(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島，266520)

圖1 TLP結(jié)構(gòu)型式示意圖

0 引 言

張力腿平臺(Tension Leg Platform，TLP)是一種典型的深水油氣田開發(fā)平臺，已在海洋油氣的開發(fā)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而國內(nèi)對TLP相關(guān)的設(shè)計及建造經(jīng)驗不足。本文主要依托海洋石油工程(青島)有限公司在南海流花區(qū)塊油田基本設(shè)計中對TLP建造上部組塊與下浮體整體合龍方法[1]的研究，對比分析頂升合龍和提升合龍等2種整體合龍方法，為TLP、半潛及類似平臺的后期建造中的合龍方法提供參考。本文以C-TLP為例進行介紹，其主要由上部組塊和下浮體構(gòu)成，結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。

頂升合龍法是近幾年世界上剛剛興起的一種新型的合龍技術(shù)，其主要用于大型上部組塊與下浮體的合龍，主要是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龍。該合龍方法比較經(jīng)典的實例是馬立凱TLP，該TLP在2015年通過此方式成功實現(xiàn)了張力腿平臺的陸地整體合龍，如圖2所示。

提升合龍法是目前國內(nèi)外使用較多的一種合龍方法，主要是通過提升塔架將上部組塊提升至預(yù)定高度后，利用滑移裝置將下浮體滑移至上部組塊底部，最后通過提升塔架上的拉力千斤頂使上部組塊下降，實現(xiàn)張力腿平臺上部組塊與下浮體的整體合龍方法，如圖3所示。目前提升技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)較為成熟，國內(nèi)大多數(shù)龍門式起重機的安裝均使用塔架提升技術(shù)，但目前使用提升合龍法進行張力腿平臺、半潛平臺等上萬噸級結(jié)構(gòu)物的整體提升合龍案例較少，仍需進一步研究。

圖2 頂升合龍法示意圖 圖3 提升合龍法示意圖

1 頂升合龍方法

1.1 頂升裝置

目前世界上大型頂升作業(yè)裝置的結(jié)構(gòu)型式基本類似，本文以某一專業(yè)廠家的頂升裝備為例進行介紹。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(gòu)物的同步頂升與下降。頂升裝置示意圖如圖4所示。

圖4 頂升裝置示意圖

1.2 頂升合龍過程

第1步：設(shè)計、布置頂升裝置及臨時連接橫梁。(1)在設(shè)計階段，根據(jù)上部組塊底層甲板的梁格分布、理論重量重心、頂升高度及風(fēng)速等參數(shù)[2]，初步確定使用頂升裝置的組數(shù)和頂升裝置的布置位置；同時，為便于上部組塊與頂升裝置進行連接，并增大頂升裝置與上部組塊底層梁格的接觸面積，在頂升裝置與上部組塊之間設(shè)計臨時連接橫梁。(2)使用專業(yè)計算軟件，核算上部組塊的整體強度及變形、頂升橫梁的強度及變形情況，根據(jù)計算結(jié)果對上部組塊和臨時連接橫梁進行局部加強，確認無誤后完成臨時連接橫梁的預(yù)制。(3)上部組塊建造完成后，根據(jù)設(shè)計結(jié)果布置頂升裝置及臨時連接橫梁。頂升裝置布置示意圖如圖5所示。

圖5 頂升裝置布置示意圖

第2步：上部組塊稱重并頂升到目標高度。(1)頂升裝置調(diào)試完畢后，利用頂升裝置對上部組塊進行初步頂升[3]，完成上部組塊的稱重工作。根據(jù)稱重結(jié)果，對比分析上部組塊的理論重量重心與實際重量重心的差別，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，進行進一步的調(diào)整后開始進行同步頂升。(2)頂升過程中要不斷監(jiān)測頂升裝置的受力情況和現(xiàn)場的各種不確定因素，確保整個頂升過程的順利完成。在上部組塊的頂升高度與目標高度一致后，停止頂升，并利用叉車等工具撤掉上部組塊底部的輔助工裝。

第3步：使用液壓滑靴將下浮體和浮箱分別滑移至上部組塊底部，并調(diào)整下浮體與上部組塊的連接部位；一切就緒后進行下浮體與浮箱的焊接、檢驗作業(yè)。下浮體和浮箱的滑移方式可以采用的種類很多，例如：SPMT小車、滑道塊加特氟龍板拖拉以及液壓滑靴，無論采用哪種方式，均需要對其與下浮體的接觸位置進行局部及整體強度校核，強度不夠時需要對下浮體進行局部加強或設(shè)計臨時輔助框架分散載荷。頂升裝置布置示意圖如圖6所示。

圖6 頂升裝置布置示意圖

第4步：對上部組塊與下浮體的連接位置進行測量、分析，確保無誤后，利用頂升裝置使上部組塊緩慢的同步下降，下降過程中要實時進行監(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)，完成上部組塊與下浮體的整體合龍。

2 提升合龍方法

2.1 提升裝置

目前世界上大型結(jié)構(gòu)物的提升技術(shù)已經(jīng)非常成熟，已廣泛應(yīng)用于大型龍門式起重機的安裝、大型橋梁的安裝中，主要采用拉力千斤頂加塔架的型式完成提升作業(yè)，拉力千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式如圖7所示，其主要特點為：(1)拉力千斤頂?shù)哪芰Ψ秶鄬^廣，可根據(jù)需要進行選擇使用，一般在700 t左右；(2)在通常情況下一副塔架配多臺拉力千斤頂，一般最少使用4副塔架進行提升作業(yè)，多臺提升裝置可以通過電腦進行同步控制，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)物的同步提升與下降。提升裝置示意圖如圖8所示。

圖7 提升裝置布置示意圖

圖8 提升裝置示意圖

2.2 提升合龍過程

第1步：確定提升裝置的數(shù)量及布置并校核上部組塊的整體強度。(1)在設(shè)計階段，根據(jù)上部組塊的結(jié)構(gòu)型式、理論重量重心位置、提升高度及風(fēng)速等參數(shù)[4]，初步確定使用提升裝置的組數(shù)和布置。(2)核算上部組塊提升過程的整體強度及變形情況，根據(jù)計算結(jié)果對上部組塊進行加強，若加強對上部組塊修改量較大，可設(shè)計臨時提升框架輔助完成提升作業(yè)，流花項目feed階段考慮采用臨時框架輔助完成上部組塊的提升作業(yè)。提升裝置布置示意圖如圖7所示。

第2步：上部組塊稱重并利用提升裝置將其提升到預(yù)定高度。(1)上部組塊建造完成后利用專業(yè)稱重設(shè)備對其進行稱重。根據(jù)稱重結(jié)果，對比分析上部組塊的理論重量重心與實際重量重心的差別，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，進行進一步的調(diào)整后開始進行提升作業(yè)。(2)提升過程中通過電腦不斷監(jiān)測提升裝置的受力變換，并設(shè)專人監(jiān)測現(xiàn)場的各種不確定因素，確保整個提升過程的順利完成。在上部組塊的頂升高度與目標高度一致后，停止提升，并利用叉車等工具撤掉上部組塊底部的輔助工裝。上部組塊提升示意圖如圖9所示。

圖9 上部組塊提升示意圖

第3步：使用液壓滑靴將下浮體整體滑移至上部組塊底部，并調(diào)整下浮體與上部組塊的連接部位。

第4步：對上部組塊與下浮體的連接位置進行測量、分析，確保無誤后，利用提升裝置使上部組塊緩慢地同步下降，下降過程中要實時進行監(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)[5]，完成上部組塊與下浮體的整體合龍。

3 對比分析

3.1 對基本設(shè)計影響的對比分析

由于提升合龍方式中的提升裝置位于上部組塊的兩側(cè)，其跨度較大，而頂升裝置位于組塊底部中心對稱位置，其跨度相對較小，因此使用提升方式完成TLP的合龍對于基本設(shè)計的要求相對較高，對上部組塊的整體強度要求高[6]。提升合龍方式與頂升合龍方式均須對頂升點與提升點進行局部強度校核，提升點局部加強的工作量相對較大。綜上所述，采用頂升合龍方式對基本設(shè)計的影響相對較小，優(yōu)于提升合龍方式。

3.2 對工期影響的對比分析

提升合龍方式大約需11～13周，其主要包含了提升裝置的安裝、調(diào)試，下浮體的滑移及提升裝置的拆除；頂升合龍方式總共需要大約11周，其中包含了頂升設(shè)備的布置、調(diào)試，下浮體的滑移，下浮體與單獨浮箱的焊接、報檢以及頂升設(shè)備的拆除。因此，從時間上來看兩者基本相當(dāng)。

在頂升裝置安裝的過程中需要小型叉車進行配合，其安裝過程不影響上部組塊及下浮體的建造施工，而提升裝置安裝需要使用大型的履帶式起重機進行配合，由于履帶式起重機體積相對較大，其安裝過程將會影響上部組塊及下浮體的建造施工。

綜上所述，采用頂升合龍方式對工期的影響較小，略優(yōu)于提升合龍方式。

3.3 作業(yè)風(fēng)險及難度的對比分析

提升合龍方式是目前比較成熟的一種先進的合龍技術(shù)，其應(yīng)用案例及現(xiàn)場操作經(jīng)驗相對較多[7]，同時，鑒于該技術(shù)自身特點，完成流花項目的合龍須將上部組塊提升約75 m；而頂升合龍方式是近幾年國際上剛剛興起的一種先進的合龍技術(shù)，其應(yīng)用案例及現(xiàn)場操作經(jīng)驗相對較少，使用該技術(shù)完成流花項目的合龍需要將上部組塊頂升約60 m。綜上所述，采用提升合龍方式的作業(yè)風(fēng)險現(xiàn)對較小，略優(yōu)于頂升合龍方式。

圖10 張緊器平臺示意圖

3.4 結(jié)構(gòu)完整性的對比分析

下浮體的完整性對比：采用頂升合龍方式，下浮體在缺少1個浮箱的前提下進行滑移，滑移完成后進行下浮體與浮箱的焊接及報檢工作，下浮體的完整性較差；采用提升合龍方式，下浮體進行整體滑移，完整性較好。

上部組塊的完整性對比：采用頂升合龍方式，上部組塊底部的小部分管線及部分張緊器平臺與頂升輔助橫梁碰撞，需要在合龍后安裝；采用提升合龍方式，上部組塊底部的大部分管線及整個張緊器平臺與提升輔助框架碰撞，需要在合龍后安裝。張緊器平臺示意圖如圖10所示。

采用提升合龍方式，吊機立柱與提升塔架碰撞，需要在合龍后安裝；采用頂升方式不存在此問題。綜上所述，2種合龍方式對于下浮體與上部組塊的完整性影響各有優(yōu)劣。

3.5 對建造難度影響的對比分析

設(shè)備安裝：頂升裝置僅須使用小型叉車提前安裝頂升裝置底座，大部分裝置在頂升過程中使用自動化設(shè)備安裝，對上部組塊的建造影響較??；提升裝置所有底座、塔架及拉力千斤頂均須利用大型履帶式起重機提前安裝，不僅安裝工作量大，而且大型履帶式起重機對于上部組塊的建造影響很大。

輔助工裝：頂升裝置頂部與上部組塊接觸的區(qū)域需要設(shè)計臨時輔助頂升橫梁，根據(jù)流花項目的設(shè)計，其數(shù)量為4個，尺寸為19.03 m×2 m×4 m(長×寬×高)，總重約640 t，其預(yù)制、安裝及拆卸的工作量和難度相對較小。受上部組塊整體強度的影響，為了減少基本設(shè)計階段修改的工作量，流花項目需要設(shè)計臨時輔助提升框架，其尺寸為92 m×55 m×15 m(長×寬×高)，重量大約為2 700 t，其預(yù)制、安裝、拆卸的工作量及難度非常大且拆除周期長。

高空作業(yè)：頂升裝置的安裝與拆卸均在地面完成，沒有高空作業(yè)；提升裝置的安裝與拆卸均需要進行高空作業(yè)，風(fēng)險相對較高。

4 結(jié) 論

本文主要介紹了張力腿平臺陸地建造中的整體頂升和整體提升等2種合龍方式，并以流花TLP項目的基本設(shè)計成果為例，從設(shè)計、工期、風(fēng)險、難度、結(jié)構(gòu)完整性、對建造的影響等多個方面對比，詳細分析了2種整體合龍方式各自的優(yōu)缺點。陸地整體頂升合龍方法是最近幾年國外剛剛興起的一種專門針對大型TLP及半潛平臺等整體合龍的先進技術(shù)，目前主要被國外的少數(shù)幾家專業(yè)公司所掌握，國內(nèi)缺少相應(yīng)的技術(shù)儲備。該技術(shù)經(jīng)過多個項目的實際應(yīng)用，已逐步得到世界范圍內(nèi)廣泛的認可和好評，其主要特點為：(1)對基本設(shè)計、詳細設(shè)計的影響較小；(2)建造合龍工期相對較短、結(jié)構(gòu)的完整性高；(3)新興技術(shù)，技術(shù)成熟程度較差，風(fēng)險相對較高。提升合龍方法是國內(nèi)外相對比較成熟的一種整體合龍技術(shù)，目前主要應(yīng)用于龍門式起重機、大型橋梁及大型海洋平臺的安裝，其主要特點在于：(1)對基本設(shè)計、詳細設(shè)計的影響相對較大；(2)建造合龍工期相對較長，結(jié)構(gòu)的完整性較高；(3)成熟技術(shù)，國內(nèi)外充分應(yīng)用，風(fēng)險較低?？傊?種整體合龍方式均具有其各自的特點，但從技術(shù)角度看，整體頂升合龍方式是目前國際上一種新興技術(shù)，比提升合龍方式的適用性更廣。

[1] 黃天穎, 竇鈞, 孫瑞雪, 等. 張力腿式平臺平地整體建造技術(shù)研究[J]. 船舶與海洋工程, 2016, 32(02): 69-73.

[2] 楊雄文, 樊洪海. TLP平臺結(jié)構(gòu)型式及其總體性能分析[J]. 石油機械, 2008, 36(05): 70-73.

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

[4] The European Union. Eurocode 1： Actions On Structures: EN1991-1-1[S ].2002.

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

[6] The European Union. Eurocode 3： Design of Steel Structures: EN1993-3-1[S].2006.

[7] 陳少耿, 黃昭偉. 2種上部建筑模塊建造方法的比較[J]. 中國海洋平臺, 2002, 17(05): 26-27.

第33卷第3期2018年6月中國海洋平臺CHINA OFFSHORE PLATFORMVol.33 No.3Jun.,2018