劉雪宜，秦勇，孫雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

單點(diǎn)系泊系統(tǒng)快速修復(fù)技術(shù)

劉雪宜，秦勇，孫雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

單點(diǎn)系泊是FPSO最為常用的系泊方式，保持單點(diǎn)的完整性對(duì)于FPSO安全以及整個(gè)油田的生產(chǎn)至關(guān)重要。文章以海洋石油102單點(diǎn)修復(fù)項(xiàng)目為例，詳細(xì)論述水上軟剛臂單點(diǎn)組成、單點(diǎn)壞損情況、修復(fù)策略、單點(diǎn)系泊頭修復(fù)、海纜修復(fù)以及YOKE修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。海洋石油102單點(diǎn)修復(fù)項(xiàng)目涉及的難題和創(chuàng)新將為今后類似單點(diǎn)系泊系統(tǒng)完整性管理以及單點(diǎn)快速修復(fù)提供良好的借鑒。

水上軟剛臂；單點(diǎn)系泊損壞；單點(diǎn)系泊頭修復(fù)；海纜修復(fù)；YOKE修復(fù)

0 引言

渤中28-2南油田位于渤海南部海域，水深約為21 m，主要設(shè)施包括中心平臺(tái)CEP、海洋石油102單點(diǎn)/FPSO以及CEP平臺(tái)至單點(diǎn)的海底管道。2011年4月1日海洋石油102單點(diǎn)YOKE系統(tǒng)嚴(yán)重受損，中海油第一時(shí)間啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，將FPSO順利解脫并拖航至蓬萊港?？?，受損的YOKE運(yùn)回陸地維修。為了盡快實(shí)現(xiàn)油田復(fù)產(chǎn)，在FPSO緊急解脫和YOKE拆除搶險(xiǎn)工作結(jié)束之后，立即展開對(duì)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱單點(diǎn)）受損設(shè)施的全面勘察和評(píng)估，確定了修復(fù)方案，同時(shí)開展單點(diǎn)管匯平臺(tái)、海纜、YOKE等多方面的修復(fù)工作，最終于2011年6月20日實(shí)現(xiàn)海洋石油102單點(diǎn)/FPSO的復(fù)產(chǎn)。

1 水上軟剛臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)

近30年來(lái)，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)由于其水深適應(yīng)范圍廣，能系泊超大型FPSO，抵抗海洋環(huán)境能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，因而廣泛應(yīng)用于海洋開發(fā)中。按系泊結(jié)構(gòu)方式單點(diǎn)系泊可以分為：塔式系泊、轉(zhuǎn)塔式系泊和浮筒式系泊，其中塔式系泊系統(tǒng)適用于50 m以內(nèi)的淺水海域。

海洋石油102單點(diǎn)屬于水上軟剛臂系泊系統(tǒng)，是塔式系泊系統(tǒng)的一種，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：四腿導(dǎo)管架、單點(diǎn)系泊頭、YOKE、系泊腿、系泊支架等。

導(dǎo)管架用鋼樁固定在海底，單點(diǎn)系泊頭固定在導(dǎo)管架之上。YOKE和系泊腿連接單點(diǎn)系泊頭和FPSO船首的系泊支架，構(gòu)成單點(diǎn)系泊的軟剛臂系統(tǒng)。YOKE的頭部有縱搖鉸接頭、橫搖鉸接頭，系泊腿上下端分別裝備了推力軸承、萬(wàn)向鉸接頭，能夠消除單點(diǎn)與FPSO之間的六個(gè)自由度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。YOKE末端左右各有一個(gè)壓載艙，分別灌注180 t防凍液，其作用是為FPSO的位移提供回復(fù)力，保證系泊腿角度處于正常的垂直位置。海洋石油102單點(diǎn)具有風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)，允許FPSO圍繞單點(diǎn)系泊頭作360°的自由運(yùn)動(dòng)，使FPSO始終處在合外力最小的位置上。

圖1 海洋石油102單點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意

2 單點(diǎn)損壞情況

在FPSO緊急解脫和YOKE拆除搶險(xiǎn)工作結(jié)束后，立即委托海洋石油工程股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱海油工程公司）、單點(diǎn)設(shè)計(jì)廠家SBM公司展開對(duì)單點(diǎn)受損設(shè)施的全面勘察和評(píng)估，結(jié)論如下：

（1）單點(diǎn)系泊頭。主軸承狀況良好；轉(zhuǎn)盤以上結(jié)構(gòu)狀況良好；下層管匯平臺(tái)結(jié)構(gòu)、管道、儀表?yè)p壞嚴(yán)重，其中包括關(guān)斷閥、DBB閥、PIG閥等；下層甲板海底管道、海纜損壞嚴(yán)重；將軍柱走道甲板損壞嚴(yán)重。

（2）YOKE。橫搖軸承狀況良好；萬(wàn)向鉸接頭狀況良好；壓載艙狀況良好；D 2 420 mm的橫管以及相連的側(cè)向支撐管撕裂變形需更換；受損的輔助結(jié)構(gòu)如走道、欄桿、照明等需要恢復(fù)。

（3）FPSO船首部分。系泊結(jié)構(gòu)、系泊腿以及推力軸承狀況良好。

3 單點(diǎn)修復(fù)策略及關(guān)鍵技術(shù)

為盡快恢復(fù)油田生產(chǎn)，確定復(fù)產(chǎn)策略和方針是項(xiàng)目實(shí)施的第一步。在取得檢測(cè)評(píng)估結(jié)果后，結(jié)合專家意見確定了復(fù)產(chǎn)工作的總策略：以原設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，局部進(jìn)行加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)油田快速?gòu)?fù)產(chǎn)。隨后，制訂了詳細(xì)的技術(shù)方案和實(shí)施計(jì)劃，這些技術(shù)方案不僅體現(xiàn)了單點(diǎn)修復(fù)項(xiàng)目的獨(dú)特性，而且對(duì)海上平臺(tái)維修、海纜修復(fù)具有普遍的指導(dǎo)意義。

3.1 單點(diǎn)系泊頭修復(fù)

單點(diǎn)系泊頭損傷情況比較嚴(yán)重，主要集中在下層管匯平臺(tái)結(jié)構(gòu)、管道、儀表和位于下層甲板的海底管道、海纜。海洋石油102單點(diǎn)處FPSO緊急撤離以后，立即動(dòng)員渤海自立號(hào)生活支持平臺(tái)投入單點(diǎn)修復(fù)項(xiàng)目，其在單點(diǎn)附近就位如圖2所示，其功能是滿足施工期間海上物料吊裝的需要，并承擔(dān)海上施工所需水、電、氣的供給，為作業(yè)人員食宿的安置、物料存放及施工預(yù)制等提供必要的場(chǎng)所。

圖2 “渤海自立號(hào)”在單點(diǎn)附近就位

根據(jù)單點(diǎn)系泊頭損壞情況，制訂了按照單點(diǎn)原設(shè)計(jì)圖紙快速修復(fù)的施工方案。一方面按照單點(diǎn)檢測(cè)評(píng)估結(jié)果啟動(dòng)設(shè)備、材料的采辦，另一方面動(dòng)員人員開始海上修復(fù)施工。海上施工按照先拆舊后裝新、先結(jié)構(gòu)后管道、最后電儀的總體思路展開，對(duì)于有特殊工藝、交叉施工要求的，以及限制空間的地方適當(dāng)調(diào)整施工順序。單點(diǎn)修復(fù)大致的施工步驟如下：

（1）拆除照明、導(dǎo)航、通訊、氣體/火焰探頭、管道電伴熱、電纜和電纜托架、救生以及CO2系統(tǒng)等設(shè)備。

（2）拆除4根絕緣法蘭至滑環(huán)的原油管道以及閉排系統(tǒng)部分受損管道。

（3）拆除上層管匯平臺(tái)（EL33050）、下層管匯平臺(tái)（EL31200）全部結(jié)構(gòu)。

（4）預(yù)制、回裝上層管匯平臺(tái)（EL33050）、下層管匯平臺(tái)（EL31200）全部結(jié)構(gòu)，焊道NDT檢驗(yàn)，涂裝。

（5）預(yù)制、回裝4根絕緣法蘭至滑環(huán)的原油管道，管道焊道NDT檢驗(yàn)，安裝新的關(guān)斷閥、DBB閥、PIG閥，壓力試驗(yàn)，管道伴熱保溫。

（6）安裝新的救生系統(tǒng)、CO2系統(tǒng)等設(shè)備。

（7）檢測(cè)標(biāo)定壓力、溫度、指示、氣體/火焰探頭、關(guān)斷閥等各類儀表。

（8）預(yù)制、回裝電纜托架、馬腳、燈具支架，敷設(shè)電氣儀表電纜，安裝照明、導(dǎo)航以及其他電儀設(shè)備。

（9）完成儀表設(shè)備的單機(jī)調(diào)試、回路調(diào)試，做好投產(chǎn)準(zhǔn)備。

為了加快施工進(jìn)度并保證施工安全，采取了如下有效措施：

（1）同時(shí)開展損壞部件的拆除與新部件的采辦、預(yù)制。

（2）在項(xiàng)目初始就統(tǒng)籌考慮整個(gè)項(xiàng)目施工需要搭建的腳手架，避免腳手架的重復(fù)搭建與拆除。

（3）結(jié)構(gòu)件、管道的預(yù)制盡可能在陸地完成，減少海上組對(duì)、焊接工作量。

（4）優(yōu)化施工工藝，盡可能安排并行作業(yè)，并加強(qiáng)施工進(jìn)度的監(jiān)控，根據(jù)關(guān)鍵路徑適時(shí)調(diào)整施工資源的投入。

（5）為保證施工安全，盡量減少交叉作業(yè)，將風(fēng)險(xiǎn)較大的吊裝作業(yè)、高空作業(yè)、潛水作業(yè)盡量安排在白天，將風(fēng)險(xiǎn)較小的UT/MT、涂裝、調(diào)試盡量安排在夜間。

3.2 海纜修復(fù)

海洋石油102單點(diǎn)系泊系統(tǒng)YOKE受損變形將海纜護(hù)管上錨固出口處的海纜壓斷，如圖3所示。該海纜從單點(diǎn)敷設(shè)到CEP平臺(tái)，海纜參數(shù)為3芯×240 mm2，電壓等級(jí)10.5 kV，質(zhì)量28.5 kg/m，全長(zhǎng)1.5 km。根據(jù)以往海纜維修的經(jīng)驗(yàn)和方法，海油工程公司形成了一套自有的、行之有效的海纜維修技術(shù)。修復(fù)方案思路：如果海纜有充足的富余量，直接抽拉破損處海纜到海纜箱處，測(cè)試合格后接入海纜箱。為預(yù)防海纜富余量不夠，提前向海纜原廠家購(gòu)買200 m新海纜備用，并編制敷設(shè)新海纜接長(zhǎng)舊海纜的備用方案。

圖3 海纜在護(hù)管出口處壓斷

施工步驟如下：

（1）選擇合適的主作業(yè)船。根據(jù)海纜修復(fù)施工的需要，需要一艘甲板面積100 m2以上的施工船，一臺(tái)50 t吊機(jī)、一臺(tái)10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，并且搭載一套吹泥設(shè)備，同時(shí)船舶能提供30名施工人員的食宿。本項(xiàng)目主作業(yè)船為濱海106。

（2）主作業(yè)船就位。主作業(yè)船拋錨時(shí)不能影響渤海自立號(hào)和海底的管道和海纜，就位方式采用船首帶纜，船尾拋錨。

（3）檢查海纜富余量。潛水員下水探摸海纜富余量，發(fā)現(xiàn)海纜水下部分富余量不夠時(shí)，項(xiàng)目立即啟動(dòng)敷設(shè)200 m新海纜接長(zhǎng)舊海纜的備用方案。

（4）切斷舊海纜后做絕緣測(cè)試。在距離單點(diǎn)導(dǎo)管架電纜喇叭口大約40 m處對(duì)舊海纜進(jìn)行提拉，固定到作業(yè)船上的一定長(zhǎng)度時(shí)將海纜切斷，在舊海纜切斷后，對(duì)切斷處到CEP平臺(tái)這段海纜做絕緣測(cè)試并確保合格。

（5）切斷海纜箱處舊海纜。單點(diǎn)上施工人員用倒鏈將海纜箱處海纜固定，切斷與海纜箱連接的電纜，并切除錨固點(diǎn)。

（6）抽拉海纜護(hù)管中的舊海纜。在單點(diǎn)結(jié)構(gòu)梁上安裝一導(dǎo)向滑輪，利用船上的卷?yè)P(yáng)機(jī)將海纜護(hù)管中的舊海纜抽拉上船，如圖4所示。在抽拉舊海纜的同時(shí)將一根鋼絲繩從船上引到單點(diǎn)，為新海纜穿管做準(zhǔn)備。

圖4 抽拉海纜護(hù)管中的舊海纜

（7）從單點(diǎn)處反向敷設(shè)新海纜。利用作業(yè)船上的卷?yè)P(yáng)機(jī)和導(dǎo)向滑輪將新海纜穿過(guò)單點(diǎn)上海纜護(hù)管，從單點(diǎn)反向敷設(shè)海纜到標(biāo)記處后若干米（現(xiàn)場(chǎng)決定），以留出充足余量，并對(duì)新敷設(shè)的海纜做絕緣測(cè)試，防止在敷設(shè)過(guò)程中海纜破損。

（8）海纜斷點(diǎn)處做接頭測(cè)試。配合廠家人員在作業(yè)船上密封操作間將新舊兩段海纜連接做接頭；中間接頭做完后，對(duì)整段海纜做絕緣測(cè)試并對(duì)海纜打壓，確保合格后將接頭吊放入海中。

（9）海纜接入海纜箱。測(cè)試合格后，專業(yè)人員需要對(duì)海纜的三芯做線鼻子，并將海纜接入海纜箱中。在海纜護(hù)管上重新安裝新的錨固。吊放水泥壓塊入海壓住海纜。

3.3 YOKE修復(fù)

YOKE結(jié)構(gòu)為三角形鋼架，其外圍尺寸為34 m×28 m，結(jié)構(gòu)凈質(zhì)量210 t，位于FPSO系泊腿與單點(diǎn)系泊頭之間。駁船將受損的YOKE運(yùn)回碼頭，用浮吊將YOKE吊裝到傍靠碼頭的維修場(chǎng)地，場(chǎng)地布置如圖5所示。YOKE由四個(gè)墊墩支撐，根據(jù)支撐位置的不同設(shè)計(jì)預(yù)制兩種不同規(guī)格的墊墩。

圖5 YOKE在維修場(chǎng)地的布置/m

YOKE在海上損壞嚴(yán)重，是單點(diǎn)系泊系統(tǒng)快速修復(fù)的重點(diǎn)。修復(fù)的內(nèi)容包括YOKE鼻錐部橫管、側(cè)向支撐管段、與縱搖及橫搖軸承連接的直管段以及其他附屬結(jié)構(gòu)（如梯子、欄桿、格柵、走道等）。如圖6所示，YOKE鼻錐部橫管嚴(yán)重變形，與側(cè)面支撐管馬鞍口連接處撕裂，連同部分長(zhǎng)度的側(cè)面支撐管需要重新卷制接長(zhǎng)、組對(duì)焊接。

圖6 受損的YOKE鼻錐部橫管

YOKE修復(fù)大致的施工步驟如下：

（1）根據(jù)YOKE修復(fù)方案，編制YOKE修復(fù)工藝流程，如圖7所示。

（2）搭設(shè)腳手架。在YOKE周圍搭設(shè)腳手架，搭設(shè)高度約6 m，需要上、中、下三層跳板。在腳手架上的主要作業(yè)內(nèi)容有損壞結(jié)構(gòu)拆除、無(wú)損檢測(cè)、空間組對(duì)施工和油漆噴涂等。

（3）現(xiàn)場(chǎng)尺寸測(cè)量及焊縫無(wú)損檢測(cè)。對(duì)YOKE鼻錐部和YOKE壓載艙上的機(jī)械連接件和結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)、評(píng)估以及整體尺寸和變形的測(cè)量，并根據(jù)設(shè)計(jì)單位的意見開展修復(fù)工作。

（4）YOKE調(diào)平。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)YOKE進(jìn)行水平度及定位尺寸調(diào)整，保證各個(gè)尺寸滿足建造誤差要求。節(jié)點(diǎn)位置誤差控制在15 mm范圍內(nèi)，角度誤差控制在±0.5°內(nèi)。

（5）布置臨時(shí)墊墩和臨時(shí)支撐。對(duì)受損YOKE鼻錐部進(jìn)行切割作業(yè)前，在兩個(gè)YOKE鋼臂擬切割位置靠后約2.5 m處增加兩個(gè)臨時(shí)墊墩（編號(hào)1和2），兩YOKE鋼臂之間布置一根臨時(shí)支撐管（規(guī)格為D 610 mm ×16 mm×6 500 mm，材質(zhì)為GB 712-2000 A36），確保YOKE切割后不發(fā)生變形。對(duì)YOKE鼻錐部進(jìn)行切割作業(yè)前，在切割部分下方布置4個(gè)臨時(shí)墊墩（編號(hào)3、4、5、6），墊墩位置如圖8所示。

圖7 YOKE修復(fù)工藝流程

圖8 YOKE修復(fù)臨時(shí)墊墩布置

（6）YOKE切割吊裝。根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)、評(píng)估意見，確定YOKE切割位置，切割過(guò)程中需要在切割結(jié)構(gòu)部件上現(xiàn)場(chǎng)布置幾個(gè)臨時(shí)吊點(diǎn)，并使用吊機(jī)掛扣協(xié)同作業(yè)，以確保安全。切割作業(yè)時(shí)，首先切割YOKE鋼臂切割位置的走道、欄桿，然后切割YOKE鋼臂。切割YOKE鼻錐部結(jié)構(gòu)時(shí)需要吊機(jī)叉車協(xié)同作業(yè)。

（7）管材卷制。根據(jù)管材單件圖及卷制接長(zhǎng)方案，按API2B規(guī)范要求完成管材卷制并接長(zhǎng)，然后使用樣板數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)切割馬鞍口，管件預(yù)制好后進(jìn)行噴砂噴漆作業(yè)。

（8）現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)。如圖9所示，工序如下：組對(duì)支撐管段1，有一道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫焊接；組對(duì)支撐管段2，有一道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫焊接；組對(duì)頭部橫管與鉸接頭連接件預(yù)制成的整體部件，有兩道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫焊接。每一道焊縫都需要完成組對(duì)、報(bào)檢、焊接、報(bào)檢等過(guò)程。

（9）安裝輔助結(jié)構(gòu)、涂裝、拆除腳手架。根據(jù)圖紙分段預(yù)制梯子、欄桿和走道，預(yù)制完成后進(jìn)行整體噴砂噴漆作業(yè)，然后分段吊裝組對(duì)焊接，并報(bào)檢。完成全部修復(fù)作業(yè)后拆除全部腳手架。

圖9 YOKE修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)工序

4 結(jié)束語(yǔ)

水上軟剛臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，適用于50 m以內(nèi)的淺水海域，是我國(guó)渤海地區(qū)常采用的單點(diǎn)系泊方式。海洋石油102單點(diǎn)修復(fù)項(xiàng)目面對(duì)工期緊、施工空間小、投入資源多等難題，在全面勘察評(píng)估單點(diǎn)受損情況的基礎(chǔ)上，及時(shí)確立了單點(diǎn)修復(fù)策略與方針，依靠國(guó)內(nèi)技術(shù)和施工隊(duì)伍解決了單點(diǎn)系泊頭修復(fù)、海纜修復(fù)、YOKE修復(fù)等工作中的諸多難題，努力提升項(xiàng)目實(shí)施以及施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平，歷時(shí)81 d實(shí)現(xiàn)了渤中28-2南油田的全面復(fù)產(chǎn)。海洋石油102單點(diǎn)修復(fù)項(xiàng)目的成功，對(duì)于今后單點(diǎn)FPSO類似工程，具有一定的借鑒和參考意義。

[1]劉雪宜.FPSO在YOKE損壞時(shí)的應(yīng)急解脫[J].石油工程建設(shè)，2013，39（3）：26-30.

[2]田冰，劉雪宜，孫丕松.BZ34油田單點(diǎn)系泊系統(tǒng)海上解脫[A].中國(guó)海洋工程學(xué)會(huì).第十四屆中國(guó)海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C].呼和浩特：海洋出版社，2009.1 473-1 477.

油氣管道兩項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化

由中石油管道局機(jī)械公司自主開發(fā)研制，目前國(guó)內(nèi)最大直徑、最高壓力快開盲板與絕緣接頭——壓力12.6 MPa、直徑1 550 mm環(huán)鎖型快開盲板和壓力12 MPa、直徑1 400 mm整體式絕緣接頭，近日通過(guò)中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院的技術(shù)檢測(cè)。這標(biāo)志著我國(guó)油氣管道關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化又一次新突破。

據(jù)相關(guān)人士介紹，快開盲板與絕緣接頭分別是中石油科技重大專項(xiàng)研究課題《油氣管道關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化》和《第三代大輸量天然氣管道工程關(guān)鍵技術(shù)研究》中的一項(xiàng)。此兩項(xiàng)產(chǎn)品的成功研制，是中石油管道局高壓力、大口徑快開盲板和絕緣接頭技術(shù)的進(jìn)一步提升，不僅為北天山備用通道工程建設(shè)做好了準(zhǔn)備，同時(shí)為中國(guó)管道建設(shè)主干線快開盲板實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化和第三代大輸量天然氣管道建設(shè)做好了技術(shù)準(zhǔn)備。

（本刊摘錄）

EmergencyRepair Technologyfor Single Point Mooring System

Liu Xueyi，Qin Yong，Sun Xuemei
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.Tianjin 300452，China

Single point mooring（SPM）is the most commonly used mooring way for FPSO，so maintaining the SPM integrity is paramount for the FPSO safety and the production of the whole oilfield.Taking Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project for example，this paper detailedly presents the components of soft YOKE SPM system，SPM damaged status，repair strategy，and key techniques for SPM emergency repair，such as SPM mooring head repair，submarine cable repair and YOKE repair.The solutions and innovations associated with Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project will provide good references and experience for the integrity management and emergency repair of similar SPM system in the future.

soft YOKE；SPM damage；SPM mooring head repair；submarine cable repair；YOKE repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.005

劉雪宜（1980-），男，湖南攸縣人，工程師，2006年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)專業(yè)，碩士，主要從事海洋工程設(shè)計(jì)與安裝工作。

2014-02-21