劉登輝

(中海石油 (中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

1 項(xiàng)目概況

渤中34－2/4油田位于渤海南部海域，東經(jīng)119°27'～119°37'，北緯 38°10'～ 38°13'，渤中 34－1油田與渤中28－2南油田相鄰，西北距渤中25－1油田35 km，東南距龍口市90 km。油田范圍水深約20 m。

渤中34－2/4油田群綜合調(diào)整項(xiàng)目主要包括新建一座中心處理井口平臺(tái)，新建一座井口平臺(tái);新建4條海底管道和2條海底電纜。

渤中34－2/4CEPA平臺(tái)是一座8腿導(dǎo)管架綜合平臺(tái)，導(dǎo)管架工作點(diǎn)間距為40 m×(14 m+16 m+14 m)，采用浮托法安裝。平臺(tái)共設(shè)40個(gè)井槽，平均分布在平臺(tái)南北兩側(cè)各20個(gè)，其中，生產(chǎn)井14口，注水井12口、水源井2口，預(yù)留井?dāng)?shù)10個(gè)。平臺(tái)共分5層甲板，分別為直升機(jī)甲板、上層甲板、中層甲板、下層甲板和工作甲板。其上主要布置設(shè)HXJ135修井機(jī)、100人生活樓及直升機(jī)甲板、燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)、原油生產(chǎn)處理設(shè)施及配套公用、消防系統(tǒng)等。

2 浮托技術(shù)的總體介紹

浮托安裝方法是指由大型駁船將組塊整體運(yùn)輸?shù)筋A(yù)安裝的海域，通過(guò)調(diào)節(jié)駁船壓載把組塊平穩(wěn)地安裝在導(dǎo)管架支腿上。國(guó)際上采用的浮托法主要形式包括傳統(tǒng)式浮托 (單浮托法)、雙船浮托。傳統(tǒng)浮托法是目前利用率最高的浮托安裝方法，主要是在預(yù)安裝的導(dǎo)管架上部設(shè)有一個(gè)結(jié)構(gòu)凹槽，駁船駛?cè)肫渲型ㄟ^(guò)調(diào)載完成組塊的安裝，見(jiàn)圖1。雙船浮托主要指2艘駁船共同支撐組塊駛向?qū)Ч芗軆蓚?cè)，并同步調(diào)載進(jìn)行組塊的安裝對(duì)接。

在傳統(tǒng)浮托安裝過(guò)程中共設(shè)置有3種緩沖裝置，分別是甲板分離單元 (DSU)、樁腿耦合裝置(LMU)及護(hù)舷。

圖1 傳統(tǒng)式浮托示意圖

DSU(Deck Separation Unit)位于上部組塊結(jié)構(gòu)之間，作用是在退船過(guò)程中防止駁船與已經(jīng)就位的組塊結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重的碰撞，見(jiàn)圖2。

圖2 DSU示意圖

LMU(Leg Mating Unit)是上部結(jié)構(gòu)組塊與導(dǎo)管架腿柱之間的支撐結(jié)構(gòu)，主要由接收器、彈性橡膠、沙基及套筒等部分組成，可以緩解組塊與導(dǎo)管架對(duì)接時(shí)的撞擊力，保證組塊導(dǎo)管架的順利對(duì)接，見(jiàn)圖3。

護(hù)舷設(shè)置在駁船船側(cè)，分為側(cè)向護(hù)舷和縱向護(hù)舷，一般由鋼結(jié)構(gòu)和橡膠組成，防止在進(jìn)船、對(duì)接及退船過(guò)程中駁船搖晃對(duì)導(dǎo)管架腿部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的過(guò)大的側(cè)向撞擊力，使導(dǎo)管架腿部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。

浮托安裝分析主要利用MOSES(Multi－Operational Structural Engineering Simulator)程序完成，主要流程為:①根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)確定關(guān)鍵參數(shù);②利用MOSES轉(zhuǎn)換SACS組塊模型并完成駁船建模;③拖航穩(wěn)性分析確定壓載方案，計(jì)算完整穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性;④錨泊分析計(jì)算錨鏈?zhǔn)芰?dǎo)向點(diǎn)位移的時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)值;⑤進(jìn)船分析核實(shí)駁船對(duì)導(dǎo)管架的水平力及組塊腿撞擊LMU的可能性;⑥對(duì)接分析計(jì)算駁船對(duì)導(dǎo)管架的水平力及組塊對(duì)導(dǎo)管架腿對(duì)接處的撞擊力;⑦退船分析計(jì)算駁船對(duì)導(dǎo)管架的水平力及駁船撞擊導(dǎo)管架凹槽下部結(jié)構(gòu)的可能性。

圖3 LMU示意圖

3 BZ34－2/4CEPA組塊浮托計(jì)算分析

3.1 組塊對(duì)接分析

組塊對(duì)接分析是指主作業(yè)駁船進(jìn)入導(dǎo)管架槽口就位到組塊荷載全部轉(zhuǎn)移到導(dǎo)管架上的過(guò)程分析，對(duì)駁船、組塊和導(dǎo)管架頂層結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合分析，其目的是獲取駁船橫蕩護(hù)懸和縱蕩護(hù)懸與導(dǎo)管架的碰撞力、組塊樁腿與樁腿耦合裝置距離、荷載轉(zhuǎn)移過(guò)程組塊支撐單元和樁腿耦合裝置的受力、各系泊點(diǎn)的系泊力。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，LMU的最大豎向荷載為28 765 kN。

表1 組塊對(duì)接分析極值匯總表

3.2 進(jìn)船和退船分析

進(jìn)船分析是指主作業(yè)駁船進(jìn)入導(dǎo)管架槽口的過(guò)程分析。主要是駁船與導(dǎo)管架腿碰撞分析，其目的是獲得駁船與導(dǎo)譬架腿的碰撞力、組塊樁腿與樁腿耦臺(tái)裝置間隙以及系泊纜和錨纜的受力，確定駁船縱蕩護(hù)懸荷載、縱蕩護(hù)懸與導(dǎo)管架腿操作空間、組塊樁腿與樁腿耦臺(tái)裝置安全距離、提供的系泊力。

退船分析是指駁船從導(dǎo)管架槽口退出的過(guò)程分析。主要是駁船與導(dǎo)管架腿碰撞分析，其目的是獲得駁船與導(dǎo)管架腿的碰撞力、駁船底部與導(dǎo)管架頂層結(jié)構(gòu)距離、組塊支撐單元下部結(jié)構(gòu)與駁船上部存留的組塊支撐單元上部結(jié)構(gòu)的距離。

表2 進(jìn)船、退船階段最大錨纜張力

表3 進(jìn)船、退船階段護(hù)舷系統(tǒng)受力 kN

表4 最大進(jìn)船間隙 m

表5 最大退船間隙 (DSU及船底) m

4 浮托安裝作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策

4.1 切割裝船固定拉筋

1)風(fēng)險(xiǎn)。裝船固定拉筋的切割是一項(xiàng)不可逆轉(zhuǎn)的工序，如果沒(méi)有按照設(shè)計(jì)要求的順序和時(shí)間切割固定拉筋，會(huì)影響浮托作業(yè)的安全性。

2)對(duì)策。按照設(shè)計(jì)文件的要求，在距離導(dǎo)管架5 m時(shí)開(kāi)始切除第二批固定拉筋，切除過(guò)程中需注意觀(guān)察船首運(yùn)動(dòng)情況，并保證駁船對(duì)中。錨系轉(zhuǎn)換 (船頭兩根轉(zhuǎn)至船中)時(shí)完成第一批、第二批拉筋切除。當(dāng)駁船壓載至組塊插尖底部與LMU頂部在同一水平線(xiàn)完成固定拉筋的切割。

4.2 錨機(jī)系統(tǒng)

1)風(fēng)險(xiǎn)。拋錨設(shè)備出現(xiàn)故障，錨位圖更改，未及時(shí)通知相關(guān)方，錨纜損壞。

2)對(duì)策。提前安排專(zhuān)人對(duì)設(shè)備進(jìn)行細(xì)致的檢查。要求生產(chǎn)廠(chǎng)家提供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持，并且抽調(diào)經(jīng)驗(yàn)豐富的錨機(jī)操作人員進(jìn)行本項(xiàng)目操作，選用最可靠的錨機(jī)，拖輪輔助，減少錨系張力。作業(yè)前對(duì)系泊絞車(chē)進(jìn)行仔細(xì)檢查，安排有資質(zhì)的人員進(jìn)行操作。進(jìn)船作業(yè)時(shí)，以3 m/min為宜，以免造成鋼絲繩斷裂。船長(zhǎng)審查布錨圖，并根據(jù)本船性能、安全操作和施工要求及水文氣象條件對(duì)布錨圖進(jìn)行修正或重新設(shè)計(jì)，收集施工點(diǎn)水下設(shè)施的準(zhǔn)確位置和船舶走向的數(shù)據(jù)交給定位人員，以便其確定布錨位置，檢查錨頭纜是否纏繞錨頭或錨爪，并將錨頭纜清理整潔，在布錨作業(yè)中主作業(yè)船要慢慢地、有控制地收緊錨纜，以保持合理的拉力方便確認(rèn)錨沒(méi)有碰到或拖拽海底結(jié)構(gòu)物等;布錨完畢，收緊各纜，并與錨纜長(zhǎng)度數(shù)據(jù)核對(duì)，再次確認(rèn)各錨狀態(tài) (特別是跨越管線(xiàn)、電纜的錨);因風(fēng)大如需棄錨，應(yīng)確認(rèn)錨纜扔在海底安全的位置。

4.3 護(hù)舷系統(tǒng)

1)風(fēng)險(xiǎn)。橫蕩護(hù)舷系統(tǒng)用來(lái)限制駁船在進(jìn)退船的過(guò)程中與導(dǎo)管架之間的橫向運(yùn)動(dòng)，防止安裝作業(yè)過(guò)程中駁船對(duì)導(dǎo)管架樁腿內(nèi)側(cè)過(guò)大的碰撞，造成樁腿的損壞和變形?？v蕩護(hù)舷系統(tǒng)在安裝駁船進(jìn)入導(dǎo)管架槽口時(shí)起限位止船作用，并防止過(guò)大的縱蕩對(duì)LMU的碰撞而造成損壞。

2)對(duì)策。對(duì)橡膠護(hù)舷做相關(guān)試驗(yàn)，以確保其可靠性;使橫蕩護(hù)舷與導(dǎo)管架之間的間隙由100 mm減至50 mm，船上準(zhǔn)備好必要的應(yīng)急設(shè)備 (如割槍、焊機(jī)等)，出現(xiàn)橡膠件脫落卡住駁船時(shí)可及時(shí)進(jìn)行整改，現(xiàn)場(chǎng)待命港作拖輪輔助穩(wěn)船，減少護(hù)舷上的作用力。

4.4 調(diào)載系統(tǒng)電力供應(yīng)

1)風(fēng)險(xiǎn)。在潮差較小或不可利用潮差的海域進(jìn)行安裝時(shí)，要用到調(diào)載系統(tǒng)。通過(guò)外接水泵或海水閥箱向駁船壓載艙內(nèi)注水，使駁船下降，從而實(shí)現(xiàn)上部組塊的重量安全地轉(zhuǎn)移到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上。海上施工時(shí)保證調(diào)載系統(tǒng)的電力供應(yīng)是一個(gè)重要因素。

2)對(duì)策。對(duì)浮托駁船進(jìn)行調(diào)載系統(tǒng)電力改造，甲板上增設(shè)臨時(shí)發(fā)電機(jī)給備用調(diào)載泵供電，以確保裝船調(diào)載有足夠裕量應(yīng)對(duì)設(shè)備故障，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.5 浮托進(jìn)船作業(yè)垂向、橫向安全距離

1)風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施浮托安裝作業(yè)時(shí)，組塊上和導(dǎo)管架上所有設(shè)備設(shè)施均不能干涉影響安裝作業(yè)的實(shí)施。如果沒(méi)有一定的安全距離，浮托作業(yè)時(shí)船舶的橫向運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)組塊和導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)造成損壞，甚至?xí)绊懜⊥凶鳂I(yè)的實(shí)施。

2)對(duì)策。嚴(yán)格控制組塊采油樹(shù)井口平臺(tái)區(qū)域設(shè)備的安裝，如果影響組塊浮托安裝作業(yè)，則需在出航前將干擾物拆除。

4.6 浮托作業(yè)的安全通道、人員布置、晚間作業(yè)的照明系統(tǒng)

1)風(fēng)險(xiǎn)。未有效進(jìn)行技術(shù)方案交底，具體操作人員不清楚操作流程及技術(shù)要求。未進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估，作業(yè)程序和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)不明確。人員分工不明確，夜間施工照明不足，視線(xiàn)不清，人員受傷。

2)對(duì)策。對(duì)浮托作業(yè)期間的安全通道、人員布置、晚間作業(yè)的照明系統(tǒng)做出具體方案，并交底落實(shí)至每位施工人員。對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行隔離鎖定，無(wú)關(guān)人員禁止進(jìn)入?yún)^(qū)域，施工現(xiàn)場(chǎng)配備急救車(chē)或配備應(yīng)急藥箱，保證船舶和碼頭充足照明 (標(biāo)桿照明);拖拉過(guò)程中配備應(yīng)急車(chē)輛 (叉車(chē)、吊車(chē)、救護(hù)車(chē))，配備應(yīng)急切割人員，監(jiān)察人員配備照明工具。

4.7 導(dǎo)管架與組塊對(duì)接處的制造、安裝誤差

1)風(fēng)險(xiǎn)。由于導(dǎo)管架和組塊是分開(kāi)建造，導(dǎo)管腿之間的尺寸誤差、組塊立柱之間的尺寸誤差會(huì)不一致，會(huì)對(duì)浮托時(shí)組塊與導(dǎo)管架的對(duì)接產(chǎn)生影響。

2)對(duì)策。需要跟蹤并分析導(dǎo)管架與組塊對(duì)接處的制造、安裝誤差，并在LMU安裝時(shí)將尺寸誤差控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，由定位人員密切監(jiān)控組塊的位置和駁船運(yùn)動(dòng)方向，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行組塊位置和方位的測(cè)量，采用平均值來(lái)確定最后的位置和方位，保持良好指揮，合理運(yùn)用交叉纜和縱向纜控制船位，輔助拖輪在浮托現(xiàn)場(chǎng)保持待機(jī)，時(shí)刻注意現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)、浪變化，防止駁船碰撞導(dǎo)管架。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著近?？碧介_(kāi)發(fā)程度的越來(lái)越高，平臺(tái)建設(shè)規(guī)模也在向大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，平臺(tái)結(jié)構(gòu)物重量也在日益增加。受浮吊能力、工期緊張、資源短缺等因素影響，傳統(tǒng)的起吊方法已經(jīng)存在很大的局限性。雖然浮托安裝法實(shí)施難度高，對(duì)環(huán)境條件的要求也比較嚴(yán)格，但近年來(lái)已完成多個(gè)組塊的安裝，為浮托法的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)BZ34－2/4 CEPA組塊的浮托安裝風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行初步的分析，總結(jié)了浮托作業(yè)時(shí)存在的一些關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，為以后進(jìn)一步的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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