鄧周榮 劉義勇 王火平

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

陸豐油田群FPSO單點軟管搶修方案設計與實施

鄧周榮 劉義勇 王火平

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司)

陸豐油田群在使用“南海開拓號”FPSO進行臨時生產(chǎn)期間由于臺風造成單點動態(tài)軟管嚴重受損,在其他常規(guī)維修手段無法實現(xiàn)短期復產(chǎn)的情況下,通過技術創(chuàng)新,采用了不同尺寸、類型軟管替代受損軟管的應急搶修方案,使得油田生產(chǎn)在事故發(fā)生后2周內得以恢復,有效降低了事故造成的經(jīng)濟損失。本次搶修作業(yè)中采用不同規(guī)格軟管替代技術以及施工作業(yè)中對遇到的一系列技術難題的解決措施,對今后類似工程具有一定的借鑒意義。

陸豐油田群;FPSO單點軟管;應急搶修;替代技術;技術難題

1 工程背景

陸豐油田群位于南海珠江口盆地,距香港東南約230 km,水深132～146 m。由于原“南海盛開號”FSOU進塢大修,故采用了“南海開拓號”FPSO接入經(jīng)適應性改造的“南海盛開號”單點系泊系統(tǒng)進行臨時生產(chǎn)[1]。該單點系泊系統(tǒng)位于陸豐13-1平臺西北側,主要由內轉塔、8條均布系泊腿和1個單點浮筒等組成,經(jīng)由1條φ152.4 mm輸油軟管與陸豐13-1平臺相連,該輸油軟管由1.6 km靜態(tài)段和400 m動態(tài)段組成,中間通過法蘭連接(圖1)。2012年6月,熱帶風暴“泰利”過后,“南海開拓號”返回油田重新連接至單點浮筒時,單點浮筒下方的動態(tài)軟管因遭受強力拉扯嚴重受損,油田緊急停產(chǎn)。為了盡快恢復生產(chǎn),在常規(guī)維修手段無法實現(xiàn)短期復產(chǎn)的情況下,通過利用不同盡寸、類型的軟管對損壞軟管進行了替換,使油田生產(chǎn)在事故發(fā)生后2周內恢復,有效降低了事故帶來的經(jīng)濟損失。本文主要闡述陸豐油田群FPSO單點軟管搶修方案設計與施工實踐經(jīng)驗,以期對今后類似工程提供借鑒。

圖1 陸豐油田群FPSO單點軟管布置示意圖

2 搶修方案設計

由于“南海開拓號”FPSO單點軟管受損嚴重,常規(guī)的局部修復手段難以實現(xiàn),采用國外軟管接合技術的修復周期需4個月以上,重新采辦新軟管則需更長的時間。為了盡快恢復生產(chǎn),只能考慮替換掉受損的整根動態(tài)軟管,同時還需對各種復產(chǎn)方案進行論證。因此能否在國內盡快找到合適的可用軟管是本次搶修能否成功的關鍵一步。經(jīng)過調研,國內有以下3條輸油軟管可供選擇:①φ152.4mm廢棄軟管,長度約370 m,與受損軟管直徑相同,為陸豐油田群2000年更換的廢棄軟管,狀況不明。②φ254.0 mm軟管,長度約381 m,2011年惠州油田曾使用過,暫存于庫房,整體狀況較好。③φ203.2 mm軟管,長度825 m,2011年惠州油田新購軟管,狀況良好但仍存放在海底。由于φ203.2 mm軟管需要打撈,不滿足工期要求,而φ152.4 mm廢棄軟管測試后狀況較差,使用風險較大,故確定選用狀況較好的φ254.0 mm軟管。但是用φ254.0 mm軟管替換受損φ152.4 mm軟管主要存在管徑、長度、管頭型式不同而帶來的一系列不匹配問題。為此,通過技術改造、施工方案優(yōu)化、計算論證以及試驗等方式,采取措施解決了一系列技術問題。

1)φ254.0 mm軟管長度比原軟管長度短27 m問題。原受損的φ152.4 mm動態(tài)軟管一端連接于海底的φ152.4 mm靜態(tài)軟管,一端連接于FPSO上部的工藝管線,通過中水浮筒形成“S”形姿態(tài),中水浮筒上的固定卡子將其分成兩部分。φ254.0 mm軟管長度比原軟管短27 m,如何將縮短的27 m分配到軟管的兩端中,并確定軟管在中水浮筒上的錨固位置是首要解決的問題。

經(jīng)過分析,由于靜態(tài)段軟管末端法蘭位置無法改變,如果縮短這一側的長度,需要增加一段短節(jié),不僅增加工作量,還給海底連接帶來困難。為此,初步確定了將單點浮筒側至中水浮筒之間的軟管長度縮短27 m,另外一側長度保持不變,并根據(jù)相關規(guī)范[2-3]進行了受力分析計算,以判斷其適應性。

根據(jù)原設計報告,“南海開拓號”正常安全作業(yè)條件為有義波高5 m以下,外輸作業(yè)安全作業(yè)條件為有義波高4 m以下,FPSO解脫后單點系泊系統(tǒng)及軟管可抗百年一遇臺風。分別按這3個設計工況進行校核分析,結果顯示在這3種極限工況下“南海開拓號”FPSO更換后軟管受到的最大拉力小于其允許值40×104N,最小彎曲半徑大于其允許值3.15 m,均滿足安全使用要求(表1)。

表1 陸豐油田群“南海開拓號”FPSO更換后軟管受力分析結果

2)原中水浮筒凈浮力校核。由于現(xiàn)有φ254.0 mm軟管比受損的φ152.4 mm軟管單位長度的質量更大,作用在中水浮筒上的載荷將要增大,需要進行計算分析,校核論證原中水浮筒的浮力。計算結果顯示,更換后的φ254.0 mm軟管作用在中水浮筒的載荷為19.5×104N,而中水浮筒設計凈浮力為30×104N,滿足中水浮筒的浮力要求,可利用原中水浮筒。

3)φ254.0 mm軟管在中水浮筒的鎖緊問題。如何在有效控制工程量的條件下把φ254.0 mm軟管有效固定鎖緊在中水浮筒處是最為關鍵的技術問題。原受損φ152.4 mm軟管在中水浮筒處的固定方式為在軟管上安裝一個內部卡子,將該內部卡子放入中水浮筒的卡具槽內,使用中水浮筒上的一個外部鎖緊卡具將內部卡具緊緊夾住,從而起到鎖緊軟管的作用。

由于用φ254.0 mm軟管替換φ152.4 mm軟管以后,中水浮筒用于固定軟管的外卡尺寸偏小,原中水浮筒外卡的內徑為520.0 mm,僅比φ254.0 mm軟管的外徑大179.6 mm,在如此狹小的間隙中再增加一個內卡很難達到既能滿足強度又能滿足尺寸匹配的要求,而完全依靠改造外卡的工程量又太大。為此,通過少量改造中水浮筒卡槽,根據(jù)現(xiàn)有尺寸特別設計和制作了一個與原中水浮筒外卡具相匹配的內部卡具(圖2),利用潛水員對中水浮筒卡槽進行打磨改造,以匹配φ254.0 mm軟管在φ152.4 mm卡槽的安裝,同時避免在安裝過程尖銳部位對軟管造成的損壞。

圖2 特別設計制作的與陸豐油田群FPSO單點原中水浮筒外卡具相匹配的內部卡具

4)φ254.0 mm軟管和單點浮筒通道的匹配驗證。通過計算,φ254.0 mm軟管頭和單點浮筒J型通道的間隙很小,最小處僅為2 mm,軟管頭通過浮筒通道存在較大風險。通過設計全尺寸假體進行了穿過試驗(圖3),驗證了軟管的可用性。

圖3 陸豐油田群FPSO單點φ254.0 mm軟管頭假體及其穿過試驗

5)φ254.0 mm軟管在單點浮筒側的連接問題。φ254.0 mm軟管頂部法蘭為RTJ(金屬環(huán)連接密封)法蘭,而單點浮筒處的球閥連接法蘭為RF(金屬墊片)法蘭。由于法蘭類型不同,φ254.0 mm軟管無法直接與單點浮筒側連接。為此,設計并制作了一端為RTJ法蘭,另一端為RF法蘭的過渡等徑短節(jié),既可使用“南海開拓號”原φ254.0 mm軟管捕捉工具完成該軟管的回接,又可實現(xiàn)FPSO解脫后軟管在單點浮筒的懸掛問題。

6)φ254.0 mm軟管與φ152.4 mm軟管靜態(tài)段的連接問題。φ254.0 mm軟管海底端為φ355.6 mm SPO壓實法蘭,而與其連接的φ152.4 mm軟管靜態(tài)段末端為φ152.4 mm自緊式GRAYLOC法蘭,兩者不匹配。為解決匹配問題,專門設計和制作了一個大小頭變徑的短節(jié),一端為φ152.4 mm GRAYLOC法蘭,另一端為φ355.6 mm SPO法蘭,如圖4所示。

圖4 專門設計制作的陸豐油田群FPSO單點φ254.0 mm軟管和φ152.4 mm軟管大小頭變徑短節(jié)

3 海上施工資源的確定與技術難題的解決

3.1 施工資源的確定

陸豐油田群FPSO單點軟管搶修工程海上施工主要涉及飽和潛水、ROV作業(yè)、破損軟管棄置、軟管鋪設等作業(yè)。本次應急搶修動用了“美人魚”號飽和潛水船,主要進行破損φ152.4 mm軟管的拆除,協(xié)助φ254.0 mm軟管鋪設及水下連接作業(yè)等。該船總長90 m,寬22 m,吃水深度8 m,配備有內置式飽和潛水系統(tǒng)和一臺觀察級ROV,可同時用于不同水深的潛水作業(yè),船右舷配備一臺起吊能力150 t的吊機。

同時,本次應急搶修還動員了“海洋石油708”船進行軟管鋪設作業(yè),該船具備DP2動力定位能力,配備工作級ROV,寬敞的甲板完全滿足進行φ254.0 mm軟管海上鋪設作業(yè)的要求。

3.2 施工技術難題的解決

本次應急搶修海上施工內容主要包括破損φ152.4 mm軟管的拆除、φ254.0 mm軟管鋪設及水下連接等工作,在實際施工時遇到的一些施工技術難題均通過采取一些適當?shù)募夹g措施和手段得以成功解決。

1)無張緊器進行軟管鋪設。通常情況下,軟管鋪設需要使用張緊器夾持軟管,以控制軟管的下放和回收。但由于本次施工作業(yè)為應急搶修作業(yè),短時間內無法找到適當?shù)膹埦o器。由于軟管滾動驅動器的承載能力在沒有張緊器的條件下不能滿足強度要求,而等待從國外進口張緊器至少需要一周以上時間。為此,通過對軟管鋪設工藝的改進,提出了軟管不充水進行鋪設,以減輕對軟管滾筒驅動器的張力;同時對驅動器進行適當結構補強,以達到僅依靠滾筒驅動器直接進行軟管鋪設。通過計算分析,軟管空管鋪設在該水域水深條件下滿足強度要求(不會壓潰),軟管滾筒驅動裝置和軟管滾筒強度能力也均滿足要求,最終通過創(chuàng)新解決了無張緊器不能鋪設軟管的問題。

2)軟管內部卡具在中水浮筒上就位。軟管鋪設從單點浮筒側開始,跨過中水浮筒,最后鋪至海底φ152.4 mm軟管靜態(tài)段附近。由于中水浮筒與海底配重塊間僅用單根錨鏈連接,受到海流或外力作用時筒體方位和角度不易控制,數(shù)次嘗試將軟管中水浮筒卡子卡進卡槽均未成功。經(jīng)過研究分析,采取了先將軟管用吊帶臨時固定在中水浮筒處,完成軟管鋪設后再由潛水員調整中水浮筒卡子至卡槽內并最終完成鎖緊,解決了軟管內部卡具在中水浮筒上的就位難題。

3)軟管質量增加導致水下法蘭組對困難。完成軟管鋪設后,須通過變徑短節(jié)連接φ254.0 mm軟管與φ152.4 mm靜態(tài)段軟管法蘭。由于原φ152.4 mm軟管充水后線質量為33.40 kg/m,而更換后的φ254.0 mm軟管充水后線質量為94.74 kg/m,這使得拖拉兩法蘭進行對接所需要的拉力大大增加。因此,要想在短時間內完成水下法蘭對接,只有盡可能想辦法增加所施加的拖拉力。經(jīng)過分析與嘗試,現(xiàn)場采用了工程船吊機協(xié)助提拉減少軟管和海底的摩擦力,同時2名潛水員用2個15t導鏈葫蘆同步拖拉的技術手段,僅用1天多時間就成功完成水下法蘭連接。

4 結束語

陸豐油田群FPSO單點軟管受損后,通過統(tǒng)一部署,對多個方案同時進行論證,海上作業(yè)和陸地設計準備同時進行。通過技術創(chuàng)新,解決了損壞軟管更換的各項技術難題,成功實施了在短時間內(從接到搶修任務到恢復生產(chǎn)僅用2周時間)利用不同尺寸、類型的軟管對損壞軟管進行替換的施工作業(yè),有效降低了事故帶來的經(jīng)濟損失。本次搶修作業(yè)中采用的不同規(guī)格軟管替代技術以及施工作業(yè)中對遇到的一系列技術難題的解決措施,對今后類似工程具有較好的借鑒意義。

[1] 劉義勇,王火平,鄧周榮,等.FPSO單點系泊關鍵構件互換連接技術研究與應用:以陸豐油田群“南海開拓號”FPSO臨時替代生產(chǎn)工程為例[J].中國海上油氣,2013,25(5):73-76.

[2] 挪威船級社.DNV-OS-F201 Dynamic[S].2001.

[3] API.API RP17B-2008軟管推薦做法[S].2008.

Design and practice of emergency repair program for FPSO riser in Lufeng oilfields

Deng Zhourong Liu Yiyong Wang Huoping
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,518067)

The riser of“Nan Hai Kai Tuo”FPSO was damaged severely by Typhoon during the temporary production service of FPSO in Lufeng oilfields.Without any other conventional measures to repair the damaged riser to resume production in short time,the second hand riser in different size and type was used in the emergency repair to replace the damaged riser successfully through technical innovation,by which the oilfield resumed the production within two weeks after the damage accident and the economic loss caused by the accident was reduced.The replacement technique with different size risers and the methods adopted to solve the technical difficulties encountered in the emergency repair can be used in the similar engineering in the coming days.

Lufeng oilfields;FPSO riser;emergency repair;replacement technique;technical difficulty

2013-11-21改回日期:2014-01-02

(編輯:葉秋敏)

鄧周榮,男,工程師,1992年畢業(yè)于廈門集美航海學院海洋船舶駕駛專業(yè),現(xiàn)主要從事海上油田船舶及水下設施的管理和維修工作。地址:廣東省深圳市南山區(qū)蛇口工業(yè)二路1號海洋石油大廈B座12樓(郵編:518067)。電話:0755-26022667。E-mail:dengzhr@ cnooc.com.cn。