余 捷,于 超,孫海防,翟 東,仝英利
(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452)
可移動平臺是一種可在不同井位間移動并進行作業(yè)的海上多功能平臺,具有安裝費用低、可重復(fù)利用、搬遷方便的特點[1]??梢苿悠脚_模塊化是根據(jù)通用化、系列化、組織化的設(shè)計和生產(chǎn)原則,通過優(yōu)化設(shè)計、簡化結(jié)構(gòu),將平臺設(shè)備設(shè)施根據(jù)其功能進行分割和整合從而實現(xiàn)模塊功能單元化、平臺目標(biāo)多樣化,以滿足不同用戶多樣化的作業(yè)需求[2]。但現(xiàn)有模塊化設(shè)計中各模塊單元接口眾多,模塊與平臺間連接需求不同,工藝流程連接類型不同,儀表、通信、電氣、安全等接口沒有統(tǒng)一設(shè)計和連接標(biāo)準(zhǔn),無法有效實現(xiàn)平臺與各模塊以及各模塊間的通用性及快速連接安裝的需求。因此,需要通過模塊連接標(biāo)準(zhǔn)化研究和設(shè)計實現(xiàn)更加高效的模塊標(biāo)準(zhǔn)化拼裝和模塊內(nèi)設(shè)備的調(diào)換,使平臺能夠利用自有吊裝設(shè)備經(jīng)搭積木的總裝過程將不同的單元進行高效有序的總裝、快速簡易的改裝,以滿足不同業(yè)務(wù)的需求,降低裝備投資及后期運維改造成本[3-6]。
為了滿足多樣化作業(yè)需求,以模塊安全性、可操作性、合理性和對應(yīng)性為原則[7],通過對現(xiàn)有可移動平臺的功能進行梳理,將平臺設(shè)備設(shè)施劃分為液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個功能模塊。
①液壓舉升修井機作業(yè)對象為平臺的井口區(qū),非 作業(yè)工況的支持平臺主要為液壓舉升修井機設(shè)備提供存儲的空間。液壓舉升修井機主體由下底座、上底座、操作平臺、懸臂梁等組成,設(shè)置2套滑移裝置,通過可鎖緊的液壓裝置推動,使液壓舉升修井機整體可以在下滑軌上橫向移動,鉆臺可以在上滑軌上縱向移動,保證修井機可以覆蓋作業(yè)平臺的任意一個井位。液壓舉升模塊布置如圖1所示。
圖1 液壓舉升模塊布置圖 Fig.1 Layout of hydraulic lifting module
②伴生氣回收是將油氣集輸工藝過程中的油氣分離和原油穩(wěn)定等環(huán)節(jié)所得到的油田伴生氣進行進一步加工。伴生氣回收模塊主要包括預(yù)處理模塊(伴生氣脫酸橇)、增壓模塊、凈化模塊(伴生氣脫水橇)、胺液再生橇、分子篩再生橇、伴生氣液化橇、混合制冷壓縮機橇、冷卻劑儲存橇、LNG儲罐橇等,模塊布置如圖2所示。
圖2 伴生氣回收模塊布置圖(單位:m) Fig.2 Layout of associated gas recovery module
③熱注采油技術(shù)是通過向油層提供熱能提高油層巖石和流體的溫度,減小油層滲流阻力,以達到更好地開采稠油和高凝油的目的。該模塊主要包括蒸汽鍋爐、大型儲罐、壓縮機、海水提升泵等,模塊布置如圖3所示。
圖3 熱注模塊布置圖(單位:m) Fig.3 Layout of heat injection module
④酸化壓裂模塊的流程主要包括酸化和壓裂兩部分,酸化作業(yè)流程為淡水通過壓裂泵對目標(biāo)井進行替酸,合格濃度酸液通過壓裂泵增壓后進入目標(biāo)井進行擠酸操作,之后淡水經(jīng)壓裂泵對目標(biāo)井進行頂替;壓裂作業(yè)中前置液經(jīng)壓裂泵增壓通過匯管匯總后持續(xù)進入目標(biāo)井進行壓裂造縫,支撐物通過混砂橇與壓裂用的膠液均勻混合后經(jīng)壓裂泵和匯管進入目標(biāo)井。酸化壓裂模塊包括:壓裂泵橇、混砂橇、混配橇、化添橇、酸液罐、砂罐、高壓軟管滾筒、砂堆場等,模塊布置如圖4所示。
圖4 酸化壓裂模塊布置圖(單位:m) Fig.4 Layout of acidizing and fracturing module
本文根據(jù)這4個功能模塊相關(guān)設(shè)備設(shè)施進行模塊連接標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。
液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個功能模塊與上部組塊間的物流連接類型以管道為主,而管道之間連接方式分法蘭連接、螺紋連接、焊接、承插連接、粘結(jié)連接、卡壓連接、熱熔連接、溝槽(卡箍)連接、壓縮連接、電熔連接、卡套式連接。在海洋石油行業(yè)中又以法蘭連接、螺紋連接、焊接為主,由于功能模塊具有多次更換的特點,為便于后期拆卸[8],不采用焊接方式,螺紋連接多在低壓工況下,GC1等級壓力管道適用管徑不大于6.67cm,GC2等級壓力管道適用管徑不大于20cm,GC3等級壓力管道適用管徑不大于40cm,適用范圍受限較多。因此,各功能模塊工藝流程連接類型選擇法蘭連接。
各功能模塊接口通用形式有以下4處:①各功能模塊與組塊接口管線均用法蘭連接,此處壓力等級低,均為平面法蘭;②各功能模塊與組塊接口配對法蘭及墊片均由組塊提供;③關(guān)于海水、淡水系統(tǒng)需提供ASME B16.5 150LB 16Mn WN-RF GALV法蘭,公用氣、消防水系統(tǒng)需提供ASME B16.5 150LB 16Mn NPT-RF GALV;④各功能模塊與組塊的管線接口界面應(yīng)在上甲板以上500mm高處預(yù)留法蘭+盲板。
各模塊由于功能差異與平臺連接必須采用差異化設(shè)計的連接形式有以下幾處:①液壓舉升模塊,該模塊應(yīng)預(yù)留排放槽的位置;該模塊進入基礎(chǔ)平臺泥漿艙的開排管線采用12in(304.8mm),布置在頂層甲板的防噴器儲能器與BOP相連的12根液壓管線采用1in(25.4mm),為防噴器、儲能器供儀表氣的管線采用2in(50.8mm);②伴生氣回收模塊,該模塊中MDEA再生重沸器和再生加熱器使用導(dǎo)熱油,功率為750kW,導(dǎo)熱油主體設(shè)置到基礎(chǔ)平臺,導(dǎo)熱油進出口管線,由基礎(chǔ)平臺方負責(zé)設(shè)計和出料單,該模塊經(jīng)過組塊部分的海水排海管采用6in(152.4mm);③熱注模塊,為了消除熱應(yīng)力和平臺間位移的影響,該模塊海水原油、生產(chǎn)水、高溫蒸汽和氮氣管線與作業(yè)平臺連接處,采用2個幾字型膨脹彎設(shè)計,經(jīng)過組塊部分的排海管線采用8in(203.2mm);④酸化壓裂模塊,為了消除脈沖抖動和平臺間位移的影響,與作業(yè)平臺連接處采用2個幾字形膨脹彎設(shè)計,經(jīng)過組塊部分的返排液去拖輪通岸接口采用4in(101.6mm)。
液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂4個功能模塊不單獨設(shè)置火氣系統(tǒng),各模塊與所有火氣探測報警設(shè)備連接設(shè)計均采用點對點的方式,通過接口接線箱接至上部組塊火氣系統(tǒng),如圖5所示。
圖5 各功能模塊與火氣系統(tǒng)連接示意圖 Fig.5 Schematic diagram of connection between functional modules and fire and gas system
各功能模塊在電控間均設(shè)置一套專用控制系統(tǒng),當(dāng)相應(yīng)模塊出現(xiàn)異常情況時,把關(guān)斷反饋信號發(fā)送至作業(yè)平臺的中控系統(tǒng);當(dāng)作業(yè)平臺出現(xiàn)異常情況時,各功能模塊專用控制系統(tǒng)接受作業(yè)平臺的關(guān)斷信號,具體連接形式如圖6所示。
圖6 各功能模塊專用控制系統(tǒng)與作業(yè)平臺中控系統(tǒng)連接示意圖 Fig.6 Schematic diagram of connection between special control system of each functional module and central control system of operation platform
各功能模塊與上部組塊和生活樓共用一套通信系統(tǒng),其中包括公共廣播/報警系統(tǒng)采用PA/GA SYSTEM;自動電話系統(tǒng)采用PABX SYSTEM;局域網(wǎng)系統(tǒng)采用LAN SYSTEM;工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)采用CCTV SYSTEM。
以模塊的安全性、可靠性、合理性為前提,同時考慮經(jīng)濟性[9-10],根據(jù)各功能模塊消防安全實際需求進行安全接口差異化設(shè)計,具體設(shè)計如下:①液壓舉升模塊,消防水系統(tǒng)20cm管接頭2路,流量300m3/h,需求壓力950kPaG;②伴生氣回收模塊,消防水系統(tǒng)26.7cm管接頭2路,流量580m3/h,需求壓力950kPaG,淡水系統(tǒng)6.7cm接口2路,用于洗眼站,流量20m3/h,需求壓力200kPaG,干粉滅火系統(tǒng)提供3000kg干粉充裝量用于LNG和NGL罐區(qū)的消防保護;③熱注模塊,消防水系統(tǒng)13.3cm管接頭 2路,流量180m3/h,需求壓力950kPaG,淡水系統(tǒng)6.7cm接口1路,用于洗眼站,流量5m3/h,需求壓力200kPaG;④酸化壓裂模塊,消防水系統(tǒng)26.7cm管接頭2路,流量430m3/h,需求壓力950kPaG,淡水系統(tǒng)2in(50.8mm)接口1路,用于洗眼站,流量5m3/h,需求壓力200kPaG。
為了縮短拆裝時間,各功能模塊采用模塊化設(shè)計,且按照工藝流程進行布置,模塊間通過管線連接,并充分考慮安裝、拆除、維修空間[11],針對液壓舉升、伴生氣回收、熱注、酸化壓裂模塊分別設(shè)計一套與平臺連接的安裝方案。
①高壓泥漿泵橇(包括柴油機、泥漿泵、灌注泵、柴油罐)、泥漿池橇(包括泥漿池、攪拌器、混合泵、混合漏斗等)、電氣間與平臺采用螺栓連接,在支持平臺甲板上預(yù)留橇塊安裝底座。
②液壓舉升裝置的滑軌與支持平臺甲板采用焊接型式或螺栓連接型式,液壓舉升滑移模塊與滑軌利用棘爪及卡板實現(xiàn)對接,既保證了強度要求,又能夠滿足叢式井的作業(yè)要求。
①壓縮機屬于大型振動設(shè)備,其位于平臺主受力腿柱,且下方需布置能夠抑制其振幅的結(jié)構(gòu)梁,為了保證連接可靠性,且考慮到支持平臺安裝多種設(shè)備的通用性,需要在結(jié)構(gòu)梁上焊接設(shè)備安裝墊板,將壓縮機等高振動設(shè)備通過螺栓或焊接與墊板進行連接。
②其他橇塊類設(shè)備通過鋼制底座將橇內(nèi)設(shè)備進行集成,隨后將橇塊底座與平臺連接,安裝前應(yīng)校核下方結(jié)構(gòu)梁的強度。
③LNG儲罐橇主要包括41個儲罐,由于其數(shù)量多、單體尺寸大,為了減少占地面積、便于吊裝運輸,將儲罐布置于鋼結(jié)構(gòu)內(nèi),并分3層布置,每層層高約5m。LNG儲罐橇受風(fēng)面積較大,為了抵御海上惡劣天氣的影響,結(jié)構(gòu)梁與支持平臺通過滿焊連接。
④設(shè)備裝船前,伴生氣回收各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設(shè)備完成吊裝安裝,設(shè)備到達作業(yè)海域后,其內(nèi)部吊裝作業(yè)通過支持平臺自身吊機實現(xiàn)物資、人員、設(shè)備維修等吊裝作業(yè)。
①蒸汽鍋爐為大型振動設(shè)備,位于平臺主受力腿柱,且下方需布置能夠抑制其振幅的結(jié)構(gòu)梁,為了保證連接可靠性,且考慮到支持平臺安裝多種設(shè)備的通用性,需要在結(jié)構(gòu)梁上焊接設(shè)備安裝墊板。
②海水提升泵安裝在支持平臺海水提升泵區(qū),支持平臺應(yīng)為其預(yù)留護管、揚水管掛點及安裝支座,頂部安裝吊耳及滑道,以便于海水提升泵后續(xù)的檢修及換泵作業(yè)。
③大型儲罐、壓縮機等橇塊通過鋼制底座將橇內(nèi)設(shè)備進行集成,隨后將橇塊底座與平臺連接,安裝前應(yīng)校核下方結(jié)構(gòu)梁的強度。
④設(shè)備裝船前,熱注各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設(shè)備完成吊裝安裝,設(shè)備到達作業(yè)海域后,其內(nèi)部吊裝作業(yè)通過支持平臺自身吊機實現(xiàn)物資、人員、設(shè)備維修等吊裝作業(yè)。
①壓裂泵橇為大型振動設(shè)備,數(shù)量較多,位于平臺主受力腿柱,且下方需布置能夠抑制其振幅的結(jié)構(gòu)梁,為了保證連接可靠性,并考慮到支持平臺安裝多種設(shè)備的通用性,需要在結(jié)構(gòu)梁上焊接設(shè)備安裝墊板。 ②混砂橇、混配橇、化添橇、酸液罐、砂罐等橇塊通過鋼制底座將橇內(nèi)設(shè)備進行集成,隨后將橇塊底座與平臺連接,安裝前應(yīng)校核下方結(jié)構(gòu)梁的強度。
③高壓滾筒橇安裝在支持平臺船舷邊,其支撐結(jié)構(gòu)框架與平臺主結(jié)構(gòu)固定。
④設(shè)備裝船前,酸化壓裂各模塊通過陸地碼頭大型吊裝設(shè)備完成安裝,設(shè)備到達作業(yè)海域后,其內(nèi)部吊裝作業(yè)通過支持平臺自身吊機實現(xiàn)物資、人員、設(shè)備維修等吊裝就位。
在當(dāng)前低油價的形勢下,降本增效是海洋石油發(fā)展的主要目標(biāo)??梢苿悠脚_在向著低租金、多功能、模塊化、根據(jù)需求快速變裝的方向發(fā)展。本文根據(jù)實際需求將平臺設(shè)備設(shè)施分為液壓舉升、伴生氣回收、熱注模塊和酸化壓裂4個模塊,標(biāo)準(zhǔn)化連接設(shè)計包括:工藝流程連接類型均采用法蘭連接;模塊與平臺連接形式部分采用差異化連接;儀表、通信連接采用標(biāo)準(zhǔn)通用化設(shè)計;安全連接由于消防需求的不同且考慮經(jīng)濟性,故采用差異化設(shè)計。本文根據(jù)功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計成果同時對4個功能模塊的安裝方案進行了設(shè)計,保障功能模塊安裝過程安全、有序、便捷地進行。
對模塊接口的標(biāo)準(zhǔn)化連接設(shè)計和安裝方案設(shè)計能夠進一步提升模塊建造質(zhì)量,減少裝備建造工期,降低工程成本,提升模塊安裝、拆卸、搬運的便利性和可靠性,促進模塊化可移動平臺向更高分離度和更合理的方向發(fā)展?!?/p>