陵水17-2半潛平臺組塊建造技術

劉新宇，陳邦敏，劉康，王娟

(1.中海石油(中國)有限公司海南分公司，廣東 湛江 570100；2.中海油研究總院有限責任公司，北京 100028;3.海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266555)

陵水17-2氣田位于南海北部大陸架西區的瓊東南盆地內，處于瓊東南盆地中央坳陷帶陵南低凸起北部的陵水凹陷中央峽谷內，距離海南省三亞市約150 km，距離西北側已生產的崖城13-1氣田約160 km，距崖城13-1氣田至香港輸氣管線約87 km。陵水17-2氣田是湛江分公司2014年發現的優質高產大氣田。為開發陵水17-2氣田，將新建一座帶有凝析油儲油功能的半潛式生產平臺(LS17-2 SEMI)及其系泊系統，1套水下生產系統和海底管線。其中，根據半潛平臺整體設計，陵水17-2平臺組塊為目前世界上最大的半潛平臺桁架式組塊。鑒于浮式平臺的疲勞比較敏感，為了獲得充足的疲勞設計余量，組塊關鍵區域的打磨要求較高，建造錯皮要求也較高。同時，為了避免焊疤對主結構關鍵區域的影響，組塊結構在疲勞關鍵影響區域，關鍵節點位置等設置了不可焊接區域，在此區域不可焊接任何設備支架，附屬結構，電纜橋架，管線支架等結構，這對組塊的整個建造流程造成了一定的影響。另外，由于陵水17-2組塊采用吊裝合龍，通過插尖對接的方式合龍。為了滿足合龍時插尖對位的要求，組塊的建造精度要求非常高，包括卷管精度，立柱定位精度等。因此整體而言，組塊的建造難度較固定式平臺大幅提高，如何高效高質量地完成組塊的建造是開發氣田的一項關鍵任務。

1 組塊建造場地資源

陵水17-2組塊為目前世界上最大的桁架式半潛平臺組塊，其包含120人生活樓、透平發電機組、干濕氣壓縮機組、TEG、MRU系統、余熱回收裝置、凝析油、水處理、公用系統等近200套設備。結構主尺度：91.5 m×49.5 m、總甲板面積：11 300 m2(含夾層)、主甲板標高:+70.5 m、夾層甲板標高：+65.5 m、生產甲板標高:+60.5 m、組塊吊裝重：16 535 t。(見圖1)。

圖1 陵水17-2半潛式平臺

組塊建造的首要任務是選擇符合設計能力的建造場地。陵水17-2平臺組塊在海洋工程青島場地5#滑道西側進行建造(見圖2)。

根據組塊重量情況要求場地地基承載能力需不低于55 t/m2。為保證地基承載力滿足建造需求，實際選取場地內6點進行測量，其測量結果顯示，所有測量點均滿足組塊的建造承載力需求(見表1)。

表1 5#滑道承載力 t/m2

陵水17-2上部組塊擬采用陸地滑移裝船，數字軸平行于滑道上，ROW A軸平行并靠近碼頭前沿，ROW A軸距離碼頭前沿的距離為170 m。滑道塊布置于 2軸和5軸，并與陵水船體的2軸和5軸的滑道保持平齊。場地需準備兩層滑道塊，第一層尺寸為1 500 mm(高)×4 000 mm(寬)，按照相關要求進行鋪設，第二層滑道塊尺寸高和寬分別為800和2 000 mm，鋪設時上、下2層滑道塊中心線對正。兩層滑道塊之間用30～50 mm的砂漿找平并墊實，保證滑道塊總高度為2 400 mm。這有利于在船體完成裝船滯后，組塊的滑移裝船。

同時，為了滿足組塊的建造，場地需準備配套的組塊結構預制車間，配套車間，準備各類吊機(主要考慮1 600 t和750 t)，SPMT運輸車等相關建造資源。

2 組塊分片建造方案

2.1 組塊分片原則

組塊分片建造為目前世界上海洋平臺建造的最常規做法。組塊分片建造方案需要結合總裝方案、施工場地資源能力、平臺的功能設計等各方面需求綜合考慮。良好的分片方案集合較好的一體化建造技術能非常高效的提高組塊的建造效率[1-2]。通常組塊的分片建造方案考慮因素主要如下。

1)組塊的功能性需求以及項目進度等各方面考慮。陵水組塊采用桁架式結構，組塊和船體之間最后通過8根立柱對接，因此要求立柱的定位、梁的定位精度較高，組塊分片計劃優先要考慮依據軸線進行劃分，以保證每一片甲板的完整度更好。對于部分外突的小甲板，由于設計進度等各方的影響，可以考慮散裝。

2)場地建造施工資源因素。組塊的分片還需要綜合考慮場地的施工資源，包括分片建造廠房施工資源，涂裝施工資源，運輸施工資源的影響。分片大小要滿足施工廠房車輛運輸能力的要求。同時也要重點考慮分片上安裝立柱的高度，防止分片無法出車間或無法進噴涂車間進行噴涂。總體原則來講，只要場地資源允許，分片越大，建造效率約高。結合青島建造資源的情況，最大分片為36 m×24 m左右。

3)組塊的總裝方案。組塊的分片需要綜合考慮組塊的總裝方案及場地施工能力。陵水17-2組塊平臺采用滑道分片總裝，滑移裝船的建造方案。需要綜合考慮組塊的尺度以及組塊場地總裝高度，場地施工吊機的能力。為了提高建造效率，陵水17-2組塊分片較大，為保證總裝的可實施性，特租用了2臺1 600 t履帶吊，已滿足較大的甲板片吊裝的需求。

結合項目的實際設計進度以及部分設備到貨進度情況，陵水17-2組塊將生產甲板分為8片，夾層甲板分為7片，主甲板分為8片建造，見圖3。

圖3 陵水17-2平臺組塊分片情況

2.2 組塊分片預制步驟

為了提高施工效率，甲板片通常在車間內進行預制，充分的發揮車間內配套機具的優勢。甲板片預制主要包括以下幾個步驟[3-5]。

1)擺放墊墩或臨時支撐。墊墩或臨時支撐的主要目的是確保甲板片梁的最低點距離地面700 mm以上，這有利于后續對甲板底部桿件進行焊接或打磨作業，也是充分考慮甲板片后續運輸SPMT小車進出的需要。

2)安裝主結構梁。根據加工設計圖紙，在墊墩或臨時支撐上擺放主結構梁，并點焊固定，在主梁上畫出小梁的位置，以便后續的小梁安裝。

3)小梁安裝。根據加工設計圖紙，在主梁上劃線位置將焊接區域打磨處理好，定位小梁，與主梁進行點焊固定。

4)型材焊接固定。主要結構梁完成定位后，開始焊接固定。為了便于焊接尺寸控制，焊接原則上自中間向四周焊接，先焊接腹板與翼板焊縫，在焊接腹板與腹板，最后焊接翼緣與翼緣。

5)甲板板鋪板焊接。安裝甲板板鋪板圖在焊機好的梁格上進行鋪板。

6)安裝立柱。在立柱吊裝到定位位置，進行焊接固定。

7)安裝其他附件。完成其他筋板，欄桿等附件的安裝。

待甲板片完成所有相關工作后，通過SPMT小車將甲板片倒運到涂裝廠房進行噴涂。噴涂完畢，甲板片就具備上滑道總裝的條件。

3 組塊總裝方案

3.1 常規組塊總裝原則

為了便于精度控制，常規組塊的總裝原則基本上是考慮從下往上，從中間往四周。這有利于組塊的定位和控制，也便于吊機走位吊裝。其基本步驟是[6-7]：

1)布置滑道塊、在滑道塊上布置滑靴[8]。清理滑道，滑道處理完畢后，將滑塊按照場地設計圖及技術要求擺放，滑靴按照滑靴布置圖布置好。建造過程中需實時監測滑靴墊木變形情況。在滑靴上布置稱重腳鞋，用于后期組塊稱重。擺放臨時支撐，當甲板片未成形是起到臨時支撐作用。

2)由中間往四周吊裝下層甲板,見圖4。

圖4 下層甲板的總裝順序

3)由下往上吊裝其余甲板。與下層甲板的總裝原則一致，在下層甲板設備完成安裝后，順序往上吊裝其余甲板片。最終完成整個組塊的總裝建造。

陵水平臺組塊的總的建造原則與常規平臺的總裝大體一致，但是由于陵水平臺設計固有的特點以及項目運行中的實際需求，在部分總裝方案及精度控制上也體現出了不同的特點，下文中將詳細介紹這些區別。

3.2 陵水組塊總裝精度要求

陵水組塊的跨距較大，主結構尺度91.5 m×49.5 m。桁架式組塊結構與船體進行對接時，僅有8根立柱與船體連接(4根主立柱，4根輔立柱)。絕大部分荷載都經過這8根立柱進行傳遞，由于疲勞的影響，為降低應力集中系數，在建造過程中，對組塊的建造精度和船體的建造精度均要求非常高。部分關鍵的總裝公差要求如下,見圖5。

圖5 組塊總裝公差

1)A軸D軸，2軸5軸之間的距離公差不超過±10 mm。

2)1軸2軸，5軸6軸之間的距離公差不超過±6 mm。

3)2軸5軸的對角線距離公差不超過±13 mm。

4)1軸2軸，5軸6軸之間的對角線距離公差不超過±6 mm。

5)數字軸與船體之間水平誤差不超過±13 mm。

6)字母軸與船體之間的水平公差不超過±13 mm。

與國內固定式平臺組塊相比，陵水平臺在主要的建造公差要求上均較嚴格，見表2。因此在組塊的建造及總裝方案中需要重點關注建造精度的要求，制定合理的建造和總裝方案，采取必要的管理措施確保組塊精度符合要求。

表2 組塊建造精度對比

3.3 陵水組塊立柱后插方案

常規固定式平臺組塊建造通常立柱在甲板片預制時就安裝到甲板片上，車間內安裝立柱效率較高，也利于組塊的整體噴涂和總裝。但是由于陵水組塊的跨距較大，且由于桁架式組塊結構與船體進行對接時，僅有8根立柱與船體連接。絕大部分荷載都經過這8根立柱進行傳遞，因此立柱的定位要求極高，其中最長的對角跨度總長70 m，僅允許誤差13 mm。考慮到組塊的分片建造以及焊接收縮的影響，無法保證總裝后的整體立柱定位精度。

經過詳細論證，陵水組塊與船體連接的立柱采用生產甲板全部完成連接后，進行后安裝的方式進展總裝。在組塊分片預制過程在，相關立柱位置的環板余量出50 mm的加工余量，供立柱總裝安裝時用于調整(圖6)，隨后在逐根吊裝8根立柱，見圖7。

圖6 調整環板及腹板尺寸

圖7 吊裝立柱

由于主立柱壁厚90 mm，輔立柱壁厚75 mm，二則厚度均較大，焊接過程中焊接變形較大。為保證焊后的尺寸，在整體焊接工序將8根立柱分四批焊接，第一步焊接D2立柱，以此積累焊接收縮的變形量參數，以此參數考慮后續的焊接控制。第二步焊接D6、A5、A6立柱，控制滿足各立柱間的距離要求。第三步焊接D5立柱，可以通過D5立柱的焊接微調滿足以完成焊接立柱的距離要求。第四步焊接A2、A1、D1立柱，可以通過各立柱的焊接微調滿足以完成焊接立柱的距離要求。在焊接第一根立柱時需要雙人在對稱位置同時焊接，保證二則焊接熱輸入一致。保證各項焊接收縮一致。在焊接其余立柱時盡量保證雙側同時焊接，但是同時也需要根據測量結果調整焊接位置已保證焊接收縮方向向有利于定位控制的位置變形。

最終所有立柱的焊后尺寸測量顯示，所有的立柱焊后尺寸控制完全合格，表明該后插立柱以及立柱的焊接方案制定的合理可行。

3.4 陵水組塊斜撐及夾層總裝方案

由于半潛平臺疲勞的影響，為了減少焊接對于主結構的影響，降低建造過程中焊縫的檢驗級別，組塊的夾層以及房間墻皮等在設計過程中有意避開主桁架，同時夾層房間通過在主桁架上伸出兩個短節，夾層結構直搭接坐落在短節上，以此方式獲得支撐，見圖8。

圖8 桁架穿越夾層

受此設計方案特點的影響，夾層的總裝方案與固定式平臺不同。如果先安裝斜撐，夾層將無法穿過斜撐完成吊裝。因此在建造過程中需要先在生產甲板上設置臨時支撐，將夾層吊裝到臨時支撐上，然后吊裝斜撐從夾層預留的空隙中插入，待斜撐完成焊接后，安裝斜撐上的支撐短節，夾層重量轉移到支撐短節上滯后才能拆除夾層的臨時支撐。

4 結論

本文通過說明傳統固定式平臺的總裝方案，分析陵水半潛式平臺組塊的特點，在此基礎上詳細說明了陵水總裝方案的不同。根據陵水組塊的特點詳細說明了陵水組塊的分片方案及建造步驟。根據陵水平臺建造精度的詳細要求，提出了后插立柱方案，焊后測量結果表明后插立柱的方法有效可行，在大跨度下能將立柱定位在毫米級別，極大的提高了建造的精度。同時還根據桁架式組塊夾層設計的獨有支撐特點，制定了先總裝夾層，后安裝斜撐和支撐短節的形式，很好的實現了設計的要求。根據長達一年的建造，最終組塊依據建造方案于20年10月順利完成組塊建造，證明了本文提出的大型桁架式組塊的建造方法很好的實現了設計的要求，也使得海洋工程的建造精度和質量更上了一個臺階。