侯廣信，安維崢，王文祥，王建豐 （中海油研究總院，北京100027）

海洋平臺作為海上石油天然氣開發(fā)的重要設(shè)施，目前有固定平臺、張力腿平臺、半潛式平臺等型式，分別適合不同水深條件下海上油氣田生產(chǎn)與作業(yè)。尤其以固定平臺常見，該類平臺上所有為滿足油氣生產(chǎn)而配備的設(shè)施均由導(dǎo)管架支撐，應(yīng)用于10～150m水深條件下較多，平臺和導(dǎo)管架總尺度和總重量隨著油氣田規(guī)模增大而增大，隨著水深增加而增大，由于受施工條件和安裝船舶資源的限制，需要對平臺重量進行控制。

隨著我國深?？碧介_發(fā)能力的不斷提升，深水裝備的陸續(xù)投入使用，我國已進入深海油氣田開發(fā)的高速發(fā)展時期，尤其是在 “第二個波斯灣”之稱的南海海域。但是面對水深的不斷增加，除了要掌握浮式平臺的自主設(shè)計技術(shù)外，常規(guī)固定平臺的設(shè)計面臨著新的挑戰(zhàn)，大中型油氣田平臺組塊和導(dǎo)管架重量增大，幾乎接近世界范圍內(nèi)可用安裝船舶資源的能力。如何在平臺設(shè)計中進行重量控制，如何對平臺減重完成重量控制目標(biāo)，成為項目能否繼續(xù)推進的關(guān)鍵因素。筆者以南海深水某項目平臺的重量控制過程為背景，分析重量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，介紹在減重過程中采用的新思路和新技術(shù)，總結(jié)平臺重量控制的方法與措施，以期對以后深水平臺的設(shè)計提供借鑒。

1 重量控制要求

南海深水某項目為深水氣田，井口區(qū)位于水深約1300～1500m海域，采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)回接到位于水深約200m的平臺，在平臺上進行天然氣處理和增壓外輸，平臺上具備生產(chǎn)支持和生活動力系統(tǒng)。根據(jù)功能需要，平臺設(shè)有油氣分離系統(tǒng)、天然氣脫水系統(tǒng)、凝析油處理系統(tǒng)、天然氣壓縮機系統(tǒng)、水下生產(chǎn)支持系統(tǒng)、供電系統(tǒng)，還設(shè)有熱油系統(tǒng)、柴油系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)、開閉排系統(tǒng)、海水系統(tǒng)、儀表和公用空氣系統(tǒng)、生產(chǎn)生活污水處理系統(tǒng)、安全消防系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)；平臺規(guī)模大，甲板面積約19500m2；平臺上設(shè)備種類多、尺寸大、重量重，僅機械設(shè)備就有250多項。

平臺組塊采用浮托法安裝，在世界范圍內(nèi)僅有兩艘船舶進行該類組塊的安裝，其中一艘還需要改造后才能滿足要求，因此在設(shè)計時需要嚴(yán)格控制組塊浮托工況重量；同時，由于平臺規(guī)模大，平臺導(dǎo)管架尺寸和重量在世界范圍內(nèi)也是數(shù)一數(shù)二的，導(dǎo)管架的安裝也存在船舶資料極少的問題，因此作為導(dǎo)管架設(shè)計基礎(chǔ)的組塊在位工況操作重也需要嚴(yán)格控制。根據(jù)前期研究結(jié)果和目標(biāo)安裝船舶資源能力，組塊浮托工況不可超越重量為27000t，組塊最大在位重工況不可超越重量為40000t。

2 重量控制過程分析

能否達到重量控制的目標(biāo)直接決定著項目能否繼續(xù)向前推進，而平臺重量涉及工藝、機械、結(jié)構(gòu)、配管、電氣、儀表、舾裝等各專業(yè)，涉及專業(yè)多，某專業(yè)方案的優(yōu)化或直接引起該專業(yè)重量增減，或間接引起其他專業(yè)重量的變化。因此，重量控制的主要職責(zé)是要收集各專業(yè)重量信息，編制重量控制報告，及時跟蹤與預(yù)警重量變化情況，組織并協(xié)調(diào)各專業(yè)進行減重工作。

2.1 重量控制準(zhǔn)則

基于該項目對重量控制的要求，根據(jù)文獻 [1]的規(guī)定，以項目對重量和重心變化的敏感程度高低分為A、B、C三類。顯然該項目屬于A類高度敏感，需要對各專業(yè)詳細重量進行統(tǒng)計與跟蹤。同時借鑒文獻 [2]對重量偏差的要求和以往項目的經(jīng)驗，確定對各專業(yè)重量控制的詳細程度和重量偏差的數(shù)值，規(guī)定各專業(yè)提交重量的標(biāo)準(zhǔn)模板和更新頻率，使每一個參與設(shè)計的專業(yè)人員時刻將重量控制的思想貫徹到具體專業(yè)設(shè)計內(nèi)容之中。項目起始確定的重量控制設(shè)計準(zhǔn)則有利于項目重量控制的執(zhí)行和重量控制目標(biāo)的完成。

2.2 重量控制過程

根據(jù)確定的重量控制目標(biāo)和準(zhǔn)則，重量控制專業(yè)人員及時收集各專業(yè)重量信息，編制重量控制報告，繪制重量控制曲線；將實際重量與目標(biāo)重量進行對比，及時將重量結(jié)果反饋到項目組，進而組織協(xié)調(diào)各專業(yè)采取減重措施。圖1和圖2分別給出了組塊浮托工況和最大在位重工況重量控制曲線，在項目進行過程中，重量信息平均6.5d更新1次，以保證各專業(yè)方案變化引起的重量變化能及時反饋到重量控制曲線上，進而協(xié)助項目組和各專業(yè)分析專業(yè)方案變化的利弊，幫助設(shè)計人員在使方案滿足功能要求和有利于重量控制兩者之間取得平衡點。

以天然氣壓縮機選型方案為例，如果來自水下井口的天然氣壓力低，需設(shè)置濕氣壓縮機對天然氣進行增壓，滿足三甘醇脫水系統(tǒng)的操作壓力要求；脫水之后的天然氣又需要經(jīng)過干氣壓縮機進行增壓，進而達到外輸壓力要求。由于該平臺設(shè)計為天然氣集輸平臺，設(shè)計規(guī)模大，工況復(fù)雜，濕氣、干氣壓縮機選型方案多，設(shè)計選型中，條件一要考慮初期投產(chǎn)時較低流量工況壓縮機能正常運行，條件二要考慮平臺達到設(shè)計規(guī)模時壓縮機能滿足外輸要求。若按條件一設(shè)計，單臺壓縮機設(shè)計能力不能過大，這樣在滿足條件二時必然導(dǎo)致壓縮機臺數(shù)增多，設(shè)備重量增大，不利于重量控制；若按條件二設(shè)計，單臺壓縮機設(shè)計能力較大，而導(dǎo)致初期投產(chǎn)時低流量工況壓縮機可能發(fā)生喘振現(xiàn)象，需要壓縮機打回流運行，不利于正常運行。各個方案均有利弊，如何取舍方案成為難題，最終設(shè)計人員綜合考慮滿足功能和重量控制的要求，在多達二十幾個方案中，選擇了2大2小壓縮機互相匹配運行的方案，使浮托工況安裝的壓縮機臺數(shù)重量最輕，臺數(shù)最少。

2.3 重量控制結(jié)果

從圖1和圖2中可以看出，組塊浮托工況重量和最大在位重均控制在不可超越重量以下，完成了重量控制目標(biāo)。圖中重量控制曲線的起伏代表著各專業(yè)方案的變化，具體涉及壓縮機選型方案比選、余熱回收裝置立式與傳統(tǒng)式比選、壓縮機后冷卻器印刷式與管殼式比選、高壓容器選材高強度鋼與普通碳鋼比選、乙二醇再生與脫鹽系統(tǒng)布置方案模塊與分塊布置對比、貧乙二醇導(dǎo)管架存儲與組塊存儲對比等等。各專業(yè)在設(shè)計選型中將實現(xiàn)平臺重量控制作為指導(dǎo)原則，采用了大量的新方法與新技術(shù)，值得以后學(xué)習(xí)借鑒。

3 減重措施

圖1 組塊浮托工況重量控制曲線

為了實現(xiàn)項目重量控制目標(biāo)，平臺設(shè)計中采用了大量的創(chuàng)新的設(shè)計思路與設(shè)計方法，廣泛采用了世界范圍內(nèi)的新技術(shù)與新設(shè)備，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①完成了大型集輸平臺離心式壓縮機選型方案比選，總結(jié)并建立了離心式壓縮機選型計算方法，改變以往同規(guī)格壓縮機互為備用的設(shè)計思路，采用大小壓縮機機組聯(lián)合運行的設(shè)計理念，既滿足各種工況要求，又有利于重量控制。②采用立式余熱回收裝置，充分利用燃氣輪機排煙余熱，滿足工藝用戶加熱要求，有利于節(jié)能減排；余熱回收裝置采用立式布置，單臺可節(jié)省甲板面積約35m2，總面積節(jié)省210m2，有利于減少平臺占用面積和重量。③壓縮機后冷卻器采用印刷式換熱器代替管殼式換熱器，可節(jié)省甲板面積約為20m2，節(jié)省重量約為40t，總面積節(jié)省約600m2，總重量節(jié)省約900t。④優(yōu)化工藝系統(tǒng)操作壓力，在充分利用井口壓力的同時，優(yōu)化三甘醇脫水系統(tǒng)操作壓力，大直徑高壓容器選材采用高強度鋼板，均有利于減少壓力容器壁厚，降低容器設(shè)備重量。⑤優(yōu)化設(shè)備布置，建立配管模型，按工藝流程合理優(yōu)化管網(wǎng)，使用高強度鋼，有利于減少管道重量。⑥對于難以準(zhǔn)確估算的配管、電氣、儀表、通信等散料重量，類比分析以往國內(nèi)外設(shè)計項目資料，分析總結(jié)內(nèi)在規(guī)律，建立類比系數(shù)法和面積法估算重量，提高了散料重量的估算精度。

圖2 組塊最大在位重工況重量控制曲線

4 結(jié)語

平臺重量控制是一個不斷更新與反饋信息的系統(tǒng)過程，涉及平臺設(shè)計的各個專業(yè)，需要明確的控制目標(biāo)，需要統(tǒng)一的設(shè)計準(zhǔn)則。隨著油氣田開發(fā)不斷走向深水，深水海洋平臺將對重量控制工作提出了更高的設(shè)計要求，需要每一個設(shè)計人員的不斷努力與創(chuàng)新?；谀虾Ｉ钏稠椖科脚_的重量控制過程分析，總結(jié)了平臺重量控制的方法與措施，以期對以后深水平臺的設(shè)計提供借鑒。

[1]ISO19901－5—2003，Petroleum and natural gas industries－specific requirements for offshore structures－part 5：weight control during engineering and construction [S].

[2]CB 1253—1994，潛艇重量重心控制要求 [S].