移動式海洋平臺的模塊連接標準化研究

余 捷，于 超，孫海防，翟 東，仝英利

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津 300452)

0 引 言

可移動平臺是一種可在不同井位間移動并進行作業的海上多功能平臺，具有安裝費用低、可重復利用、搬遷方便的特點[1]。可移動平臺模塊化是根據通用化、系列化、組織化的設計和生產原則，通過優化設計、簡化結構，將平臺設備設施根據其功能進行分割和整合從而實現模塊功能單元化、平臺目標多樣化，以滿足不同用戶多樣化的作業需求[2]。但現有模塊化設計中各模塊單元接口眾多，模塊與平臺間連接需求不同，工藝流程連接類型不同，儀表、通信、電氣、安全等接口沒有統一設計和連接標準，無法有效實現平臺與各模塊以及各模塊間的通用性及快速連接安裝的需求。因此，需要通過模塊連接標準化研究和設計實現更加高效的模塊標準化拼裝和模塊內設備的調換，使平臺能夠利用自有吊裝設備經搭積木的總裝過程將不同的單元進行高效有序的總裝、快速簡易的改裝，以滿足不同業務的需求，降低裝備投資及后期運維改造成本[3-6]。

1 功能模塊梳理

為了滿足多樣化作業需求，以模塊安全性、可操作性、合理性和對應性為原則[7]，通過對現有可移動平臺的功能進行梳理，將平臺設備設施劃分為液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個功能模塊。

①液壓舉升修井機作業對象為平臺的井口區，非 作業工況的支持平臺主要為液壓舉升修井機設備提供存儲的空間。液壓舉升修井機主體由下底座、上底座、操作平臺、懸臂梁等組成，設置2套滑移裝置，通過可鎖緊的液壓裝置推動，使液壓舉升修井機整體可以在下滑軌上橫向移動，鉆臺可以在上滑軌上縱向移動，保證修井機可以覆蓋作業平臺的任意一個井位。液壓舉升模塊布置如圖1所示。

圖1 液壓舉升模塊布置圖 Fig.1 Layout of hydraulic lifting module

②伴生氣回收是將油氣集輸工藝過程中的油氣分離和原油穩定等環節所得到的油田伴生氣進行進一步加工。伴生氣回收模塊主要包括預處理模塊(伴生氣脫酸橇)、增壓模塊、凈化模塊(伴生氣脫水橇)、胺液再生橇、分子篩再生橇、伴生氣液化橇、混合制冷壓縮機橇、冷卻劑儲存橇、LNG儲罐橇等，模塊布置如圖2所示。

圖2 伴生氣回收模塊布置圖(單位：m) Fig.2 Layout of associated gas recovery module

③熱注采油技術是通過向油層提供熱能提高油層巖石和流體的溫度，減小油層滲流阻力，以達到更好地開采稠油和高凝油的目的。該模塊主要包括蒸汽鍋爐、大型儲罐、壓縮機、海水提升泵等，模塊布置如圖3所示。

圖3 熱注模塊布置圖(單位：m) Fig.3 Layout of heat injection module

④酸化壓裂模塊的流程主要包括酸化和壓裂兩部分，酸化作業流程為淡水通過壓裂泵對目標井進行替酸，合格濃度酸液通過壓裂泵增壓后進入目標井進行擠酸操作，之后淡水經壓裂泵對目標井進行頂替；壓裂作業中前置液經壓裂泵增壓通過匯管匯總后持續進入目標井進行壓裂造縫，支撐物通過混砂橇與壓裂用的膠液均勻混合后經壓裂泵和匯管進入目標井。酸化壓裂模塊包括：壓裂泵橇、混砂橇、混配橇、化添橇、酸液罐、砂罐、高壓軟管滾筒、砂堆場等，模塊布置如圖4所示。

圖4 酸化壓裂模塊布置圖(單位：m) Fig.4 Layout of acidizing and fracturing module

本文根據這4個功能模塊相關設備設施進行模塊連接標準化設計。

2 功能模塊連接標準化設計

2.1 工藝流程連接類型

液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個功能模塊與上部組塊間的物流連接類型以管道為主，而管道之間連接方式分法蘭連接、螺紋連接、焊接、承插連接、粘結連接、卡壓連接、熱熔連接、溝槽(卡箍)連接、壓縮連接、電熔連接、卡套式連接。在海洋石油行業中又以法蘭連接、螺紋連接、焊接為主，由于功能模塊具有多次更換的特點，為便于后期拆卸[8]，不采用焊接方式，螺紋連接多在低壓工況下，GC1等級壓力管道適用管徑不大于6.67cm，GC2等級壓力管道適用管徑不大于20cm，GC3等級壓力管道適用管徑不大于40cm，適用范圍受限較多。因此，各功能模塊工藝流程連接類型選擇法蘭連接。

2.2 模塊與平臺連接形式

各功能模塊接口通用形式有以下4處：①各功能模塊與組塊接口管線均用法蘭連接，此處壓力等級低，均為平面法蘭；②各功能模塊與組塊接口配對法蘭及墊片均由組塊提供；③關于海水、淡水系統需提供ASME B16.5 150LB 16Mn WN-RF GALV法蘭，公用氣、消防水系統需提供ASME B16.5 150LB 16Mn NPT-RF GALV；④各功能模塊與組塊的管線接口界面應在上甲板以上500mm高處預留法蘭+盲板。

各模塊由于功能差異與平臺連接必須采用差異化設計的連接形式有以下幾處：①液壓舉升模塊，該模塊應預留排放槽的位置；該模塊進入基礎平臺泥漿艙的開排管線采用12in(304.8mm)，布置在頂層甲板的防噴器儲能器與BOP相連的12根液壓管線采用1in(25.4mm)，為防噴器、儲能器供儀表氣的管線采用2in(50.8mm)；②伴生氣回收模塊，該模塊中MDEA再生重沸器和再生加熱器使用導熱油，功率為750kW，導熱油主體設置到基礎平臺，導熱油進出口管線，由基礎平臺方負責設計和出料單，該模塊經過組塊部分的海水排海管采用6in(152.4mm)；③熱注模塊，為了消除熱應力和平臺間位移的影響，該模塊海水原油、生產水、高溫蒸汽和氮氣管線與作業平臺連接處，采用2個幾字型膨脹彎設計，經過組塊部分的排海管線采用8in(203.2mm)；④酸化壓裂模塊，為了消除脈沖抖動和平臺間位移的影響，與作業平臺連接處采用2個幾字形膨脹彎設計，經過組塊部分的返排液去拖輪通岸接口采用4in(101.6mm)。

2.3 儀表連接設計

液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個功能模塊不單獨設置火氣系統，各模塊與所有火氣探測報警設備連接設計均采用點對點的方式，通過接口接線箱接至上部組塊火氣系統，如圖5所示。

圖5 各功能模塊與火氣系統連接示意圖 Fig.5 Schematic diagram of connection between functional modules and fire and gas system

各功能模塊在電控間均設置一套專用控制系統，當相應模塊出現異常情況時，把關斷反饋信號發送至作業平臺的中控系統；當作業平臺出現異常情況時，各功能模塊專用控制系統接受作業平臺的關斷信號，具體連接形式如圖6所示。

圖6 各功能模塊專用控制系統與作業平臺中控系統連接示意圖 Fig.6 Schematic diagram of connection between special control system of each functional module and central control system of operation platform

2.4 通信連接設計

各功能模塊與上部組塊和生活樓共用一套通信系統，其中包括公共廣播/報警系統采用PA/GA SYSTEM；自動電話系統采用PABX SYSTEM；局域網系統采用LAN SYSTEM；工業監控系統采用CCTV SYSTEM。

2.5 安全連接設計

以模塊的安全性、可靠性、合理性為前提，同時考慮經濟性[9-10]，根據各功能模塊消防安全實際需求進行安全接口差異化設計，具體設計如下：①液壓舉升模塊，消防水系統20cm管接頭2路，流量300m3/h，需求壓力950kPaG；②伴生氣回收模塊，消防水系統26.7cm管接頭2路，流量580m3/h，需求壓力950kPaG，淡水系統6.7cm接口2路，用于洗眼站，流量20m3/h，需求壓力200kPaG，干粉滅火系統提供3000kg干粉充裝量用于LNG和NGL罐區的消防保護；③熱注模塊，消防水系統13.3cm管接頭 2路，流量180m3/h，需求壓力950kPaG，淡水系統6.7cm接口1路，用于洗眼站，流量5m3/h，需求壓力200kPaG；④酸化壓裂模塊，消防水系統26.7cm管接頭2路，流量430m3/h，需求壓力950kPaG，淡水系統2in(50.8mm)接口1路，用于洗眼站，流量5m3/h，需求壓力200kPaG。

3 各模塊與平臺連接安裝方案

為了縮短拆裝時間，各功能模塊采用模塊化設計，且按照工藝流程進行布置，模塊間通過管線連接，并充分考慮安裝、拆除、維修空間[11]，針對液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂模塊分別設計一套與平臺連接的安裝方案。

3.1 液壓舉升模塊安裝方案

①高壓泥漿泵橇(包括柴油機、泥漿泵、灌注泵、柴油罐)、泥漿池橇(包括泥漿池、攪拌器、混合泵、混合漏斗等)、電氣間與平臺采用螺栓連接，在支持平臺甲板上預留橇塊安裝底座。

②液壓舉升裝置的滑軌與支持平臺甲板采用焊接型式或螺栓連接型式，液壓舉升滑移模塊與滑軌利用棘爪及卡板實現對接，既保證了強度要求，又能夠滿足叢式井的作業要求。

3.2 伴生氣回收模塊安裝方案

①壓縮機屬于大型振動設備，其位于平臺主受力腿柱，且下方需布置能夠抑制其振幅的結構梁，為了保證連接可靠性，且考慮到支持平臺安裝多種設備的通用性，需要在結構梁上焊接設備安裝墊板，將壓縮機等高振動設備通過螺栓或焊接與墊板進行連接。

②其他橇塊類設備通過鋼制底座將橇內設備進行集成，隨后將橇塊底座與平臺連接，安裝前應校核下方結構梁的強度。

③LNG儲罐橇主要包括41個儲罐，由于其數量多、單體尺寸大，為了減少占地面積、便于吊裝運輸，將儲罐布置于鋼結構內，并分3層布置，每層層高約5m。LNG儲罐橇受風面積較大，為了抵御海上惡劣天氣的影響，結構梁與支持平臺通過滿焊連接。

④設備裝船前，伴生氣回收各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設備完成吊裝安裝，設備到達作業海域后，其內部吊裝作業通過支持平臺自身吊機實現物資、人員、設備維修等吊裝作業。

3.3 熱注模塊安裝方案

①蒸汽鍋爐為大型振動設備，位于平臺主受力腿柱，且下方需布置能夠抑制其振幅的結構梁，為了保證連接可靠性，且考慮到支持平臺安裝多種設備的通用性，需要在結構梁上焊接設備安裝墊板。

②海水提升泵安裝在支持平臺海水提升泵區，支持平臺應為其預留護管、揚水管掛點及安裝支座，頂部安裝吊耳及滑道，以便于海水提升泵后續的檢修及換泵作業。

③大型儲罐、壓縮機等橇塊通過鋼制底座將橇內設備進行集成，隨后將橇塊底座與平臺連接，安裝前應校核下方結構梁的強度。

④設備裝船前，熱注各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設備完成吊裝安裝，設備到達作業海域后，其內部吊裝作業通過支持平臺自身吊機實現物資、人員、設備維修等吊裝作業。

3.4 酸化壓裂模塊安裝方案

①壓裂泵橇為大型振動設備，數量較多，位于平臺主受力腿柱，且下方需布置能夠抑制其振幅的結構梁，為了保證連接可靠性，并考慮到支持平臺安裝多種設備的通用性，需要在結構梁上焊接設備安裝墊板。 ②混砂橇、混配橇、化添橇、酸液罐、砂罐等橇塊通過鋼制底座將橇內設備進行集成，隨后將橇塊底座與平臺連接，安裝前應校核下方結構梁的強度。

③高壓滾筒橇安裝在支持平臺船舷邊，其支撐結構框架與平臺主結構固定。

④設備裝船前，酸化壓裂各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設備完成安裝，設備到達作業海域后，其內部吊裝作業通過支持平臺自身吊機實現物資、人員、設備維修等吊裝就位。

4 結 語

在當前低油價的形勢下，降本增效是海洋石油發展的主要目標。可移動平臺在向著低租金、多功能、模塊化、根據需求快速變裝的方向發展。本文根據實際需求將平臺設備設施分為液壓舉升、伴生氣回收、熱注模塊和酸化壓裂4個模塊，標準化連接設計包括：工藝流程連接類型均采用法蘭連接；模塊與平臺連接形式部分采用差異化連接；儀表、通信連接采用標準通用化設計；安全連接由于消防需求的不同且考慮經濟性，故采用差異化設計。本文根據功能模塊的標準化設計成果同時對4個功能模塊的安裝方案進行了設計，保障功能模塊安裝過程安全、有序、便捷地進行。

對模塊接口的標準化連接設計和安裝方案設計能夠進一步提升模塊建造質量，減少裝備建造工期，降低工程成本，提升模塊安裝、拆卸、搬運的便利性和可靠性，促進模塊化可移動平臺向更高分離度和更合理的方向發展。■