陳廣寧, 李 勇， 馮麗梅

(1.海洋石油工程(青島)有限公司, 山東 青島 266520； 2.中海石油深海開發(fā)有限公司， 廣東 深圳 518000)

一種張力腿平臺的陸地頂升滑移合攏方法

陳廣寧1, 李 勇1， 馮麗梅2

(1.海洋石油工程(青島)有限公司, 山東 青島 266520； 2.中海石油深海開發(fā)有限公司， 廣東 深圳 518000)

張力腿平臺(TLP)是深海油氣開發(fā)的關鍵設備之一，主要適用于300 m～1 500 m水深的油氣田開發(fā)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，TLP平臺技術逐漸成熟，但目前中國還沒有1座TLP平臺，而隨著油氣勘探開發(fā)逐漸向南海推進，TLP平臺作為一種優(yōu)秀的深水平臺型式將在我國深海油氣開發(fā)工程中得到廣泛地應用和發(fā)展。依托南海流花油田的前期開發(fā)研究，對TLP平臺陸地頂升、滑移合攏的方法進行介紹，對后期TLP平臺及半潛式平臺陸地合攏方法的選取具有較高的參考價值。

張力腿平臺； 頂升;滑移;合攏

0 引言

張力腿平臺作為一種典型的深水油氣開發(fā)平臺，在國際上得到了廣泛的應用，而在國內(nèi)卻沒有相關的建造經(jīng)驗，該文基于中海油青島公司對流花油田TLP平臺合攏方法的相關研究，介紹了一種張力腿平臺的陸地頂升、滑移合攏方法。張力腿平臺主要分為C-TLP、E-TLP、SEASTAR、MOSES四類，該文以C-TLP為例進行介紹。該平臺主要由上部組塊和下浮體構成，其結(jié)構形式如圖1所示[1]。

圖1 C-TLP平臺結(jié)構型式示意圖

1 TLP合攏技術現(xiàn)狀

目前世界上在役的TLP平臺總共有二十幾座，其陸地建造的整體合攏方法可以總結(jié)為五種。合攏方法的選擇與具體項目的基本參數(shù)、工期、費用等相關聯(lián)，均具有其特殊的項目背景。該文將對TLP平臺目前的整體合攏方法進行分析[2]。

1.1 海上吊裝法

該方法先將TLP的下浮體在海上固定，然后通過大型浮吊將上部組塊整體吊裝，實現(xiàn)整體合攏，海上吊裝法示意圖如圖2所示。此方法主要受浮吊吊裝能力的限制，對于上部組塊重量較大的TLP無法進行整體吊裝合攏，而且海上合攏之后需要在海上完成大量的調(diào)試工作，海上作業(yè)工期較長，風險相對較高。

圖2 海上吊裝法示意圖

1.2 海上浮托法

該方法是在海上先通過壓載系統(tǒng)將下浮體調(diào)整至合適深度，然后利用駁船運輸上部組塊至下浮體的對應位置，通過駁船調(diào)載使上部組塊下降，實現(xiàn)上部組塊與下浮體的整體合攏。如圖3所示，合攏完成后將其拖至深水碼頭完成后續(xù)的調(diào)試作業(yè)。此方法對駁船以及下浮體的調(diào)載能力、主尺度等要求比較高，駁船的調(diào)載能力及主尺度都要與下浮體相互匹配，而且下浮體如何進行海上臨時固定也是該合攏方法的難點之一。

圖3 海上浮托法示意圖

1.3 碼頭吊裝法

該方法將下浮體固定在碼頭前沿，然后通過大型的陸地吊將上部組塊吊裝至下浮體上實現(xiàn)合攏。由于受到上部組塊重量及大型陸地吊吊裝能力的限制，通常情況下會將上部組塊分為2～3塊進行吊裝，如圖4所示。此方法通常情況下需要預制大量的臨時框架進行吊裝支撐，或者詳細設計階段根據(jù)上部組塊的分塊情況在下浮體頂部提前設計永久支撐框架[3]。

圖4 碼頭吊裝法示意圖

1.4 提升、滑移法

該方法是目前使用較多的一種方法，主要通過提升裝置將上部組塊提升至一定高度，然后利用滑移裝置將下浮體滑移至上部組塊底部，最后通過提升裝置使上部組塊下降，實現(xiàn)張力腿平臺的整體合攏，如圖5所示。目前提升、滑移技術已經(jīng)相對比較成熟，而使用此方法的主要限制因素在于上部組塊的整體提升強度。由于提升塔架均布置在上部組塊的兩側(cè)，提升過程中上部組塊受到的彎剪力相對較大，若變形較大將無法實現(xiàn)其與下浮體的整體對接，因此，需要在詳細設計階段甚至基本設計階段進行整體強度校核。

圖5 提升、滑移法示意圖

1.5 頂升、滑移法

該方法是目前比較新穎的一種方法，主要通過頂升裝置將上部組塊頂升至一定高度，然后通過滑移裝置將上部組塊高空滑移至下浮體的頂部，最后通過滑移裝置的同步下降實現(xiàn)上部組塊與下浮體的整體合攏，如圖6所示。頂升、滑移合攏方式是近幾年興起的一種整體的合攏方法，其主要技術被國外少數(shù)的專業(yè)廠家所掌握。與提升、滑移法相比，其主要優(yōu)點在于對上部組塊的整體強度要求比較低，對于詳細設計及基本設計的影響相對較小。

圖6 頂升、滑移法示意圖

2 頂升、滑移合攏方法

2.1 頂升、滑移裝置

目前世界上大型頂升、滑移作業(yè)裝置的種類比較多，該文以某頂升、滑移裝備為例進行相應介紹，其結(jié)構形式如圖7、圖8所示。

圖7 頂升裝置示意圖

圖8 滑移裝置示意圖

頂升裝置的主要特點為：(1) 單臺頂升裝置的頂升能力為5 000 t；(2) 多臺頂升裝置可以通過電腦進行同步控制，實現(xiàn)結(jié)構物的同步頂升與下降。

滑移裝置的主要特點為：(1) 單臺滑移裝置能夠承受的重量為650 t；(2) 滑移裝置的頂部均安裝了液壓千斤頂，其高度在一定范圍內(nèi)是可以調(diào)整的；(3) 多臺滑移裝置可以通過電腦進行同步控制，實現(xiàn)滑移結(jié)構物的同步上升與下降。

2.2 頂升、滑移過程

第一步：在上部組塊建造區(qū)域的底部布置建造支撐，建造支撐的具體規(guī)格需要根據(jù)其支反力大小進行設計；在下浮體建造區(qū)域底部布置塢墩，塢墩應該根據(jù)下浮體的強結(jié)構進行布置，中間兩排塢墩布置時提前在其中間為液壓滑靴預留一定的空間，為將來的下浮體滑移做好準備，如圖9所示[4]。

圖9 建造支撐和塢墩布置示意圖

第二步：在建造支撐上進行上部組塊分段的總裝，在塢墩上進行下浮體分段的總裝。下浮體分段總裝時靠近上部組塊一側(cè)的浮箱暫不安裝，此部分浮箱的長度需要根據(jù)頂升裝置的布置進行確定，以避免滑移過程中下浮體與頂升裝置發(fā)生碰撞，如圖10所示。在下浮體滑移至上部組塊底部之后再安裝此浮箱，在下浮體的總裝階段為了保持下浮體的建造精度，可將其臨時固定在此位置。

圖10 上部組塊和下浮體建造示意圖

第三步：在上部組塊底部的支撐內(nèi)側(cè)布置頂升裝置，如圖11所示。頂升裝置的數(shù)量要根據(jù)上部組塊的實際重量重心位置、頂升梁的位置、頂升高度及風速等參數(shù)綜合確定。頂升裝置與上部組塊的接觸位置需要進行整體及局部強度校核，以防頂升過程中上部組塊發(fā)生變形或損壞。頂升裝置底部與地面的接觸區(qū)域需要進行地面承載力的核算，地面承載力不足時需要根據(jù)情況進行局部加固或改造[5]。

圖11 頂升裝置布置示意圖

第四步：頂升裝置調(diào)試完成后，利用頂升裝置對上部組塊進行預頂升，得出上部組塊實際的重量與重心位置，校核其與理論重量重心的偏差，確定偏差范圍是否可以接受，若實際重量重心與理論值偏差較大，需要進行進一步的調(diào)整后頂升。準備就緒后，使用頂升裝置將上部組塊逐步頂升到設計高度，如圖12所示，然后利用叉車等輔助工具撤掉上部組塊底部的建造支撐。

圖12 上部組塊頂升示意圖

第五步：圖9中的下浮體底部預留空間內(nèi)布置液壓滑靴，如圖13所示，液壓滑靴的數(shù)量與下浮體的重量重心、局部強度、地面承載力等因素有關。因此在液壓滑靴布置之前，需要對其與下浮體的接觸位置進行局部及整體強度校核，強度不夠時需要設計臨時輔助框架分散載荷。由于液壓滑移的滑移距離相對較長，而且滑移過程為動態(tài)，其對地面的要求需要進行綜合評估，避免滑移過程中的地面沉降影響作業(yè)安全。在液壓滑靴的連接調(diào)試完成后，液壓滑靴頂部的千斤頂逐步上升，實現(xiàn)與下浮體的緊密接觸并完成下浮體的同步頂升，將下浮體的重量從塢墩上完全轉(zhuǎn)移到液壓滑靴上[6]。

圖13 液壓滑靴布置示意圖

第六步：利用液壓滑靴將下浮體逐步滑移至上部組塊底部的預留位置，液壓滑靴頂部的千斤頂同步下降，直至其總體高度低于塢墩的高度，此時下浮體的重量將從液壓滑靴上完全轉(zhuǎn)移至提前布置的塢墩上，如圖14所示，最后撤出液壓滑靴并在下浮體底部的對應位置補充布置一定數(shù)量的塢墩。

圖14 下浮體滑移就位示意圖

第七步：在下浮體的缺口位置底部布置一定數(shù)量的塢墩，然后使用液壓滑靴或者SPMT小車將安裝的一段浮箱運輸至預定位置進行點焊固定(塢墩布置時提前預留液壓滑靴或者SPMT小車的行走空間)，數(shù)據(jù)測量無誤后完成焊接工作，從而使下浮體連接成為一個整體，如圖15所示。

圖15 預留浮箱安裝示意圖

第八步：對上部組塊與下浮體的連接位置進行測量，數(shù)據(jù)無誤后，利用頂升裝置使上部組塊緩慢地下降，下降過程中要進行實時監(jiān)控，直到上部組塊完全坐落在下浮體上。尺寸測量無誤后進行上部組塊與下浮體的焊接連接作業(yè)[7]，完成上部組塊與下浮體的整體合攏。最后利用汽車吊將頂升裝置逐塊拆除，頂升裝置單個零件的最大重量為13 t，可利用250 t吊機進行拆除(作業(yè)半徑32 m，主臂長度48.2 m時，吊裝能力為22.9 t)，如圖16所示。

圖16 吊機吊裝示意圖

第九步：進行上部組塊和下浮體上的零散構件的安裝及相應的調(diào)試工作。

3 結(jié)語

該文主要介紹了一種張力腿平臺陸地頂升、滑移的合攏方法，該方法是最近幾年國外剛剛興起的一種技術，目前被國外的幾家專業(yè)公司所掌握，國內(nèi)沒有相應的技術。經(jīng)過多個項目的實際應用，該技術已逐步得到世界范圍內(nèi)地廣泛認可與好評。頂升、滑移合攏方法主要是通過頂升上部組塊，低空滑移下浮體的方式實現(xiàn)上部組塊和下浮體的整體合攏，主要優(yōu)點在于可以保證上部組塊與下浮體獨立建造，使得建造施工作業(yè)可以全面的展開，對于節(jié)約建造工期，保證結(jié)構的完整性具有重要的意義。頂升、滑移方法與目前比較常見的提升、滑移方法相比，對上部組塊整體結(jié)構強度的要求相對較低，對基本設計和詳細設計的影響也相對較小，后期的應用前景非常廣闊。

[1] 楊雄文，樊洪海. TLP平臺結(jié)構形式及其總體性能分析[J]. 石油機械，2008，36(5)：70-73.

[2] 黃天穎，竇鈞，孫瑞雪，等. 張力腿式平臺平地整體建造技術研究[J].船舶與海洋工程，2016，32(2)：69-73.

[3] 陳少耿，黃昭偉. 兩種上部建筑模塊建造方法的比較[J]. 中國海洋平臺，2002, 17(5)：26-27.

[4] American Petroleum Institute. Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Tension Leg Platforms：API-RP-2T[S]. 2010.

[5] Paolo Formichi. Eurocode 1:Actions on Structures Part 1-6 General[D]. University of Pisa-Italy， 2008.

[6] Paolo Formichi. Eurocode 3:Design of steel structures[D]. University of Pisa-Italy，2009.

[7] American Petroleum Institute. Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design：API-RP-2A-WSD[S]. 2010.

The TLP’s Integration Method of Jack-up and Skidding

CHEN Guang-ning1, LI Yong1, FENG Li-mei2

(1.Offshore Oil Engineering(Qingdao) Co., Ltd, Shandong Qingdao 266520，China；2. CNOOC Ltd., Guangdong Shenzhen 518000, China)

TLP(the abbreviation of Tension leg platform)，is one of the key equipment for deep-sea oil and gas development and is mainly suitable for 300 m to 1500 m depth. After 30 years of development, the TLP technology mature gradually, but there is no one built in China at present. And with oil and gas exploration and development to the south China sea, TLP platform as a kind of deep water good platform type will be widely used in deep sea oil and gas development engineering and development. This article mainly relying on the early development study about LIUHUA oilfield, introduce an TLP’s integration method of jack-up and skidding，and that is very important reference significance for the integration of the TLP and semi-submersible platform.

TLP； jack-up; skidding; integration

1001-4500(2016)06-0034-08

2016-03-28

工信部的科研項目“500米水深油田生產(chǎn)裝備TLP自主研發(fā)”(工信部聯(lián)裝[2014]503號)。

陳廣寧(1984-)，男，工程師。

P75

A