魏佳廣，嚴(yán)亞林，王 斌

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

潿洲WHPA導(dǎo)管架海上安裝調(diào)平方法

魏佳廣，嚴(yán)亞林，王 斌

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

導(dǎo)管架調(diào)平是導(dǎo)管架平臺海上安裝的重要施工工序，也是影響導(dǎo)管架安裝質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。伴隨海洋油氣開采技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)管架平臺的結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)多樣化創(chuàng)新設(shè)計，其海上安裝的調(diào)平方法也不盡相同，因此研究能夠安全、高效地進(jìn)行導(dǎo)管架調(diào)平技術(shù)很有必要。介紹了兩種常用的導(dǎo)管架調(diào)平方法，結(jié)合潿洲某油田WHPA導(dǎo)管架的海上安裝方案并通過理論分析，提出了非常規(guī)裙樁導(dǎo)管架安裝調(diào)平的方法。闡述了非常規(guī)裙樁導(dǎo)管架水平度的控制因素、調(diào)平的關(guān)鍵技術(shù)及主要施工程序。WHPA導(dǎo)管架海上調(diào)平的成功工程實踐驗證了該調(diào)平方案在此類導(dǎo)管架應(yīng)用的可靠性，對后續(xù)類似導(dǎo)管架安裝具有一定的指導(dǎo)意義。

導(dǎo)管架；調(diào)平；海上安裝；裙樁

1概述

導(dǎo)管架平臺是淺水、較深水海洋工程開采中應(yīng)用最為廣泛的平臺形式，根據(jù)導(dǎo)管架承載形式分為裙樁式導(dǎo)管架和樁基式導(dǎo)管架（見圖1）；根據(jù)導(dǎo)管腿數(shù)量分三腿、四腿、六腿、八腿等導(dǎo)管架平臺[1]。

圖1 導(dǎo)管架樁基型式

一般來說，由于受船舶資源、施工環(huán)境、油田開發(fā)成本、油田產(chǎn)量、油田水深等因素限制，較深水導(dǎo)管架通常設(shè)計成塔形桁架結(jié)構(gòu)，體積、重量規(guī)模均較大，且導(dǎo)管架通常采用裙樁式樁基礎(chǔ)。

對于導(dǎo)管架海上安裝，其水平度的控制是整個安裝過程中最關(guān)鍵最重要的環(huán)節(jié)，是檢驗導(dǎo)管架施工質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，也是整個平臺成功安裝的前提。業(yè)主技術(shù)規(guī)格書和相關(guān)規(guī)范一般要求導(dǎo)管架的水平度為5‰，即導(dǎo)管架任意相鄰兩點的高差小于其距離的5‰，一般測量鄰近的導(dǎo)管架腿的高差（包括對角線）[2]。

但由于受海床的平整度、泥面基礎(chǔ)、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的重心偏移、艙室壓載不均勻、鋼樁插打作用力不均等多種因素的影響，導(dǎo)管架水平度控制可能超出5‰精度誤差，因此進(jìn)行導(dǎo)管架海上調(diào)平是導(dǎo)管架海上安裝必不可少的關(guān)鍵步驟。作者參加了數(shù)個導(dǎo)管架的海上安裝設(shè)計及施工，大部分均需調(diào)平，導(dǎo)管架調(diào)平是海上安裝的難點，其順利與否直接影響到下一步的關(guān)鍵作業(yè)，關(guān)系到整個工程的工期。本文主要針對潿洲某區(qū)塊WHPA四腿水下裙樁式導(dǎo)管架海上調(diào)平方法進(jìn)行探討，分析導(dǎo)管架安裝過程中水平度控制方法，并成功進(jìn)行了工程應(yīng)用。

2 導(dǎo)管架常見調(diào)平方法

導(dǎo)管架設(shè)計、建造型式不同，導(dǎo)管架水平度的調(diào)整方法也有所差異，一般來說，導(dǎo)管架調(diào)平方法有提拉調(diào)平吊點調(diào)平法、水下調(diào)平器法、水下塞楔塊法、專用調(diào)平柱調(diào)平法、外掛導(dǎo)管架調(diào)平法等[3]，本文主要介紹最常用的兩種導(dǎo)管架調(diào)平方法：提拉調(diào)平吊點調(diào)平法和調(diào)平器法。

2.1 提拉調(diào)平吊點調(diào)平法

提拉調(diào)平吊點調(diào)平法是指在導(dǎo)管架陸地建造期間設(shè)計調(diào)平吊點，并進(jìn)行預(yù)安裝，用于海上導(dǎo)管架上提調(diào)整水平度。導(dǎo)管架入水后，首先要進(jìn)行導(dǎo)管架水平度測量，當(dāng)導(dǎo)管架水平度在允許范圍內(nèi)時，可直接插樁打樁，最后進(jìn)行導(dǎo)管架調(diào)平。當(dāng)導(dǎo)管架入水就位后水平度超過允許誤差不大時（小于1.5%），可以先插打較高處的鋼樁；當(dāng)導(dǎo)管架水平度超過允許誤差較大時（大于1.5%），必須用起重船吊機(jī)上提導(dǎo)管架低端，在已插好的鋼樁焊接臨時筋板，固定住導(dǎo)管架，再去插打其余鋼樁[4]；可重復(fù)多次進(jìn)行，反復(fù)焊接筋板，直至導(dǎo)管架水平度達(dá)到規(guī)定要求。此方法常用于淺水樁基式導(dǎo)管架，如圖2所示。

2.2 調(diào)平器法

圖2 采用提拉調(diào)平吊點法調(diào)平渤海某導(dǎo)管架

調(diào)平器法適用于深水裙樁式導(dǎo)管架，深水導(dǎo)管架設(shè)計有常用樁徑配套的裙樁套筒，如84 in、96 in規(guī)格鋼樁（1in=25.4 mm），且在裙樁套筒設(shè)有卡樁器（pile gripper）、調(diào)平環(huán)系統(tǒng)，專門用于調(diào)平器調(diào)整導(dǎo)管架水平度。

調(diào)平器工作原理[5]是利用已經(jīng)入泥固定的樁基和導(dǎo)管架裙樁套筒的相對運動，來提升導(dǎo)管架調(diào)整水平度。調(diào)平器一般由3部分液壓系統(tǒng)組成：上部夾緊液壓系統(tǒng)、下部外漲液壓系統(tǒng)、中部拉伸液壓系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 3 000 t調(diào)平器

調(diào)平器安裝于導(dǎo)管架最低點裙樁套筒和主樁環(huán)形空間后，調(diào)平器液壓系統(tǒng)開始工作。上部夾緊楔塊利用液壓缸作用夾緊鋼樁；下部外漲楔塊利用液壓缸作用外漲至裙裝套筒內(nèi)側(cè)，完成導(dǎo)管架與鋼樁的固定連接；中部液壓系統(tǒng)啟動將調(diào)平器收縮，給導(dǎo)管架最低點一個垂直向上的載荷，達(dá)到導(dǎo)管架向上位移的目的。可重復(fù)多次操作直至導(dǎo)管架水平度滿足要求以后，安裝在導(dǎo)管架上的卡樁器液壓系統(tǒng)啟動并夾緊鋼樁以固定導(dǎo)管架。這樣可通過調(diào)平器與卡樁器的配合完成導(dǎo)管架的調(diào)平作業(yè)[6-8]。

隨著油氣開發(fā)市場的不景氣，面臨國際油價持續(xù)走低局勢，導(dǎo)管架海上安裝降本增效勢在必行，因此導(dǎo)管架的設(shè)計型式越來越多樣化。以潿洲某油田WHPA導(dǎo)管架為例，說明非常規(guī)裙樁式導(dǎo)管架（無調(diào)平環(huán)系統(tǒng)）的調(diào)平方法[9]。

3 潿洲某油田WHPA導(dǎo)管架調(diào)平

3.1 WHPA導(dǎo)管架安裝

潿洲某油田區(qū)塊WHPA導(dǎo)管架位于南海北部灣海域，油田區(qū)水深約40 m，導(dǎo)管架長、寬、高為26.74 m×24.37 m×43.7 m，四腿水下裙樁式導(dǎo)管架吊裝質(zhì)量1 800 t，包含4根長度均為82.45 m、直徑2 134 mm、壁厚60 mm、設(shè)計入泥深度62 m的鋼樁。導(dǎo)管架采用立式建造、拖拉裝船、吊裝入水的就位方式，WHPA導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)示意見圖4。

圖4 WHPA導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)示意

此WHPA導(dǎo)管架沒有采用與以往深水導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)相同的設(shè)計型式，在其導(dǎo)管架裙樁套筒內(nèi)部未設(shè)計卡樁器和調(diào)平環(huán)系統(tǒng)，也未設(shè)計專門的灌漿管道和pack（封隔器）系統(tǒng)[10]，導(dǎo)管架建造成本有所降低，但導(dǎo)管架的安裝難度較常規(guī)導(dǎo)管架有所增加，并且3 000 t調(diào)平器無法調(diào)平該導(dǎo)管架。

WHPA導(dǎo)管架于2014年11月27日海上安裝就位后測量水平度，導(dǎo)管架頂面最高點與最低點高差255 mm，且能肉眼觀察出傾斜，導(dǎo)管架位置誤差0.5 m，方向誤差0.6°，見圖5。

圖5 導(dǎo)管架就位初始狀態(tài)

3.2 導(dǎo)管架預(yù)調(diào)平

3.2.1 水文地質(zhì)預(yù)調(diào)查[11-12]

為深入了解導(dǎo)管架安裝區(qū)域的海底地形和地貌狀況，保證導(dǎo)管架安裝的初始座底水平度，在導(dǎo)管架安裝前期進(jìn)行了水文調(diào)查及平臺周圍2 km范圍內(nèi)的已有管道調(diào)查，主要包括從導(dǎo)管架井口幾何中心向平臺四周各外擴(kuò)50 m，總計長100 m×寬100 m的正方形區(qū)域的水深地形、側(cè)掃聲納及淺地層剖面測量的全部測線情況調(diào)查，進(jìn)行作業(yè)區(qū)的數(shù)據(jù)采集，以提高施工風(fēng)險可控性。

測設(shè)布線方法：在上述長100 m×寬100 m的區(qū)域內(nèi)，使用多波束測深儀進(jìn)行測量，繪制精確就位水深圖，以2 m×2 m的網(wǎng)點間距布置水深測點。導(dǎo)管架樁腿處，總計5 m×5 m的區(qū)域內(nèi)，以0.5 m ×0.5 m的網(wǎng)點間距布置水深點。側(cè)掃聲納測量以間距20 m×20 m布設(shè)，每個導(dǎo)管架區(qū)域布設(shè)測線12條。淺地層剖面測量經(jīng)過區(qū)域中心點位置的十字交叉剖面數(shù)據(jù)，每個導(dǎo)管架區(qū)域布設(shè)測線2條。

通過調(diào)查數(shù)據(jù)回放分析，區(qū)分海底表面的地貌類型、人工地貌體和其他障礙物，確定出它們的范圍、大小、性質(zhì)，解釋海底地貌特征及形態(tài)[13]。分析該區(qū)域的地層賦存情況及可能存在的不良地質(zhì)條件。海底表層地質(zhì)情況如表1所示。

表1 海床表層地質(zhì)參數(shù)

3.2.2 地貌預(yù)調(diào)查及地面探摸

導(dǎo)管架施工前2～3個月需對導(dǎo)管架就位區(qū)域進(jìn)行地貌旁掃調(diào)查，通過調(diào)查結(jié)果可再次直觀評估導(dǎo)管架就位區(qū)域地貌平整度（見圖6），確定是直接進(jìn)行導(dǎo)管架就位還是完成地貌平整處理后再進(jìn)行導(dǎo)管架就位。

圖6 導(dǎo)管架就位區(qū)域部分淺地層剖面

浮吊錨泊后，潛水員下水探摸地貌情況，調(diào)查范圍一般涵蓋導(dǎo)管架整個區(qū)域，確認(rèn)海床是否有較大的落差、有無障礙物等，同時結(jié)合預(yù)調(diào)查結(jié)果，使用水下定位設(shè)備對超出落差要求的區(qū)域進(jìn)行平整，給導(dǎo)管架初始座底時能夠處于水平度狀態(tài)創(chuàng)造必要條件。

3.2.3 導(dǎo)管架掛扣

在確定天氣窗口適合導(dǎo)管架下水后，進(jìn)行導(dǎo)管架的掛扣工作，掛扣之后，調(diào)整至導(dǎo)管架預(yù)起吊狀態(tài)，檢查各索具帶力情況、鉤頭重心是否符合設(shè)計要求，檢查索具及卡環(huán)是否與設(shè)計圖紙一致，及時檢查并調(diào)整索具及卡環(huán)放置情況，并目測索具卡環(huán)狀態(tài)完好，以保證符合吊裝要求。

3.2.4 選擇下水時間

由于導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)防沉板較小，且導(dǎo)管架采用裙樁式樁基礎(chǔ)，沒有設(shè)計卡樁器系統(tǒng)，導(dǎo)管架調(diào)平難度較大，因此吊裝入水最好選擇平潮時，以減小浪、流等海況條件對導(dǎo)管架水平度的影響。

3.3 導(dǎo)管架調(diào)平程序

導(dǎo)管架調(diào)平作業(yè)是導(dǎo)管架安裝的一個重點，也是難點。導(dǎo)管架海上調(diào)平前要制訂詳細(xì)可行的導(dǎo)管架調(diào)平程序，根據(jù)WHPA導(dǎo)管架就位初始水平度超出5‰情況（見圖5（b））和導(dǎo)管架自身結(jié)構(gòu)特點（水下裙樁、無卡樁器系統(tǒng)、無調(diào)平環(huán)系統(tǒng)），制訂針對性調(diào)平程序如下[14]：

（1）在導(dǎo)管架未插鋼樁情況下，導(dǎo)管架低點B1掛調(diào)平索具，緩慢加力提升導(dǎo)管架，肉眼直觀跟蹤觀測導(dǎo)管架變化情況，隨時跟蹤浮吊吊機(jī)噸位變化情況，檢查導(dǎo)管架吊耳、索具、卡環(huán)和吊機(jī)扒桿的強度，檢驗人員隨時測量導(dǎo)管架水平度，定位人員隨時監(jiān)測導(dǎo)管架的運動情況（位置及方位角），提升一定噸位后穩(wěn)定2 h，利用導(dǎo)管架自身重心偏移來調(diào)整導(dǎo)管架就位姿態(tài)和水平度，測量水平度。

（2）若步驟（1）中導(dǎo)管架水平度趨勢變化不大，則進(jìn)行4根鋼樁的插樁工作，順序為A2→B1→A1→B2，測量水平度，若水平度不符合要求，則繼續(xù)提升導(dǎo)管架低點，重復(fù)步驟（1）。

（3）若導(dǎo)管架水平度維持由低至高的順序B1→B2→A1→A2，使用主作業(yè)船舶拖纜絞車系B1腿頂部，拖纜逐漸帶力將導(dǎo)管架B1腿緩慢提升，即拖纜向主船側(cè)拉拽，實時監(jiān)測導(dǎo)管架運動情況（方向及位置），至導(dǎo)管架達(dá)到水平度要求。

（4）放松拖纜，重新測量水平度。

（5）如水平度仍不滿足要求，則重復(fù)步驟（3），繼續(xù)使用主作業(yè)船拖纜拉拽至導(dǎo)管架水平度滿足要求，放松索具，測水平度。

（6）根據(jù)測量結(jié)果由高端向低端順序打樁。

3.4 導(dǎo)管架調(diào)平

導(dǎo)管架經(jīng)歷預(yù)調(diào)平后，若水平度仍不能滿足業(yè)主技術(shù)規(guī)格書中的要求，要對導(dǎo)管架進(jìn)行終調(diào)平。根據(jù)編制的導(dǎo)管架調(diào)平程序，經(jīng)現(xiàn)場業(yè)主首席代表同意后，開始導(dǎo)管架調(diào)平工作，具體調(diào)平方法如下：

（1）導(dǎo)管架就位后，導(dǎo)管架低點B1掛調(diào)平索具，提升導(dǎo)管架B1腿（見圖7），逐漸緩慢加力500、1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000、4 500、5 000、5 500 kN（吊點設(shè)計許用載荷8 000 kN），每加力500 kN后穩(wěn)定半小時，定位人員隨時監(jiān)測導(dǎo)管架運動狀態(tài)，并隨時觀察吊機(jī)噸位顯示。

圖7 導(dǎo)管架調(diào)平過程

（2）當(dāng)導(dǎo)管架加力至3 000 kN時，導(dǎo)管架開始有微小起伏，定位羅經(jīng)和GPS隨時監(jiān)測導(dǎo)管架狀態(tài)，導(dǎo)管架位置誤差由原來0.5 m變?yōu)?.2 m。

（3）當(dāng)加力至5 500 kN時，穩(wěn)定30 min，此時吊機(jī)載荷出現(xiàn)降低情況，降為5 000 kN，說明導(dǎo)管架已經(jīng)提升，隨即測量水平度。

（4）測量導(dǎo)管架水平度為B1（+120 mm）→B2（0 mm）→A1（+144 mm）→A2（+50 mm）。

（5）經(jīng)測量水平度發(fā)現(xiàn)，原來高點已經(jīng)變?yōu)榈忘c，說明導(dǎo)管架已經(jīng)提升30 cm，此時鉤頭緩慢卸載，直至為0，使導(dǎo)管架自由沉降穩(wěn)定，由于導(dǎo)管架無法固定調(diào)平點，只能靠防沉板及地質(zhì)情況調(diào)整水平度，測量最終水平度為B1（0 mm）→B2（+1 mm）→A1（+67 mm）→A2（+85 mm），符合規(guī)格書要求。

（6）繼續(xù)4根裙樁插樁工作，完成后測量水平度變?yōu)锽1（0 mm）→B2（+16 mm）→A1（+70 mm）→A2（+97 mm），符合規(guī)格書要求。

（7）繼續(xù)4根裙樁打樁工作，打樁順序為A2→A1→B2→B1，且每打一根裙樁后隨即測量水平度，以調(diào)整相應(yīng)的打樁順序。4根裙樁打樁完成后測量水平度變?yōu)锽1（0 mm）→B2（+14 mm）→A1（+66 mm）→A2（+104 mm），符合規(guī)格書要求，調(diào)平工作完成（見圖8）。

圖8 導(dǎo)管架調(diào)平過程的水平度測量

潿洲WHPA導(dǎo)管架經(jīng)過上述一系列的調(diào)平步驟，其最終水平度滿足規(guī)格書要求的5‰以內(nèi)。

3.5 導(dǎo)管架調(diào)平風(fēng)險

導(dǎo)管架未設(shè)計pack封隔器系統(tǒng)，在導(dǎo)管架提升調(diào)平后，其B1低點導(dǎo)管腿裙樁套筒有漏漿風(fēng)險。因此針對可能漏漿情況，灌漿[15]作業(yè)前應(yīng)對導(dǎo)管架裙樁套管和樁管之間的環(huán)形空間進(jìn)行封堵，潛水員下水進(jìn)行排沙袋封堵環(huán)形空間打底，水上吊機(jī)配合潛水員送沙袋，以免漏漿耽誤工期。

4 結(jié)束語

導(dǎo)管架就位是導(dǎo)管架海上安裝過程中最重要的環(huán)節(jié)，而導(dǎo)管架調(diào)平是導(dǎo)管架平臺施工的一道重要工序，甚至是影響導(dǎo)管架施工的關(guān)鍵步驟。隨著導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)型式多樣化創(chuàng)新發(fā)展，不同類型導(dǎo)管架的調(diào)平方案應(yīng)根據(jù)具體的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)形式、施工現(xiàn)場的情況、現(xiàn)有的裝備資源及技術(shù)等條件有針對性地選擇不同的工藝方法，制訂切實可行的調(diào)平程序，降低調(diào)平作業(yè)帶來的施工風(fēng)險。

本文介紹了幾種常用的導(dǎo)管架調(diào)平方法，探討了特殊裙樁導(dǎo)管架的調(diào)平步驟，并以潿洲WHPA導(dǎo)管架項目為例進(jìn)行了驗證。但由于導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)型式多樣變化，有必要在以后的工作中，進(jìn)一步論證該調(diào)平方法的可行性，通過與以往多個導(dǎo)管架的調(diào)平經(jīng)驗結(jié)合分析比對，進(jìn)而得到較為合理可行的調(diào)平方法。

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中俄原油管道二線管道焊接突破500 km

截至1月18日，管道公司承建的中俄二線管道焊接已突破500 km。

中俄原油管道二線是深化中俄兩國在能源領(lǐng)域合作的重大工程。管道全長941 km，計劃2017年10月具備投產(chǎn)條件，2018年1月1日投入運營。中俄二線施工區(qū)域大部分分布在北緯52度以上的高寒地區(qū)，經(jīng)過460 km永凍土區(qū)，240 km爆破段，還有近60 km的沼澤地帶。極端寒冷的天氣和復(fù)雜的地質(zhì)條件，對工程進(jìn)度和施工人員都是極大的挑戰(zhàn)。

這項工程首次大批量使用我國自主研發(fā)的全自動焊接機(jī)，打破了國外的技術(shù)壟斷，在極寒條件下一次焊接合格率達(dá)95%以上，作為國內(nèi)迄今為止采用全自動焊比例最高的長輸管道，其80%的主體焊接工程量使用全自動焊設(shè)備來完成。我國自主研制的高精密、數(shù)字化的cpp900全自動焊機(jī)首次在極寒地區(qū)大規(guī)模使用，推動了我國管道建設(shè)設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程。

中俄原油管道二線項目首次全面推行全自動超聲波檢測工藝，還應(yīng)用了我國自主研發(fā)的機(jī)械化補口設(shè)備，并采用“大型施工設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)”等一系列科技創(chuàng)新成果，大幅提升我國管道建設(shè)智能化水平。

（本刊摘錄）

L eveling method research ofWZWHPAjacket installation

WEIJiaguang，YAN Yalin，WANG Bin

Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

Leveling is an important process of offshore jacket platform installation and a key factor affecting the installation quality.With the rapid development of offshore oil and gas engineering，the structure design of jacket becomes more and more varied，the leveling is not necessarily the same，so it is necessary to research safe and efficient jacket leveling technology.This article introduces two common leveling methods of jacket installation.Based on the WZ WHPA jacket installation scheme and theoretical analysis，the leveling method for unconventional jacket with skirt piles is illustrated with respect to levelness control factors，key leveling techniques and main steps for unconventional jacket with skirt piles.The successfulWZ WHPAjacket installation practice verifies the reliability of this leveling method.

jacket；leveling；offshore installation；skirt pile

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.005

魏佳廣（1986-），男，甘肅白銀人，工程師，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事海洋石油平臺等設(shè)施安裝設(shè)計及相關(guān)技術(shù)研究工作。

2016-08-05；

2016-12-09

海洋石油工程股份有限公司工業(yè)化/產(chǎn)業(yè)化科技創(chuàng)新研發(fā)項目（E-0815P019）

Email：weijg@mail.cooec.com.cn