晏萊，閆斌，孫丕松，宮學(xué)成，姜進(jìn)方

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

浮式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)中大跨度高空跨接軟管安裝方法的研究與施工

晏萊，閆斌，孫丕松，宮學(xué)成，姜進(jìn)方

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

文章結(jié)合渤海蓬萊19-3油田Ⅱ期中“海洋石油117”30萬(wàn)t大型FPSO的軟管和電纜連接項(xiàng)目，詳細(xì)論述了大跨度高空跨接軟管和電纜的安裝方法，分析比較了預(yù)布安裝法、駁船安裝法和浮吊安裝法的適應(yīng)工況以及本工程施工條件的限制，最終選擇了浮吊安裝法。通過(guò)對(duì)浮吊安裝作業(yè)中吊高和扒桿長(zhǎng)度的分析計(jì)算，對(duì)施工船舶進(jìn)行了選型。該方法已于2009年4月在我國(guó)渤海成功應(yīng)用并取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

FPSO；浮吊法；高空安裝；跨接軟管；跨接電纜

1 油田背景及單點(diǎn)系泊系統(tǒng)介紹

蓬萊19-3油田位于我國(guó)渤海的東北海岸，渤中11-05區(qū)塊中心，距離塘沽約259 km，距離大連約157 km，水深為27.4 m[1]。該油田由中國(guó)海洋石油總公司（CNOOC）與康菲石油中國(guó)有限公司（COPC）合作開(kāi)發(fā)。蓬萊19-3Ⅱ期FPSO拖航連接項(xiàng)目是由康菲石油中國(guó)有限公司（COPC）委托給海洋石油工程股份有限公司（COOEC）的在我國(guó)渤海蓬萊19-3Ⅱ期油田進(jìn)行“海洋石油117”FPSO的拖航、連接及跨接軟管和電纜安裝等工程的施工項(xiàng)目。

FPSO通過(guò)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)定位于油田現(xiàn)場(chǎng)來(lái)完成生產(chǎn)、儲(chǔ)存及外輸作業(yè)。受不同海域環(huán)境影響和生產(chǎn)作業(yè)條件限制，F(xiàn)PSO對(duì)系泊方式也有不同要求[2]。目前我國(guó)近海共有16艘FPSO在服役[3]，已成為世界上使用FPSO最多的國(guó)家之一?！昂Ｑ笫?17”FPSO采用的是導(dǎo)管架式水上軟剛臂單點(diǎn)系泊。主要結(jié)構(gòu)包括：?jiǎn)吸c(diǎn)導(dǎo)管架、系泊頭、軟剛臂系統(tǒng)、系泊構(gòu)架、旋轉(zhuǎn)滑環(huán)，跨接軟管以及電纜等附屬設(shè)備。FPSO為雙底雙殼結(jié)構(gòu)，配有140人工作和居住的上層建筑及直升飛機(jī)平臺(tái)。有16個(gè)貨油艙、14個(gè)壓載艙，另設(shè)有不規(guī)格油艙、污油水艙等。

“海洋石油117”FPSO（見(jiàn)圖1）是目前我國(guó)最大的FPSO，也是世界上為數(shù)不多的淺水超大噸位浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置，于2007年由上海外高橋船廠建造，完成船體建造后拖至新加坡勝寶旺船廠進(jìn)行上部模塊的建造，安裝于蓬萊19-3Ⅱ期油田并投產(chǎn)使用。該FPSO總長(zhǎng)323m，設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)313m，型寬63 m，型深32.5 m，設(shè)計(jì)吃水14.5 m，干舷高度18.5 m，原油集輸能力為30萬(wàn)t。

2 跨接軟管和電纜安裝施工環(huán)境

“海洋石油117”FPSO共有14根跨接軟管和4根電纜連接單點(diǎn)系泊與FPSO，跨接軟管和電纜的布置見(jiàn)圖2，編號(hào)和參數(shù)見(jiàn)表1?？缃榆浌芎碗娎|最高點(diǎn)距離海平面約42 m，最低點(diǎn)距離海平面約12 m，F(xiàn)PSO船艏軟管安裝平臺(tái)和SPM（單點(diǎn)系泊）軟管安裝平臺(tái)之間距離約49 m，海平面距離水上YOKE（剛臂）約15 m。軟管連接跨度大、安裝距離長(zhǎng)、施工風(fēng)險(xiǎn)大。

3 跨接軟管和電纜安裝方法確定

3.1 安裝方法的分析研究

經(jīng)過(guò)科技攻關(guān)和應(yīng)用實(shí)踐，海洋石油工程股份有限公司在軟管和電纜安裝連接方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)不同型式FPSO船艏結(jié)構(gòu)、不同施工環(huán)境條件、不同類型軟管數(shù)量和參數(shù)，形成了獨(dú)具一格的軟管和電纜安裝連接方法[4]，即預(yù)布安裝法、駁船安裝法和浮吊安裝法。

表1 跨接軟管和電纜的編號(hào)和參數(shù)

預(yù)布安裝法是指在FPSO拖航之前將跨接軟管預(yù)先布置在FPSO上，然后通過(guò)FPSO和系泊頭上絞車的牽引安裝跨接軟管的方法。此方法受到FPSO船艏結(jié)構(gòu)、軟管/電纜長(zhǎng)度、安裝平臺(tái)寬度及拖航距離的限制。“海洋石油117”FPSO軟管安裝平臺(tái)尺寸為20 m×20 m，安裝平臺(tái)滑道13 m，滑道末端距船艏甲板5m，可預(yù)布軟管的長(zhǎng)度為38m。由表1可知，軟管和電纜的長(zhǎng)度為78 m，軟管還剩40 m沒(méi)有預(yù)布；如果采用U型預(yù)布，在滿足軟管和電纜最小彎曲半徑的前提下，船艏空間又不能滿足14根軟管和4根電纜的預(yù)布要求；另外還由于拖航距離過(guò)遠(yuǎn)，不適合選擇預(yù)布安裝方法。但是，如果對(duì)船艏結(jié)構(gòu)加以改造，仍可以選擇此方法，只是受到工期條件限制，故沒(méi)有選用此方法。

駁船安裝法是指用拖輪將裝載軟管和電纜的駁船推（拉）到單點(diǎn)系泊和FPSO之間，利用FPSO和單點(diǎn)系泊上的絞車和套在軟管上的Chinese finger（拖拉網(wǎng)套）將軟管兩端分別提升到FPSO和單點(diǎn)系泊上進(jìn)行安裝的方法。此方法安裝進(jìn)度較慢，同時(shí)對(duì)天氣和海況的要求較高，且要求YOKE與海面之間有足夠的空間。另外因?yàn)轳g船一般需要固定在FPSO的船艏，所以要求FPSO的船艏必須是平的?！昂Ｑ笫?17”通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)載可以滿足YOKE與海面之間有足夠的空間，但是受到施工時(shí)間、海況、工期的限制，所以也不適合選擇此安裝方法。

浮吊安裝法是指利用浮吊的兩個(gè)吊鉤分別吊起軟管的兩端，利用浮吊的旋轉(zhuǎn)和變幅將軟管的兩端分別送到單點(diǎn)系泊和FPSO端安裝的方法。此方法安全性高，可以在海況條件比較惡劣的情況下使用，并且對(duì)FPSO和單點(diǎn)系泊的結(jié)構(gòu)沒(méi)有要求。

通過(guò)對(duì)以上3種安裝方法的分析研究和綜合對(duì)比，蓬萊19-3Ⅱ期項(xiàng)目施工方法選擇了浮吊安裝法。

3.2 浮吊的選擇

浮吊選擇的基本依據(jù)是浮吊的吊高、吊重和扒桿長(zhǎng)度?！昂Ｑ笫?17”FPSO吃水14 m時(shí)，F(xiàn)PSO軟管安裝平臺(tái)距離海平面約42 m，SYMS（單點(diǎn)系泊系統(tǒng)）軟管安裝平臺(tái)距海平面約40 m，船艏系泊支架平臺(tái)高出海平面約50 m，YOKE臂中部距海平面最小高度約21 m，如圖3所示。

起吊時(shí)所用吊扣長(zhǎng)為5 m，YOKE最高點(diǎn)距水面的距高為26 m。所以浮吊最小和最大吊高分別為：

Hmin=L/2+L1+H1=39+5+26=70（m）式中Hmin——浮吊最小吊高/m；

L——軟管長(zhǎng)度/m；

L1——吊扣長(zhǎng)度/m；

H1——YOKE最高點(diǎn)距水面距離/m。

Hmax=L+L1+H1=78+5+26=109（m）

式中Hmax——浮吊最大吊高/m。

浮吊的靠泊位置和工作區(qū)域的吊距見(jiàn)圖4。

由圖4可知，當(dāng)?shù)蹉^到達(dá)船艏系泊支架上方，此時(shí)扒桿的最小傾角為50°，為了能到達(dá)工作區(qū)域二的最遠(yuǎn)端軟管連接位置（吊距約56 m），浮吊扒桿的最小長(zhǎng)度L為：

L=56/cos50°=87（m）

由上述吊高和扒桿長(zhǎng)度的限制條件可知，當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)海油工程公司浮吊船舶中只有“藍(lán)疆”號(hào)滿足施工要求，另外“藍(lán)疆”號(hào)的吊重同樣也滿足施工需求，所以蓬萊19-3Ⅱ期項(xiàng)目選擇了“藍(lán)疆”號(hào)作為施工船舶。

3.3 浮吊的驗(yàn)證

查“藍(lán)疆”號(hào)吊重曲線知：1號(hào)輔鉤在工作區(qū)域一的最大吊高為107 m，在工作區(qū)域二的最大吊高為92 m。

工作區(qū)域一：起吊后軟管最低端的最小高度為：

Hb=Hmax-L1-L=107-5-78=24（m）＞21m式中Hb——軟管最低端最小高度/m。

工作區(qū)域二：1號(hào)輔鉤到達(dá)最遠(yuǎn)端的軟管連接位置（吊距約56m）時(shí)，有關(guān)計(jì)算參數(shù)如圖5所示。

起重扒桿在FPSO船艏系泊支架上方的最大高度h計(jì)算如下。

系泊支架到浮吊中心處的水平距離y為：

y=50/tan50°=42（m）

h=92×y/56=69（m）＞50 m

該起吊方式在工作區(qū)域一不會(huì)受到Y(jié)OKE臂的高度限制，在工作區(qū)域二不會(huì)受船艏系泊支架干擾。所以選擇“藍(lán)疆”施工是完全可行的。

4 “藍(lán)疆”號(hào)安裝方法

4.1 軟管掛載并起吊

在軟管頭部套上Chinese finger（拖拉網(wǎng)套）并安裝牽拉頭，在牽拉頭上安裝三只卡環(huán)，一只卡環(huán)連接起吊鋼絲繩，一只安裝引纜鋼絲繩，使用reel driver釋放軟管，防止劃傷。用索具鉤住牽拉頭主鉤開(kāi)始起吊，使軟管完全從軟管卷筒中抽出。當(dāng)軟管從卷筒中完全抽出后，將軟管尾部套上Chinese finger并安裝牽拉頭，用輔鉤起吊軟管尾部牽拉頭，同時(shí)使用絞車牽引，以防止軟管在起吊的過(guò)程中遭到損壞。如圖6所示。

4.2 SYMS側(cè)的連接

起吊軟管，到達(dá)YOKE壓載艙上方時(shí)放低軟管，利用引纜將SYMS絞車和FPSO船艏絞車的牽引繩綁到軟管尾部牽拉頭上，啟動(dòng)SYMS絞車和FPSO船艏絞車使纜繩帶勁，完成力的轉(zhuǎn)移，解除浮吊的吊扣，繼續(xù)啟動(dòng)SYMS端絞車慢慢拖拉，同時(shí)FPSO端絞車帶勁跟放，直到軟管尾部連接法蘭到達(dá)SYMS處對(duì)應(yīng)法蘭位置。使用倒鏈連接軟管尾部的Chinese finger，并將軟管臨時(shí)固定住，拆除軟管牽拉頭，將軟管法蘭和SYMS對(duì)應(yīng)法蘭對(duì)接，緊固螺栓，完成軟管在SYMS側(cè)的連接，解除倒鏈和Chinese finger。如圖7所示。

4.3 FPSO側(cè)的連接

起吊軟管剩下的一端，旋轉(zhuǎn)吊臂到達(dá)FPSO船艏軟管連接處上方，放低軟管，利用引纜將SYMS絞車的牽引繩和FPSO船艏絞車的牽引繩分別綁扎到軟管牽拉頭上（切勿綁壓），啟動(dòng)FPSO端絞車慢慢拖拉，同時(shí)SYMS端絞車帶勁跟放，并慢慢放松軟管尾部浮吊的吊扣，直到軟管尾部聯(lián)結(jié)法蘭到達(dá)系泊支架上對(duì)應(yīng)法蘭位置，使用倒鏈連接軟管頭部的Chinese finger，并將軟管臨時(shí)固定住。解除軟管牽拉頭及浮吊的吊扣，將軟管法蘭和系泊支架上對(duì)應(yīng)法蘭對(duì)接，緊固螺栓，完成軟管在FPSO側(cè)的連接，解除倒鏈和Chinese finger。如圖8所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1） “海洋石油117”FPSO的14根跨接軟管和4根電纜中包括4根直徑為406.4 mm(16 in)大尺寸的跨接軟管。該FPSO軟管和電纜數(shù)量是目前國(guó)內(nèi)跨接軟管最多的一次，軟管尺寸大、數(shù)量多，施工難度大，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高。選擇“藍(lán)疆”號(hào)進(jìn)行跨接軟管和電纜的安裝，雖然受到一些客觀條件的限制，但是施工順利。這是浮吊安裝法一次典型的成功運(yùn)用。

（2） 預(yù)布安裝法簡(jiǎn)單快捷，成本低，不需要駁船、拖輪和浮吊等大型船舶，節(jié)約資源；駁船安裝法成本較低，不需要浮吊等大型船舶。但是由于客觀條件的限制，這兩種方法均不適合此項(xiàng)目。浮吊安裝法適用范圍廣，施工進(jìn)度快，但是成本較高。

（3） 由于施工時(shí)期海洋環(huán)境條件、跨接軟管特性以及FPSO施工條件的限制，浮吊安裝法是一種正確的選擇，但增加了工程成本，在有條件的情況下還是首選預(yù)布安裝法或駁船安裝法。

[1] 閆峰，王明倫，姜進(jìn)方，等.30萬(wàn)t FPSO連接安裝模型試驗(yàn)[J].中國(guó)造船，2009,50（增刊）：157-163.

[2] 王云慶，趙軍凱，劉瑜珩，等.水下軟剛臂系泊FPSO-SPM跨接軟管更換[J].石油工程建設(shè)，2008，34（3）：17-19.

[3] 袁中立，李春.FPSO的現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].石油工程建設(shè)，2005，31（6）：24-29.

[4] 周守為，曾恒一，范模.我國(guó)浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置的研制與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)海上油氣，2006，18（2）：73-78.

Abstract:Associated with the jumper hose and cable installation work of the 30×104t large scale FPSO“Offshore Petroleum 117”in the second construction phase of PL19-3 Oilfield in Bohai Bay,this paper introduces in detail the aerial installation method of large span jumper hoses and cables connection.Based on the analysis of applicability of presetting method,barge method and crane ship method as well as the construction site condition,the crane ship installation method is finally chosen,then the calculations of hoisting height and crane boom length are conducted to select suitable construction ship.This method has successfully been applied in Bohai Bay in April 2009 and the valuable experience has been obtained.

Key words:FPSO;crane ship method;aerial installation;jumper hoses;jumper cable

（20）Research of Aerial Installation Method of Large Span Jumper Hoses Connection for Floating Single Point Mooring System and Construction

YAN Lai（Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China），YAN Bin,SUN Pi-song，et al.

TE54

A

1001－2206（2011）02－0020－04

晏萊（1982-），男，湖北隨州人，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，碩士研究生，現(xiàn)從事FPSO拖航、連接、解脫等相關(guān)技術(shù)研究工作。

2010-05-26