提升錨鏈和輔助牽引纜，通過輔助工作船將提升錨鏈和輔助牽引纜轉移至立管鋪設船上，在鋪設船上完成提升錨鏈與立管拖拉頭連接后，采用鋪設船上的收放絞車緩慢下放立管至設定水深，同時在平臺上回收提升錨鏈，直至超過立管懸掛裝置，潛水員下水連接輔助牽引纜和立管拖拉頭，采用輔助牽引纜將船體內側牽引立管拖拉頭至立管懸掛裝置上方，緩慢下放提升錨鏈，將立管頭下放至立管懸掛裝置內，然后拆除提升錨鏈、輔助牽引纜以及立管拖拉頭，完成立管提升就位。

為完成立管提升工作，“深海一號”能源站立管提升系統設計了平臺南側及北側2個提升模塊、組塊下部及船體上部滑輪系統、液壓系統、照明系統和生命保障系統，主要構件分布在上部組塊與下部船體之間，系統概況如圖3所示。

圖3 “深海一號”能源站立管提升系統三維分布圖Fig.3 3D diagram of the riser lifting system of the energy station of “Deep Sea No.1”

1.1 上部組塊南北兩側提升模塊

能源站上部組塊南北2側各有一個提升模塊。南側模塊重578 t，配備1臺450 t主絞車，2臺100 t輔助絞車，用于南側3根立管的提升，輔助西側立管的提升，并為北側立管提升提供橫向就位牽引；北側模塊重357 t，配備1臺798 t鏈式絞車，用于南側1根立管的提升。

1.2 上部組塊底層甲板下滑輪及通道

能源站上部組塊底層甲板下部有1個主滑輪、2個輔助滑輪作為提升模塊鋼絲繩導向，鋼絲繩通過位于上部組塊頂層主甲板的導纜絞車，穿過主甲板和生產甲板與船體旁通上滑輪相連；沿鋼絲繩路徑分布8個操作平臺，總重約150 t，方便立管提升過程中操作人員使用。

1.3 船體旁通上吊耳及滑輪

船體旁通上共有11組吊耳及滑輪，用于提升模塊鋼絲繩導向。

1.4 液壓系統

南側提升模塊有3″、2″、1/2″共3根液壓管線與船體液壓動力單元(HPU)連接(圖4)，北側提升模塊有3″、2″共2根液壓管線與船體HPU連接(圖5)，南側提升模塊與北側提升模塊間有3根1/2″液壓管線連接，南側提升模塊與西側絞車有3根1/2″液壓管線連接。以上共11根液壓管線總長約1 200 m。

圖4 南側提升模塊Fig.4 South lifting module

圖5 北側提升模塊Fig.5 North lifting module

1.5 照明及安全系統

在南、北側提升模塊及生產甲板底部通道上分布284盞照明燈具；提升模塊及通道立柱上有300余個安全帶掛扣用吊耳及生命線安裝用吊耳。

2 立管提升系統安裝方案

“深海一號”上部組塊在海洋石油工程青島場地滑道上建造，總裝完成后拖拉裝船，在煙臺來福士場地與下部船體進行大合攏作業及后續完善工作，考慮到上部組塊與船體大合攏之后無法借助大型設備輔助大滑輪的安裝，在青島場地總裝階段必須通過工裝把大滑輪固定在上部組塊底部，待大合攏完成后滑移就位。

上部組塊與船體采用吊裝方式大合攏，通過煙臺來福士場地泰山吊提升上部組塊，船體在船塢中精確坐底，泰山吊下放上部組塊，與船體完成合攏[3]。南、北側提升模塊及4個生產甲板下部通道大合攏干涉區域內，南、北側提升模塊、大滑輪和受干涉影響的4個通道必須在上部組塊與船體大合攏之后完成安裝，涉及反底懸空作業，必須提前做好施工規劃和準備，以確保大合攏之后立管提升工作順利完成。

大滑輪滑移工裝及組塊底部通道的建造安裝是整個立管提升系統安裝的重大難點，結合立管提升系統各子系統工作量情況，采取最大化地面預制、最大化低空安裝、最小化反底懸空施工的原則，盡量提高生產效率、降低安全風險，各子系統具體方案如下文所述。

2.1 上部組塊南北兩側提升模塊的安裝

南、北側提升模塊在外場完成預制后采用船體浮吊方式與上部組塊總裝，提升模塊上部通過銷軸與上部組塊連接，下部通過螺栓固定。為保證提升模塊安裝過程中能夠順利與上部組塊完成對接，需要注意上部組塊上銷軸和螺栓孔的定位精度，可以在提升模塊建造完成后測量銷軸孔的定位尺寸，銷軸的安裝和螺栓孔按照提升模塊銷軸孔尺寸來定位；提升模塊和上部組塊上的螺栓孔板可以一起進行機加工開孔，保證螺栓能順利穿過，然后分別把螺栓孔板焊接到提升模塊和上部組塊上。做完上述工作后就可以吊裝提升模塊。

2.1.1 提升模塊吊裝場地要求及注意事項

(1) 碼頭需要有足夠的水深，滿足平臺、運輸駁船、浮吊的吃水要求。

(2) 碼頭需要有數量足夠的帶纜樁，滿足平臺、運輸駁船、浮吊的帶纜要求。

(3) 碼頭位置要求有足夠的場地，以便于進行吊裝前索具的更換。

(4) 碼頭附近要有足夠的海域空間，便于浮吊的拋錨作業。

(5) 吊裝作業前，可能與鋼絲繩、吊機扒桿相碰撞的腳手架、舾裝等不能安裝，與鋼絲繩接觸的位置要提前進行保護。

(6) 吊機吊離支撐物0.3 m左右后應停留約1 min，對吊索、卡環及吊機等的狀態進行觀察，確認無異常后方可繼續吊裝作業。

(7) 吊裝現場的天氣狀況符合作業要求(風力小于6級、浪高小于0.5 m，能見度大于200 m、無間歇性大風)。

2.1.2 吊裝步驟

(1) 浮吊在索具更換區進行吊裝前準備，帶纜、更換索具、檢查浮吊工況等作業，提升模塊由運輸駁船運輸到場，駁船?？吭诖a頭。

(2) 起吊前吊裝指揮應檢查索具，并確保沒有其他松動的構件，安全部門設置吊裝警戒線，并阻止所有無關人員進入吊裝區域。

(3) 吊機慢慢起吊，當吊離支撐物0.3 m左右時,應停留約1 min，對被吊物、吊索及吊機等的狀態進行觀察，確認無異常后方可繼續吊裝作業。

(4) 移動浮吊將提升模塊吊裝到平臺指定的安裝位置，然后使用手拉葫蘆、倒鏈或者牽引繩等輔助完成最終的精確就位。

(5) 在松開鋼絲繩前，應檢查并確認提升模塊的安裝位置是否正確，在確認提升模塊安裝定位到平臺后，松開索具，并移走吊車。

2.2 生產甲板下部滑輪及通道的安裝

考慮到大滑輪無法在上部組塊總裝場地完成就位，而大合攏后又無法在模塊底部進行吊裝作業，這就需要將大滑輪提前固定在模塊底部，在不影響上部組塊與船體大合攏的情況下盡量降低工作風險。總體思路是在上部組塊總裝場地預制大滑輪底座，與大滑輪焊接在一起，預制大滑輪滑移工裝及大滑輪臨時固定平臺，將大滑輪和底座整體吊裝至大滑輪滑移工裝上，滑移工裝吊裝至大滑輪臨時固定平臺，以上總重量約為38 t，三維視圖如圖6所示；滑輪臨時固定平臺通過立柱與上部組塊大梁焊接懸掛在模塊下方，上部組塊與船體大合攏后完善大滑輪滑移工裝下方滑移路徑，大滑輪滑移工裝通過滾輪小車滑移至大滑輪就位位置下方，通過倒鏈將大滑輪工裝整體提升至就位位置，焊接固定大滑輪，具體步驟如下：

圖6 大滑輪滑移工裝及臨時固定平臺三維視圖Fig.6 3D view of large pulley sliding tooling and temporary fixed platform

(1) 在預制好的大滑輪底座上焊接翻身吊點，將底座焊接在大滑輪上。

(2) 預制大滑輪滑移工裝，將大滑輪及底座翻身吊裝至大滑輪滑移工裝上，并通過筋板焊接固定。

(3) 運輸滑移工裝至上部組塊臨時就位位置下方，通過手拉葫蘆將滑移工作提升至就位位置，提升過程須保證滑移平臺水平，防止滑移平臺傾斜。

(4) 將滑移平臺焊接在上部組塊大梁上，拆除用于提升滑移平臺的手拉葫蘆，把大合攏后需要完善滑移平臺的桿件備料至滑移平臺上。

(5) 在上部組塊與船體大合攏完成后，完善大滑輪附近立管提升系統操作通道，搭設腳手架，完善大滑輪滑移平臺通路。

(6) 焊接大滑輪滑移工裝滑移和提升需要的手拉葫蘆掛點，移除大滑輪滑移工裝行進路線前端的限位固定筋板并打磨平整。

(7) 布置手拉葫蘆，將大滑輪滑移工裝滑移并提升至就位位置。

(8) 焊接固定大滑輪并測量就位精度，切除大滑輪滑移工裝與大滑輪之間的連接筋板，將滑移工裝下放至滑移平臺。

(9) 分段拆除大滑輪滑移工裝及滑移平臺，通過上部組塊甲板開孔位置逐步倒出，此工作量較大，由人力完成耗時漫長，可以考慮以安裝倒運絞車的方式完成。

上部組塊底部通道的建造安裝分兩部分進行：

(1) 對于不影響上部組塊與船體大合攏的通道平臺，提前預制完成，通過手拉葫蘆提升就位，借助上部組塊場地建造階段的腳手架完成立柱焊接及油漆修補。

(2) 對于影響上部組塊與船體大合攏的通道平臺，提前預制完成，將平臺提升至就位點附近，避開大合攏干涉區。通過臨時結構固定與組塊底部，待大合攏完成后，搭設腳手架，將通道平臺下放至就位點，完成立柱的焊接及油漆修補。需要特別注意的是，腳手架搭設要緊密配合通道平臺的就位焊接工作，由于是反底懸空作業，施工難度大、安全風險高，不可交叉作業。通道平臺下放、焊接、補漆作業必須在腳手架搭設完成后展開，每個通道平臺安裝要依次完成下放用腳手架搭設、下放、下放用腳手架拆除、調整、下放就位、下放焊接用腳手架拆除、焊接用腳手架搭設、焊接、補漆、焊接用腳手架拆除整個施工周期，周期一般為1個月左右。

2.3 船體旁通上吊耳及滑輪的安裝

船體旁通上的吊耳及滑輪不受上部組塊和船體大合攏的影響，且大合攏之后船體旁通會在海平面以下，常規方法無法施工，所以必須在船體總裝階段完成安裝。吊耳最好在船體分段建造階段就完成安裝，這樣可以避免總裝后再安裝可能出現的船體內部補漆問題，滑輪安裝不需要焊接，但是要注意固定，避免在船體濕拖過程造成移位或損壞。

2.4 液壓系統管線的安裝

立管提升系統絞車的動力來源與液壓系統，所有液壓軟管的安裝需要等上部組塊與船體大合攏完成后進行，液壓軟管一般分段到貨，需要先進行串油清潔，達到NAS8的清潔度要求，清潔完成后需要注意管端封堵保護，防止管線安裝過程中油品落入海中造成污染。安裝完成后通過船體HPU進行試壓及調試，沒有問題之后進行臨時固定，需要對在甲板面上的管線進行防護，保證在海上立管提升作業之前不被損壞。

2.4 照明及安全系統的安裝

可以在上部組塊總裝時安裝部分照明燈具的支架，等上部組塊底部的通道完善之后進行燈具安裝和電纜敷設。

安全用吊點最好隨上部組塊底部通道桿件一起預制涂裝，這樣可以大大減少大合攏后甲板反底工作量。

2.5 其他輔助系統的安裝

(1) 絞車用鋼絲繩穿線需要提前考慮。由于這個工作只能在大合攏完成之后進行，生產甲板底部距離海面有近50 m的高度，合攏后施工難度大，最好在上部組塊總裝階段完成，可以在滑輪和上部組塊底部通道位置預敷設繩索，待大合攏完成后通過預敷設的繩索將鋼絲繩串引到所需位置。

(2) 立管提升系統調試期間需要的臨時絞車及吊點的安裝，需要與調試部門做好溝通協調，按照立管提升系統調試要求逐步完善。

(3) 在立管提升系統安裝、調試、作業期間臨時在組塊上開的甲板孔、臨時吊點、絞車等結構，需要在立管提升完成后恢復。

(4) 南、北側提升模塊在立管提升完成后拆除用的吊裝框架、撐桿及榭架，這部分工作不在主線上，預制涂裝完畢后交付給生產方即可。

3 結 語

立管提升系統對于船體和組塊建造來說是一個相對獨立的系統，但是由于在大合攏之后工作難度大、安全風險高、工期緊迫，會成為整個項目后期的主線工程，因此務必需要提前規劃，在項目初期就成立專門組織機構，做好預制、總裝、調試、安裝、業主及廠家等相關部門單位的溝通協調，準備好相關資源，遇到問題時群策群力，確保算無遺策、萬無一失。立管提升系統作為該類型平臺上的重要功能系統，通過國內首次建造實踐，證明了在大量舷外、反底懸空作業的情況下，整套建造安裝技術是可行的，安全風險是可控的。其成功實施對后續類似構件的安裝有重要的參考意義，也為后續設計優化、安裝方案水平提升等方面指出了一個方向。