傅 健 宋青武 王凱華

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

0 前言

導管架平臺由下部導管架、鋼樁和上部組塊、生活樓、鉆/修井設施等組成,一般認為其經(jīng)濟水深在300 m以內(nèi)[1-3]是淺水、較深水海洋工程開發(fā)中應用最廣泛的平臺形式。為提高平臺組塊陸地建造完工狀態(tài),最大程度減少海上工作量和縮短連接調(diào)試工期,大型海洋平臺組塊在海域海況條件允許的情況下往往采用浮托方法進行海上安裝作業(yè),而不是采用傳統(tǒng)的陸地分塊建造海上吊裝方式。浮托法是一種安全、經(jīng)濟、可靠的施工技術,實現(xiàn)了組塊整體設計建造安裝，彌補起重資源不足,已被廣泛應用于海洋工程建設[4-6]。浮托法安裝的組塊一般采用滑移裝船方式,使用拉力千斤頂進行牽引上船至設計位置；而傳統(tǒng)海上吊裝的組塊裝船方式，根據(jù)組塊重量或建造方案的不同，可采用吊裝裝船、SPMT小車裝船、滑移裝船等。

對于在陸地采用整體高位建造方式建造的組塊,平臺支撐框架(Deck Support Frame,DSF)與組塊分開建造。在組塊和DSF建造過程中,需做好精度控制,精度控制技術對于海洋石油工程建造至關重要,質(zhì)量控制工作貫穿整個建造過程[7-8]。DSF建造完成并進行組塊支撐單元(Deck Support Unit,DSU)安裝后通過牽引設備牽引至組塊下方就位,通過重量轉(zhuǎn)移裝置將組塊整體下降至設計高度,完成組塊與DSF對接,將組塊坐落到DSF上,組塊重量完全由DSF承擔,通過牽引DSF完成整體裝船工作。在海上浮托作業(yè)過程中,通過駁船壓載的方式使組塊重量轉(zhuǎn)移至導管架上,DSF留在駁船復員。

1 組塊陸地重量轉(zhuǎn)移方法

1.1 組塊下放高度計算

組塊重量轉(zhuǎn)移過程中整體下降高度直接影響設備選型、工裝設計制作,也是制約重量轉(zhuǎn)移工期的關鍵因素。主要取決于如下參數(shù):DSU伸出高度(在重量轉(zhuǎn)移過程中逐漸壓縮為0)，建造完成后下甲板主梁最大撓度，重量轉(zhuǎn)移完成后下甲板主梁最大撓度，組塊重量完全由DSF承受時DSF最大受壓變形量和DSF所在滑道沉降量，DSF滑靴墊木受壓變形量，DSF牽引就位預留間隙等。組塊整體下放高度理論值為上述各項數(shù)據(jù)之和。在編制重量轉(zhuǎn)移方案時,應準確評估計算上述各參數(shù)數(shù)值,同時考慮上述參數(shù)數(shù)據(jù)在組塊建造及重量轉(zhuǎn)移過程中存在的變化和不確定性,如撓度、變形量、沉降量等,組塊下放高度應考慮預留適當?shù)挠嗔俊４笮徒M塊變形數(shù)值的確定是實施重量轉(zhuǎn)移的關鍵,應對場地沉降等進行實時監(jiān)控,這也是大型組塊建造變形監(jiān)控的主要難點[9-11]。

1.2 重量轉(zhuǎn)移設備及工裝

重量轉(zhuǎn)移作業(yè)使用的設備沿用稱重設備,主要為千斤頂及配套的動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng),作業(yè)前需進行千斤頂?shù)恼{(diào)試工作,檢查確認設備狀態(tài)完好,同時考慮一定數(shù)量的備用千斤頂以避免作業(yè)過程中出現(xiàn)損壞。

重量轉(zhuǎn)移所使用的工裝主要包括頂升大梁、底座、支撐環(huán)板、兩側(cè)千斤頂墊板、滑移框架和接長立柱等，見圖1。在稱重開始前按照設計要求安裝就位，并確認尺寸等數(shù)據(jù)與設計一致。在稱重及重量轉(zhuǎn)移實施期間，嚴密監(jiān)控工裝和千斤頂設備狀態(tài)。

圖1 千斤頂布置及工裝示意圖

1.3 重量轉(zhuǎn)移流程

組塊稱重與重量轉(zhuǎn)移工作連續(xù)進行,稱重作業(yè)除了獲得準確的組塊重量重心等關鍵數(shù)據(jù)用于裝船及海上浮托設計核算外,還可確認工裝和千斤頂設備是否滿足要求并進行重量轉(zhuǎn)移作業(yè)試驗演練。在稱重工作完成后,即可進行重量轉(zhuǎn)移工作。

圖2 高位建造組塊重量轉(zhuǎn)移一般步驟圖

高位建造組塊重量轉(zhuǎn)移一般流程見圖2,按理論抽取7層即完成重量轉(zhuǎn)移工作考慮,通過操作千斤頂循環(huán)拆除環(huán)板和墊板，分級多次操作方法使平臺整體下降[12-13]。當完成第7層抽取作業(yè)后,檢查確認4個樁腿位置的接長立柱是否完全與組塊立柱或大梁分離,如已分離,則表示此時組塊重量已全部轉(zhuǎn)移到DSF上,重量轉(zhuǎn)移作業(yè)完成,否則將繼續(xù)進行第8層抽取作業(yè),直至接長立柱完全與組塊立柱或大梁分離。

1.3 主要風險和難點

重量轉(zhuǎn)移施工過程中主要風險和難點:各結(jié)構變形尺寸不準確可能導致在組塊整體下降至設計高度后,組塊重量未完全轉(zhuǎn)移到DSF上,千斤頂不能正常撤出;重量轉(zhuǎn)移過程中環(huán)板和墊板出現(xiàn)變形,導致無法正常抽出;各個樁腿設計重量與實際重量偏差較大,導致部分樁腿超出設計安全系數(shù);設備、工裝故障/損壞;轉(zhuǎn)移過程中DSF受力不均勻發(fā)生變形等。

在進行方案編制時,需對上述風險和難點制定應對方案,如在理論下方高度的基礎上預留一定高度作為調(diào)節(jié),并按此進行工裝制作,確保下方高度滿足重量轉(zhuǎn)移空間需求;對環(huán)板和墊板等工裝進行分析計算,根據(jù)計算結(jié)果制作合適的工裝,并準備一定數(shù)量的小尺寸墊板,作為應急備用;在重量轉(zhuǎn)移工作正式開始前進行預抬升,根據(jù)測量數(shù)據(jù),及時調(diào)整設備配置;配備足夠數(shù)量的工裝和設備;作業(yè)開始前對DSF與滑道塊及滑道之間的預埋件進行連接固定,確保DSF在作業(yè)過程中保持穩(wěn)定。在重量轉(zhuǎn)移期間做好過程跟蹤控制,一旦發(fā)現(xiàn)問題,立即啟動應對預案。

2 重量轉(zhuǎn)移計劃及工期分析

海洋工程項目是一個龐大的系統(tǒng)工程,計劃性很強,對項目工期有極其嚴格的要求,工程建造是一個多工種勞動密集型、知識密集型的系統(tǒng)工程,在項目前期規(guī)劃時應對工期影響因素進行重點分析和研究[14-17]。組塊重量轉(zhuǎn)移工期取決于千斤頂頂升下降能力、人員經(jīng)驗水平、作業(yè)效率以及天氣情況等因素,參考以往項目工期實測數(shù)據(jù)和理論計算，并考慮一定的不確定因素影響(如設備損壞更換等),評估每一層抽取作業(yè)各工序所需時間，見表1。

表1 抽取作業(yè)各工序作業(yè)時間表

工作內(nèi)容計劃工期/h環(huán)板連接件切除、起頂抬升4.5抽環(huán)板、切兩側(cè)墊板連接件3.5組塊下降,千斤頂完全卸載4.0抽兩側(cè)墊板2.0

可以得到1層抽取作業(yè)用時約14 h,按24 h連續(xù)作業(yè)、抽取7層即可完成重量轉(zhuǎn)移工作考慮,編制施工工期計劃,預計重量轉(zhuǎn)移工期為98 h,約4 d。見表2。

表2 組塊重量轉(zhuǎn)移施工工期計劃表

工作內(nèi)容預計工期/h計劃開始時間計劃完成時間第1層抽取142019-03-14 8:002019-03-14 22:00第2層抽取142019-03-14 22:002019-03-15 12:00第3層抽取142019-03-15 12:002019-03-16 2:00第4層抽取142019-03-16 2:002019-03-16 16:00第5層抽取142019-03-16 16:002019-03-17 6:00第6層抽取142019-03-17 6:002019-03-17 20:00第7層抽取142019-03-17 20:002019-03-18 10:00

上述各步驟施工時間受天氣、人員經(jīng)驗水平、各相關方配合度、設備性能狀態(tài)、組塊自身狀態(tài)、外部干涉等因素影響，往往有一定的差異,僅為平均施工效率。在進行方案編制前應充分考慮作業(yè)時所處的天氣情況,提前安排有經(jīng)驗的技術人員和施工人員進行 培訓和交底,并在重量轉(zhuǎn)移作業(yè)開始前對組塊和設備進行全方位的狀態(tài)排查,確保重量轉(zhuǎn)移施工能夠按計劃正常連續(xù)進行。

3 工程實例

東方13-2 CEPB平臺為8腿12裙樁導管架平臺,組塊采用滑道高位建造方式建造,有8根立柱、2根吊機立柱,其中外四立柱A1、B1、A4、B4位于非滑道區(qū)域,內(nèi)四立柱A2、B2、A3、B3位于滑道區(qū)域。組塊外形尺寸約101 m×46 m×27 m,浮托重量約17 254 t,DSF尺寸約48.8 m×33 m×8.84 m(不含DSU高度0.25 m),重量約1 300 t。該組塊DSF三維模型見圖3,整體三維模型示意圖見圖4。DSF結(jié)構采用由梁板柱和斜撐構成的空間剛架,在組塊滑道前側(cè)(近碼頭側(cè))進行總裝。

圖3 DSF三維模型圖

圖4 組塊整體三維模型圖

根據(jù)組塊重控報告和各工況下主腿支點反力數(shù)據(jù)計算，得到該組塊重量轉(zhuǎn)移理論下放高度421 mm,取整為450 mm,共9層(墊板厚度/支撐環(huán)板厚度50 mm),同時預留2層作為備用,即按照下放高度550 mm、11層墊板進行設備選取和工裝制作等。考慮到DSU伸出高度(250 mm)和其他數(shù)值情況,該組塊重量轉(zhuǎn)移需抽取的正常層數(shù)預計為7～9層。

該組塊稱重及重量轉(zhuǎn)移使用的設備為40 000 t精確稱重系統(tǒng),由控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等三大部分組成,可實現(xiàn)的最大稱重能力達4.8×104t,可以同步控制120個400 t千斤頂[18-19]。實際使用80個400 t千斤頂(其中8個備用),于2019年3月12日完成稱重工作,3月14日開始進行重量轉(zhuǎn)移作業(yè),3月18日完成作業(yè),實際抽取7層即完成重量轉(zhuǎn)移作業(yè),用時約90.5 h,與上述計劃及工期基本吻合。具體工期執(zhí)行情況見表3。

表3 東方13-2CEPB組塊重量轉(zhuǎn)移實際用時

抽取層實際開始時間實際完成時間實際工期/h備注第1層2019-03-14 15:002019-03-15 7:3016.50-第2層2019-03-15 7:302019-03-15 22:3015.00-第3層2019-03-15 22:302019-03-16 22:3024.00A 2腿2臺千斤頂更換第4層2019-03-17 6:002019-03-17 16:3010.50-第5層2019-03-17 16:302019-03-18 8:3010.0018日0點至6點未作業(yè)第6層2019-03-18 8:302019-03-18 17:288.97-第7層2019-03-18 17:282019-03-18 23:005.53-

大型組塊重量轉(zhuǎn)移受天氣、設備、人員經(jīng)驗水平、配合默契程度、方案成熟度、場地準備情況等因素影響,屬于重大風險作業(yè),也是進度控制的重點。關鍵路徑是由關鍵工序連接而成的線路[20]。實際執(zhí)行中隨著各方配合越來越嫻熟、人員設備磨合度加強,各層抽取作業(yè)效率逐漸提高,用時越來越短。在重量轉(zhuǎn)移開始前應根據(jù)重量轉(zhuǎn)移方案和程序，并結(jié)合施工經(jīng)驗制定一系列的工作檢查清單,根據(jù)清單逐項落實,各相關方檢查簽字確認。在東方13-2 CEPB組塊重量轉(zhuǎn)移期間,由于準備工作較充分,重量轉(zhuǎn)移工作基本按照計劃執(zhí)行,但仍出現(xiàn)了一些影響進度的問題,如在進行第3層抽取作業(yè)時,出現(xiàn)2臺千斤頂故障,需要進行更換。因此在項目前期方案確定和計劃編制時，應及時對重量轉(zhuǎn)移期間可能出現(xiàn)的風險予以識別,并采取應對措施,對關鍵設備和資源提前做好預案。

4 結(jié)論

海洋平臺組塊重量轉(zhuǎn)移能否按時順利完成直接影響后續(xù)組塊裝船作業(yè),進而影響組塊出海時間。只有將準備工作做細,對各種制約因素和風險點提前識別并采取有效措施,重量轉(zhuǎn)移工作才能按期順利實施。

本文通過對高位建造的大型組塊重量轉(zhuǎn)移方法和施工步驟進行詳細分析,制定小時計劃,定量評估重量轉(zhuǎn)移工期,并結(jié)合已成功實施的東方13-2 CEPB組塊重量轉(zhuǎn)移情況實證,為大型組塊重量轉(zhuǎn)移工期的準確評估提供了參考和依據(jù)。在后續(xù)研究中,應重點針對各種制約因素(包括風險點等),對重量轉(zhuǎn)移工期的影響進行系統(tǒng)研究,以便更準確地評估大型組塊重量轉(zhuǎn)移工期。