梁光強(qiáng)，韓延波，馬德強(qiáng)，嚴(yán)亞林

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

1 組塊套井口海上安裝

組塊套井口安裝是指在導(dǎo)管架、隔水套管（及采油樹）安裝后，吊裝平臺(tái)上部組塊，并使其穿過井口區(qū)隔水套管（采油樹），通常要穿過井口區(qū)底層、中層甲板，最終完成組塊在導(dǎo)管架上的安裝就位，如圖1所示。

圖1 組塊套井口技術(shù)示意

上部組塊質(zhì)量一般都在1 000 t以上，小型組塊采取海上浮吊直接吊裝，大型組塊（如荔灣3-1中心平臺(tái)質(zhì)量達(dá)30 600 t）采取浮拖法安裝[1]。

不論是在渤?；虮辈繛澈Ｓ?，還是在南?；驏|海海域，采取海上吊裝方式進(jìn)行安裝仍是首選。目前，為增加平臺(tái)使用價(jià)值，平臺(tái)井口的數(shù)量逐漸增多且密度加大，且采油樹安裝在隔水套管上也占據(jù)一定空間，井口間的凈距離進(jìn)一步縮小，加之海上安裝期間風(fēng)、浪、流的影響，組塊套井口的安裝風(fēng)險(xiǎn)增大。施工過程中如不采取有效的措施，輕則發(fā)生嚴(yán)重碰撞，造成井口區(qū)和采油樹、隔水套管破壞；重則造成組塊“卡殼”無法安裝。因此，需對(duì)組塊套井口海上安裝的影響因素進(jìn)行綜合分析，提前采取規(guī)劃，確保安裝施工順利完成。

2 組塊套井口海上安裝的主要影響因素

2.1 組塊井口區(qū)設(shè)計(jì)

組塊井口區(qū)梁格設(shè)計(jì)為組塊套井口海上安裝的主要影響因素。根據(jù)中海油企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，套井口凈間距（井口區(qū)梁格邊緣到隔水套管或者采油樹邊緣的最短距離） 為1.5 m[2]。井口凈間距大，海上安裝風(fēng)險(xiǎn)低，在規(guī)定的海上安裝工況下一般不會(huì)發(fā)生井口區(qū)碰撞問題；井口區(qū)梁格設(shè)計(jì)間距增大，會(huì)造成組塊整體增大，同時(shí)，當(dāng)組塊套井口作業(yè)完成后，井口區(qū)小梁安裝工作量也會(huì)增大，導(dǎo)致整體費(fèi)用增加。

2.2 船舶穩(wěn)性

船舶穩(wěn)性對(duì)于組塊套井口安裝有著直接影響。組塊套井口安裝為動(dòng)態(tài)過程，船舶吊機(jī)需要起吊組塊到一定高度，有時(shí)還需要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。船舶要運(yùn)動(dòng)到指定施工位置就位，就位過程中船舶會(huì)產(chǎn)生橫搖、縱搖，并影響組塊運(yùn)動(dòng)，可能出現(xiàn)組塊套井口發(fā)生碰撞、吊機(jī)運(yùn)動(dòng)與組塊運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)、組塊“卡殼”等風(fēng)險(xiǎn)。目前對(duì)于船舶穩(wěn)性分析主要通過NAPA軟件模擬，輸入條件包括風(fēng)、浪、流、船體結(jié)構(gòu)、吊機(jī)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)物重量及重心等參數(shù)。

潿洲12-2/11-4N油田二期開發(fā)工程使用“藍(lán)鯨”船為主作業(yè)船，其結(jié)構(gòu)示意見圖2。船舶總長(zhǎng)239 m，型寬50 m，型深20.4 m，設(shè)計(jì)吃水8.9 m，結(jié)構(gòu)吃水12.8 m[3]，作業(yè)能力為7 000 t。

圖2 藍(lán)鯨作業(yè)船示意

考慮該項(xiàng)目組塊重量相對(duì)較小，船舶性能較高，并且組塊數(shù)量多，建模分析周期會(huì)比較長(zhǎng)，因此通過一些簡(jiǎn)單假設(shè)進(jìn)行化簡(jiǎn)后再進(jìn)行建模分析。主要包括忽略船舶縱搖，船舶作業(yè)每項(xiàng)工序（起吊、旋轉(zhuǎn)、船舶就位）皆設(shè)船舶縱搖為零，以船舶橫搖為主要參數(shù)進(jìn)行假定輸入，吊機(jī)纜繩及組塊結(jié)構(gòu)物按照剛性連接考慮。簡(jiǎn)化建模分析表明：根據(jù)項(xiàng)目安裝方案——浮吊吊高（距離海平面）為35 m±5 m、跨距（距轉(zhuǎn)塔中心）為50 m±5 m，藍(lán)鯨作業(yè)船橫搖為±1°的情況下，上部組塊產(chǎn)生的橫向偏移為±550 mm，垂向偏移為±850 mm，見圖3。

圖3 船舶穩(wěn)性分析（橫搖±1°）

2.3 采油樹、隔水套管設(shè)計(jì)與布置

采油樹、隔水套管的設(shè)計(jì)及布置直接影響套井口的距離。采油樹翼緣、截止閥、手輪等部件突出于本體之外，為采油樹的邊緣結(jié)構(gòu)，大大減少了套井口到組塊井口區(qū)的凈間距。隔水套管設(shè)計(jì)高度、采油樹設(shè)計(jì)高度將影響組塊套井口甲板層數(shù)，往往使套井口需貫穿兩層甲板（底層甲板和中層甲板），增加了組塊海上安裝風(fēng)險(xiǎn)。例如WZ11-4N WHPB上部組塊井口區(qū)的中、下層甲板建造過程中預(yù)安裝了井口區(qū)小梁（東西組塊分別為2 251 t、2 422 t），安裝時(shí)23口井的隔水套管需穿越EL（+）16 800 mm、EL（+）22 300 mm兩層網(wǎng)格狀井口片。此為中海油海工項(xiàng)目中的首次嘗試，因此該組塊海上吊裝風(fēng)險(xiǎn)高。

2.4 海上環(huán)境荷載

海上環(huán)境荷載包括風(fēng)、浪、流，一方面影響船舶穩(wěn)性，另一方面風(fēng)荷載還影響組塊結(jié)構(gòu)物穩(wěn)性。海上風(fēng)力過大（風(fēng)力7～10級(jí)，相應(yīng)風(fēng)速約14～25 m/s）時(shí)，吊機(jī)扒桿振動(dòng)幅度過大，組塊結(jié)構(gòu)物晃動(dòng)幅度也過大。一般規(guī)定海上7級(jí)風(fēng)以下進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)物吊裝，以避免產(chǎn)生危險(xiǎn)。

3 潿洲12-2/11-4N油田二期開發(fā)項(xiàng)目組塊套井口分析

潿洲12-2/11-4N油田群位于中國(guó)南海北部灣海域，隸屬于湛江分公司潿西南探區(qū)，所在海區(qū)水深約35～40 m，其中需要安裝的組塊有6座（組塊參數(shù)見表1），最重的WZ12-2 WHPA組塊質(zhì)量達(dá)2 634 t。

表1 潿洲12-2/11-4N油田二期開發(fā)工程項(xiàng)目組塊參數(shù)

3.1 三維模擬分析

根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙，通過Inventor軟件建立起包括導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)、隔水套管、采油樹與組塊整體結(jié)構(gòu)和影響區(qū)域附件的一套完整的三維模型。從模型中很直觀地測(cè)量出組塊在海上實(shí)際吊裝作業(yè)時(shí)套井口的凈間距，準(zhǔn)確并且直觀地模擬海上施工最小安全作業(yè)距離。

當(dāng)WZ12-2 WHPA組塊吊裝至+16.8 m甲板層時(shí)，隔水套管（采油樹位置）與梁的最小凈間距僅為555 mm，井口區(qū)無結(jié)構(gòu)梁，見圖4。

當(dāng)WZ12-1W WHPA組塊吊裝至+16.8 m 甲板層時(shí)，隔水套管與梁的最小凈間距僅為717 mm，井口區(qū)無結(jié)構(gòu)梁，見圖5。

當(dāng)WZ11-2 WHPB組塊吊裝至+19.8 m甲板層時(shí)，隔水套管（采油樹位置）與梁的最小凈間距僅為363 mm，井口區(qū)無結(jié)構(gòu)梁，見圖6。

當(dāng)WZ11-4N WHPC組塊吊裝至+17.5 m 甲板層時(shí)，隔水套管與梁的最小凈間距有3處僅為550mm，井口區(qū)有主梁，無小梁，見圖7。

圖4 WZ12-2 WHPA組塊套井口凈間距分析

圖5 WZ12-1WWHPA組塊套井口凈間距分析

圖6 WZ11-2 WHPB組塊套井口凈間距分析

圖7 WZ11-4NWHPC組塊套井口凈間距分析

3.2 項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)對(duì)措施

3.2.1 理論分析結(jié)果應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)藍(lán)鯨作業(yè)船潿洲海域項(xiàng)目作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在海況滿足施工作業(yè)條件的情況下，船舶橫搖保證在±1°之內(nèi)。根據(jù)理論分析結(jié)果，必須確保隔水套管與梁的凈間距不小于550 mm，對(duì)于不滿足要求的，通過拆除組塊小梁、采油樹外延結(jié)構(gòu)（手輪等裝置），擴(kuò)大間隙達(dá)到550 mm以上。

依據(jù)浮吊船舶海上施工的作業(yè)特點(diǎn)，在船舶錨泊后的施工作業(yè)時(shí)，船舶主要受到風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素的影響。依據(jù)理論計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)浮吊船舶運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，并根據(jù)平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的路由圖等環(huán)境參數(shù)，設(shè)計(jì)最合理的拋錨方式，確保船舶穩(wěn)性，保證模塊順利吊裝就位。

3.2.2 其他應(yīng)對(duì)措施

組塊在海上安裝過程中，利用監(jiān)控設(shè)備或者有經(jīng)驗(yàn)人員進(jìn)行套井口過程凈間距的觀測(cè)并隨時(shí)溝通；同時(shí)安排人員在駕駛室觀測(cè)記錄船舶橫搖數(shù)值，確保在風(fēng)、浪、流影響下船舶橫搖不超過±1°。

組塊安裝前連接好控制組塊穩(wěn)性的纜繩，合理布置纜繩位置，通過絞車控制微調(diào)組塊運(yùn)動(dòng)，保持組塊穩(wěn)定。

在組塊井口區(qū)凈間距小地方及采油樹、隔水套管上，應(yīng)加裝緩沖碰撞結(jié)構(gòu)，防止碰撞損壞。

4 組塊套井口海上安裝實(shí)踐

該項(xiàng)目海上施工時(shí)，安排專門人員對(duì)凈間距進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)嚴(yán)格施工步驟，確保組塊連接纜繩牢靠，觀測(cè)組塊穩(wěn)性。在滿足施工方案的工況條件下實(shí)施組塊套井口作業(yè)，使施工能夠安全順利實(shí)施。以11-4N東西組塊安裝為例，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)為：西南風(fēng)3～ 4級(jí)，有效波高0.8～ 1.3 m，船舶橫搖±0.2°，套井口過程中凈間距變化區(qū)間約±150 mm。組塊套井口海上安裝見圖8。

圖8 組塊套井口海上安裝

5 結(jié)束語

組塊套井口海上安裝風(fēng)險(xiǎn)大，本文通過理論分析和工程實(shí)踐，介紹了潿洲12-2/11-4N油田二期開發(fā)項(xiàng)目組塊套井口的安裝施工，選擇了良好的海上作業(yè)窗口，海況以3～4級(jí)風(fēng)為主，有效波高0.8～1.5 m，錨位布置合理，船舶保持良好的穩(wěn)性。本項(xiàng)目安裝施工達(dá)到降低風(fēng)險(xiǎn)、減少費(fèi)用、操作便利的目的，可供類似項(xiàng)目參考。

[1]范模，易叢，白雪平，等.大型組塊浮拖安裝關(guān)鍵技術(shù)研究及在我國(guó)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)海上油氣，2013，25（6）：124-128.

[2]李傳興.規(guī)則波浪中的船舶穩(wěn)性研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2005.

[3]許南，韓延波，馬德強(qiáng)，等.后鉆井式平臺(tái)免套井口設(shè)計(jì)安裝技術(shù)[J].石油和化工設(shè)備，2017，20（8）：35-39.