渤海灣海洋平臺大型組塊浮托方向?qū)Ρ确治?/h1>
2020-10-27 05:00:14辛?xí)暂x王曉蕾胡曉明鄧合霞
石油工程建設(shè) 2020年5期
辛?xí)暂x，王曉蕾，胡曉明，文 宇，鄧合霞
海洋石油工程股份有限公司，天津 300451
渤海灣平臺組塊安裝方式分吊裝和浮托安裝兩種，其中4腿組塊采用吊裝方式，大型8腿組塊采用分塊吊裝方式或浮托安裝方式均可。受目前國內(nèi)浮吊能力限制，安裝質(zhì)量較小的8腿組塊可采用分塊吊裝的方式，而安裝質(zhì)量在1×104t以上的較大組塊則采用浮托方式安裝[1]。
浮托法（浮托安裝法）是利用駁船載運海上作業(yè)平臺上部組塊，在安裝過程中依靠潮位、駁船調(diào)載與升降機(jī)構(gòu)等實施上部組塊的升降，同時輔以專用連接部件，完成上部組塊與下部導(dǎo)管架對接作業(yè)的安裝技術(shù)[2]。浮托安裝工藝可以實現(xiàn)大型組塊的整體安裝，各功能模塊組合和調(diào)試可以在陸上場地完成，減少海上的調(diào)試時間和人員數(shù)量，并降低由此產(chǎn)生的費用。
按船舶進(jìn)船方向，浮托可分為縱向浮托和橫向浮托兩種。渤海灣為我國內(nèi)海，平均深度18 m，風(fēng)浪和水深均較小，縱向浮托和橫向浮托都有采用，浮托方向的不同將直接影響組塊和導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)形式，對整個平臺的設(shè)計、建造、安裝和投資影響大，因此有必要對組塊的浮托方向進(jìn)行對比研究。
1 浮托方向
1.1 縱向浮托
縱向浮托示意見圖1，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)為8主腿型或8主腿+4輔腿品字型，浮托作業(yè)船從軸之間槽口縱向進(jìn)船，品字型結(jié)構(gòu)形式一般是從品字底端（即寬端）進(jìn)船，非品字型結(jié)構(gòu)進(jìn)船方向依據(jù)洋流、底層甲板高度、立管布置等綜合考慮確定。
圖1 縱向浮托示意
1.2 橫向浮托
橫向浮托示意見圖2，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)為8主腿型，槽口兩側(cè)呈口型布置。浮托作業(yè)船從軸②、③之間槽口進(jìn)船。
圖2 橫向浮托示意
2 渤海灣大型浮托平臺統(tǒng)計分析
渤海大型組塊浮托始于NB35-2CEP平臺[3]，2005年由沃利帕森斯集團(tuán)設(shè)計、海洋石油工程股份有限公司安裝公司實施，為渤海首次采用浮托安裝的大型平臺，自此渤海大型組塊的浮托安裝經(jīng)歷了國外設(shè)計、聯(lián)合設(shè)計、自主設(shè)計的發(fā)展之路。
目前渤海在役中心平臺有19座，其中有13座采用浮托安裝，另外6座采用分塊吊裝。在采用浮托安裝的平臺中，有12座采用縱向浮托、1座采用橫向浮托。目前已完成設(shè)計即將投產(chǎn)的浮托平臺有5座，其中橫向浮托2座、縱向浮托3座。
統(tǒng)計結(jié)果表明，渤海灣大型平臺浮托采用縱向浮托較多，工程經(jīng)驗豐富。
3 縱、橫向浮托設(shè)計對比
3.1 總體布置
縱向浮托的優(yōu)勢：第一，縱向甲板浮托網(wǎng)格化程度小，有利于設(shè)備布置，且設(shè)備布置相對方便，不易造成偏心。第二，井口通常布置（掛）在主軸外兩翼，可預(yù)鉆井，提高效率。
橫向浮托的優(yōu)勢[4]：其一，井口可以布置在導(dǎo)管架內(nèi)部，采用鉆機(jī)模塊打井，鉆井耗時少。其二，海水泵、消防泵布置方便，海管立管可布置在主軸內(nèi)，可隨導(dǎo)管架安裝。
3.2 滑靴設(shè)計和支點反力
滑移裝船和拖航時，縱向浮托組塊需要8個長10 m滑靴鉸接（典型） 作為支撐結(jié)構(gòu)，見圖3，而橫向浮托的組塊則需要4個長20 m滑靴鉸接（典型）作為支撐結(jié)構(gòu)，見圖4。
圖3 縱向浮托滑靴典型布置
圖4 橫向浮托滑靴典型布置
縱向浮托與橫向浮托滑靴高度見圖5和圖6，橫向浮托高度較高（5.09 m），縱向浮托滑靴高度較低（3.1 m）。
圖5 縱向浮托滑靴高度
橫向浮托較縱向浮托支點少，支點反力大，對船舶和場地要求較高[5]，可能需要對浮托運輸船舶進(jìn)行針對性結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；由于渤海灣縱向浮托實施較多，可供選擇的滑靴數(shù)量和規(guī)格較多，可重復(fù)利用。從滑靴和支點反力方面比較，縱向浮托優(yōu)勢明顯。
圖6 橫向浮托滑靴高度
3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計
單位面積用鋼量的大小體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性，單位面積結(jié)構(gòu)用鋼量越小結(jié)構(gòu)設(shè)計越經(jīng)濟(jì)[6]。為便于統(tǒng)一比較尺度，不考慮投產(chǎn)后改擴(kuò)建的影響，以詳細(xì)設(shè)計終版文件為準(zhǔn)提取組塊用鋼量和面積信息，兩種浮托組塊的單位面積用鋼量統(tǒng)計分析見表1。
表1 渤海灣中心浮托組塊結(jié)構(gòu)設(shè)計對比
由表1可以得出：第一，縱向浮托組塊的平均和最大單位面積用鋼量比橫向浮托組塊分別小8.3%和5.7%。第二，橫向浮托組塊的主腿規(guī)格較縱向浮托小。第三，基于典型主軸線間距，橫向浮托組塊主軸線內(nèi)的結(jié)構(gòu)面積（1 360 m2）小于縱向浮托（1 800 m2），在組塊高度、層數(shù)一定的情況下，橫向浮托組塊的甲板拓展面積小于縱向浮托，縱向浮托組塊能滿足更大的設(shè)備布置需求。
從單位面積用鋼量和面積拓展方面比較，縱向浮托的優(yōu)勢明顯。
4 縱、橫向浮托拖航穩(wěn)性對比
浮托方向?qū)Σ澈衬辰M塊拖航穩(wěn)性的影響對比分析見表2。由表2得出：橫向浮托組塊慣性矩半徑較大，橫搖運動較小。
表2 浮托方向?qū)Σ澈衬辰M塊拖航穩(wěn)性的影響
從拖航穩(wěn)性方面比較，橫向浮托稍有優(yōu)勢，但渤海灣區(qū)域風(fēng)浪相對較小，拖航穩(wěn)性不是控制工況，因此在渤海灣區(qū)域橫向浮托的拖航穩(wěn)性優(yōu)勢不明顯。
5 結(jié)論
以上分析表明縱向浮托和橫向浮托兩種結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)勢；通過總體布置、滑靴設(shè)計及支點反力、單位面積用鋼量和面積拓展等主要方面的對比分析，得出在渤海灣區(qū)域采用縱向浮托施工的優(yōu)勢明顯。以上結(jié)論可行性研究大型浮托組塊可行性研究和設(shè)計時參考。
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圖1 縱向浮托示意
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圖3 縱向浮托滑靴典型布置
圖4 橫向浮托滑靴典型布置
縱向浮托與橫向浮托滑靴高度見圖5和圖6，橫向浮托高度較高（5.09 m），縱向浮托滑靴高度較低（3.1 m）。
圖5 縱向浮托滑靴高度
橫向浮托較縱向浮托支點少，支點反力大，對船舶和場地要求較高[5]，可能需要對浮托運輸船舶進(jìn)行針對性結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；由于渤海灣縱向浮托實施較多，可供選擇的滑靴數(shù)量和規(guī)格較多，可重復(fù)利用。從滑靴和支點反力方面比較，縱向浮托優(yōu)勢明顯。
圖6 橫向浮托滑靴高度
3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計
單位面積用鋼量的大小體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性，單位面積結(jié)構(gòu)用鋼量越小結(jié)構(gòu)設(shè)計越經(jīng)濟(jì)[6]。為便于統(tǒng)一比較尺度，不考慮投產(chǎn)后改擴(kuò)建的影響，以詳細(xì)設(shè)計終版文件為準(zhǔn)提取組塊用鋼量和面積信息，兩種浮托組塊的單位面積用鋼量統(tǒng)計分析見表1。
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從單位面積用鋼量和面積拓展方面比較，縱向浮托的優(yōu)勢明顯。
4 縱、橫向浮托拖航穩(wěn)性對比
浮托方向?qū)Σ澈衬辰M塊拖航穩(wěn)性的影響對比分析見表2。由表2得出：橫向浮托組塊慣性矩半徑較大，橫搖運動較小。
表2 浮托方向?qū)Σ澈衬辰M塊拖航穩(wěn)性的影響
從拖航穩(wěn)性方面比較，橫向浮托稍有優(yōu)勢，但渤海灣區(qū)域風(fēng)浪相對較小，拖航穩(wěn)性不是控制工況，因此在渤海灣區(qū)域橫向浮托的拖航穩(wěn)性優(yōu)勢不明顯。
5 結(jié)論
以上分析表明縱向浮托和橫向浮托兩種結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)勢；通過總體布置、滑靴設(shè)計及支點反力、單位面積用鋼量和面積拓展等主要方面的對比分析，得出在渤海灣區(qū)域采用縱向浮托施工的優(yōu)勢明顯。以上結(jié)論可行性研究大型浮托組塊可行性研究和設(shè)計時參考。
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