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邊際油氣田新型立管系統(tǒng)的焊接與安裝

2018-05-03 03:12:03孫志廣宋青武
電焊機 2018年4期
關(guān)鍵詞:管卡主甲板自升式

郭 慶,孫志廣,宋青武

(海洋石油工程股份有限公司,天津300461)

0 前言

海上油氣田開采成本高、開發(fā)難度大,邊際油氣田的開發(fā)問題尤為突出[1-2]。位于我國東海海域的邊際油氣田具有埋藏深、地質(zhì)成因復雜等特點,如何突破常規(guī)開發(fā)模式,降低綜合開發(fā)成本,提高單井產(chǎn)能,延長穩(wěn)產(chǎn)年限是其經(jīng)濟、有效開發(fā)的關(guān)鍵所在[3]。東海某邊際油氣田突破常規(guī)的勘探開發(fā)模式,采用已經(jīng)就位的某自升式鉆井船為測試裝置,依托已建平臺完成油氣回收,在國內(nèi)首次研發(fā)并成功實施了適用于邊際油氣田開發(fā)的百米水深級新型立管系統(tǒng)。

作為海面與海底連接通道的立管系統(tǒng)是油氣田開發(fā)工程建設(shè)中的重要組成部分,同時也是薄弱易損的構(gòu)件之一,其在油氣開發(fā)生產(chǎn)成本中占的比例也越來越大[4-7]。該新型立管系統(tǒng)主要有如下特點:

(1)由依托于自升式鉆井船樁腿的豎向鋼性立管和靜態(tài)軟管膨脹彎構(gòu)成,可以很好地滿足自升式鉆井船不定期撤離、平臺位移大的設(shè)計要求,同時對自升式平臺改造影響小,安裝成本低。

(2)鋼性立管通過專用立管管卡與自升式鉆井船連接,底部設(shè)計成順應(yīng)樁靴型式,在解脫鋼性立管與軟管膨脹彎后,整根鋼性立管可以隨樁腿同步升降,滿足自升式鉆井平臺的不定期撤離需求。

(3)立管管卡充分考慮自升式鉆井船樁腿主結(jié)構(gòu)為垂直型桁架結(jié)構(gòu)的特點,設(shè)計成統(tǒng)一的標準型結(jié)構(gòu)。管卡整體尺寸較小,滿足狹窄范圍內(nèi)安裝要求。

(4)鋼性立管主體位于自升式鉆井船樁腿主結(jié)構(gòu)內(nèi),后安裝立管時對鉆井平臺的改動量少。同時,后安裝立管的主要工作可在水面以上完成,避免了潛水作業(yè),進而節(jié)省大量的海上施工成本。

1 新型立管系統(tǒng)安裝作業(yè)特點

在以往工程項目中,立管的安裝大都在導管架陸地預制時進行,或者在導管架海上安裝后、組塊安裝前進行安裝[8]。東海某油氣田采用的新型立管系統(tǒng)的安裝是利用自升式鉆井船樁腿現(xiàn)有下放潛水泵的滑道,將接長后的立管沿滑道逐段焊接下放至水下,最后通過懸掛支撐裝置及管卡實現(xiàn)縱向及橫向限位固定。隨著深海石油天然氣的開發(fā),立管長度逐漸增加[9],而示例油氣田采用的新型立管總長132.3 m,在工程實施和設(shè)計上國內(nèi)外尚無經(jīng)驗可循。其在海上焊接及安裝作業(yè)中的難點有:

(1)現(xiàn)場施工作業(yè)空間狹小。

自升式鉆井船下放立管的滑軌間距570mm,立管直徑323.9mm,立管與滑道的滑軌間隙僅120mm。立管組對、焊接、無損檢驗、防腐、安裝活動管卡等作業(yè)均在此空間內(nèi)進行,操作難度非常大。

(2)立管底部彎頭組對、焊接困難。

立管底部有2個彎頭和1個法蘭需要進行組對、焊接作業(yè),尺寸約3 m×3 m。因立管下放滑道內(nèi)部空間無法通過該部件,立管底部彎頭需下放至主甲板反面進行組對焊接。現(xiàn)場施工作業(yè)中從主甲板至船底搭設(shè)腳手架和組對焊接作業(yè)平臺,預制4個臨時管卡和斜撐抱在樁腿上,利用倒鏈和臨時斜撐緩慢調(diào)整進行組對、焊接作業(yè)。

(3)立管預制精度要求高。

為保證立管能夠順利下放,立管管卡需保證在同一直線上,預制誤差應(yīng)小于3mm。施工現(xiàn)場對每一道工序均嚴格把關(guān),全部工序必須由現(xiàn)場技術(shù)工程師、質(zhì)量控制工程師及施工領(lǐng)隊共同見證與測量確認,方可進行下一步工作,以最大程度減少誤差。

(4)立管吊裝和下放風險大。

立管接長管段最長達到25 m,需在甲板扶正并吊裝至下放滑道內(nèi),甲板人員通過倒鏈扶正,并利用吊帶和倒鏈臨時支撐后進行組對焊接下放。在此作業(yè)中,若出現(xiàn)任何一方?jīng)]有同步,均可能對立管或立管下放滑軌造成損傷。

2 新型立管海上安裝作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

立管海上安裝作業(yè)考慮因素眾多,例如立管的尺寸和質(zhì)量、安裝船的費用,安裝海域的環(huán)境條件以及安裝周期等[10]。示例油氣田立管海上安裝作業(yè)天氣條件為風力小于15節(jié)、浪高小于1.5 m、海底流速低于1 m/s及海底可見度大于0.5 m。

2.1 立管海上安裝作業(yè)方案

立管海上安裝作業(yè)使用主作業(yè)船舶攜帶飽和潛水以及結(jié)合平臺空氣潛水完成,其主要作業(yè)方案如圖1所示。

圖1 立管安裝作業(yè)方案示意

2.2 立管焊接安裝

2.2.1 最下端立管焊接安裝

最下端立管是由3段直管體、2個彎頭組成的空間型彎頭立管,受船體施工作業(yè)空間影響,無法通過滑軌直接下放整個空間型彎頭。將空間型彎頭改造成兩段L形立管(一段水平L狀立管,一段豎直L狀立管),并將其和底部法蘭一起下放至船底焊接平臺進行焊接連接。安裝方案如下:

(1)標記L形立管彎頭焊接截面,確認彎頭朝向,保證焊接作業(yè)后立管彎頭朝向正確。

(2)配置鎖具,設(shè)置尾繩,如圖2所示。

(3)順序起吊L形彎管,沿樁腿及船體之間的空間下放。

(4)立管彎頭下放過程中,沿主甲板向下搭設(shè)的懸梯或腳手架,牽引尾繩,協(xié)助立管彎頭下放至船底焊接平臺。同理下放另一段彎管及法蘭頭至船底焊接平臺。

(5)利用導鏈、吊帶將兩段L形立管彎頭及法蘭頭進行組對及位置固定。

(6)第一段立管直管段進行索具布置及尾繩設(shè)置,索具布置如圖3所示。

(7)吊機起吊立管,甲板人員協(xié)助扶正立管,在立管上設(shè)置尾繩,并且將尾繩通過D-ring,牽拉尾繩調(diào)整立管姿態(tài),同時在立管下端的甲板上鋪墊一層20mm厚膠皮作為立管下端防撞措施。

圖2 立管彎頭吊裝

圖3 立管直管段吊裝

圖4 導鏈與吊帶布置

圖5 止擋器示意

(8)吊機將立管轉(zhuǎn)移至滑軌位置。

(9)沿滑軌下放立管,直至立管最下端管卡位于走道上方約1.5 m高度位置。

(10)初步安裝另一半管卡,對立管進行橫向限位(立管上焊接管卡位于樁腿外側(cè),因此需要在樁腿內(nèi)側(cè)安裝管卡)。

(11)拆除尾繩,下放立管。

(12)立管最下端管卡下放至主甲板止擋器位置時,甲板人員協(xié)助對管卡吊點進行吊帶與導鏈連接,導鏈上端可通過合適長度的吊帶與樁腿拉筋連接,如圖4、圖5所示。

(13)吊機緩慢減小吊裝載荷,將立管質(zhì)量轉(zhuǎn)移至吊帶與導鏈上。

(14)調(diào)節(jié)導鏈長度,繼續(xù)下放立管,直至立管下方端頭到達船底下方焊接平臺。

(15)通過調(diào)整導鏈長度,采用對管器組對立管直管段下方端頭與彎管段端頭。

(16)點焊,將直管段下方端頭固定于彎管段端頭。

(17)嚴格執(zhí)行焊接程序進行立管直管端頭與彎管上端頭組對,實施第一道焊口焊接。

(18)調(diào)整兩段L形彎頭的對接端口,嚴格執(zhí)行焊接程序進行第二道焊口焊接。

(19)調(diào)整法蘭端頭位置,與下方L形彎頭進行端口對接,嚴格執(zhí)行焊接程序進行第三道焊口焊接。

(20)無損檢驗。

(21)防腐作業(yè)。

(22)吊機緩慢起吊,帶緊鋼絲繩,將立管直管段與彎頭質(zhì)量轉(zhuǎn)移至吊機。

(23)拆除導鏈與吊帶。

(24)打開主甲板處止擋器合頁。

(25)吊機下放立管,將該段立管最上端管卡坐在止擋器上。

2.2.2 直管段立管焊接安裝

兩節(jié)海管于平臺水平焊接接長組成一段直管,直管段立管通過吊機轉(zhuǎn)移至滑軌位置進行下放。在主甲板止擋器位置進行上下兩段立管焊接,完成焊接、檢驗及防腐作業(yè)后,吊機起吊整段立管,合上止擋器,繼續(xù)下放立管。如此往復,完成直管段下放焊接安裝。

2.3 立管管卡緊固及后處理

各段立管下滑安裝過程中,為保證下滑順利,在走道處進行管卡抱緊時,僅將螺母與備母旋進螺栓桿,保持螺栓末端露出一個螺紋。因此整段立管的管卡需要在水下進行緊固。該項工作需要甲板人員安裝水面至主甲板范圍的管卡,空氣潛水實施50 m以淺的水深范圍內(nèi)的管卡,飽和潛水安裝50 m以深的管卡。

3 安裝作業(yè)難題及解決方案

3.1 立管下放滑軌變形

清理完成立管下放滑軌上的海生物后,空氣潛水和甲板工作人員對下放滑軌間距進行勘察,發(fā)現(xiàn)立管下放滑軌存在局部變形,變形部位滑軌間距小于設(shè)計值570mm。立管下放作業(yè)存在很大風險。具體變形位置為:①主甲板以上至走到一層位置(約2.5 m)間距為 552~554mm;②水下 EL(-14 m)至EL(-17 m)位置間距為 553mm;③水下 EL(-19 m)位置左側(cè)滑軌焊縫部位錯位2~3mm。

解決方案:充分考慮施工現(xiàn)場工機具條件,對管卡翼板頂部進行修正,2個25mm板于近滑軌側(cè)做削薄處理,縱向8mm,橫向單個板挖孔16mm,橫向共計32mm,誤差要求單側(cè)縱向-3~0mm、單側(cè)橫向-0.3~0.3mm范圍內(nèi),如圖6所示,確保立管下放作業(yè)順利完成。

圖6 立管管卡修改示意

3.2 立管起吊扶正

為提高施工效率,兩節(jié)立管在甲板上焊接接長成一段立管,然后整根吊裝至滑軌進行安裝。接長后的管立管段最長約25m,在沒有翻管器的情況下,很難將接長管由水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為豎直狀態(tài)下放。因此設(shè)置3種方案起吊扶正立管。

(1)方案1。在甲板立管末端設(shè)置立管限位槽,如圖7所示,木塊高度能夠覆蓋立管上端即可,在立管末端下方墊20mm厚木板與50mm厚膠皮,以防止立管扶正時損傷立管末端以及立管在吊裝過程中晃動。

(2)方案2。在立管末端安裝管卡,利用銷軸穿過吊裝卡的吊耳,并與兩側(cè)提前設(shè)置的底座吊耳進行配合,固定立管末端。起吊立管時,末端立管將繞銷軸旋轉(zhuǎn),從而保護立管末端不受損傷,扶正后再由甲板人員解除銷軸及管卡,方案2如圖8所示。

(3)方案3。利用平臺上的2臺吊機配合,將接長立管由水平翻轉(zhuǎn)為豎直狀態(tài),如圖9所示。

圖7 立管起吊扶正方案1示意

3.2 直管段立管焊接位置變化

在立管焊接下放作業(yè)過程中,焊前均需將管卡臨時固定在懸掛支撐裝置,再進行焊接接長,且每根接長管焊口位置相對于管卡支撐位置都不一樣,導致整根立管焊接接長的位置不斷變化,每一道焊口預制均需搭設(shè)腳手架,工作量巨大且不易操作。

圖8 立管起吊扶正方案2示意

圖9 立管起吊扶正方案3示意

解決方案:通過調(diào)整每段接長管的長度來調(diào)整焊口位置,最終在不增加焊口的情況下將所有接長管的位置調(diào)整至主甲板以上1.2~3 m。所有組對、焊接作業(yè)均可在同一個工作點完成,如圖10所示。

圖10 立管分段示意

4 結(jié)論

(1)成功運用新型百米水深級立管系統(tǒng)實現(xiàn)邊際油氣田勘探開發(fā)一體化,降低了勘探開發(fā)綜合成本,為后續(xù)東海海域邊際油氣田的短期快速開發(fā)工程方案提供新的思路。

(2)新型立管系統(tǒng)的設(shè)計和實施國內(nèi)外尚無成功應(yīng)用工程項目的經(jīng)驗,其預制精度、吊裝和下放等作業(yè)難度非常大。示例油氣田新型立管系統(tǒng)的成功安裝與應(yīng)用對后續(xù)類似項目具有重要的借鑒意義。

參考文獻:

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