冒家友 劉義勇 王 紅 黃三平

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司工程建設(shè)部)

利用小型工程作業(yè)資源打撈和修復(fù)墜于320m水下半潛式平臺系泊腿的技術(shù)創(chuàng)新與實踐

冒家友 劉義勇 王 紅 黃三平

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司工程建設(shè)部)

在深入分析施工技術(shù)難點的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)創(chuàng)新,利用小型DP定位船和小功率ROV完成了墜于320m水下半潛式平臺系泊腿的打撈和修復(fù),該項海上施工作業(yè)比使用大型作業(yè)船節(jié)約工程費用約400萬美元。

小型工程作業(yè)資源 打撈和修復(fù) 320 m水深 半潛式平臺系泊腿

LH 11-1油田所在海域水深逾300m。該油田半潛式平臺采用多點系泊系統(tǒng),每條系泊腿的組成如圖1所示,包括:200m長、直徑76.20mm的安裝引鏈(存于錨鏈艙中),單位重量1.26 kN/m;221 m長、直徑120.65 mm的RQ 4級平臺鏈,單位重量3.21 kN/m;503 m長、直徑132 mm的上鋼纜,單位重量0.83 kN/m;524m長、直徑139.70mm的海底加重鏈,單位重量4.39 kN/m;122 m長、直徑132 mm的錨端纜,單位重量0.83 kN/m;400 kN大抓力錨。

圖1 LH11-1油田半潛式平臺系泊腿組成示意圖

2007年11 月在移平臺作業(yè)中,3號系泊腿全部從平臺滑落于320 m深的海床上,且引鏈和平臺鏈堆積于墜落點下方一個較小的范圍內(nèi)。半潛式平臺缺少一條系泊腿后,系泊系統(tǒng)處于不完整狀態(tài),平臺的定位安全受到威脅,移平臺作業(yè)和鉆井作業(yè)被迫停止。因此,必須盡快研究、制定出3號系泊腿的打撈、修復(fù)方案,并在臺風(fēng)季節(jié)到來之前完成打撈、修復(fù)施工,以確保平臺安全。

1 主要工程作業(yè)資源的確定

3號系泊腿的打撈、修復(fù)施工關(guān)系著半潛式平臺的安全,需要盡快實施,但2008年國內(nèi)外的工程作業(yè)資源都較緊張,很難找到合適的施工設(shè)備。經(jīng)初步分析篩選后,決定選用在LH油田復(fù)產(chǎn)項目中使用過的華發(fā)號動力定位拖輪、海洋石油709號動力定位船和Panther Plus水下機器人(ROV)(以下簡稱華發(fā)船、709船、ROV)等小型工程作業(yè)資源進行打撈和修復(fù)。

華發(fā)船(圖2)是一艘長69 m的小型DPⅡ級動力定位船,其主絞車鋼纜直徑為76 mm,最大安全工作負荷為1 000 kN。該船裝載了作業(yè)設(shè)備后甲板可作業(yè)面積不足100 m2,且船舶重心提高,干舷高度很低,穩(wěn)性余量縮小,在動力定位狀態(tài)下抗海流能力較差。因此,華發(fā)船的主要工作定為打撈作業(yè)時進行重載提升,以及打撈并棄置舊平臺鏈和舊上鋼纜,輔助709船作業(yè)。

圖2 施工作業(yè)中的華發(fā)號動力定位船

709船(圖3)是一艘長80 m的小型DPⅡ級動力定位船,其大絞車理論最大工作負荷為1 250 kN,實際最大工作負荷為1 000 kN;吊機理論工作能力為500 kN,實際最大工作負荷小于400 kN;尾部門吊理論吊載能力為1 500 kN,但吊鉤最大工作深度小于100m。甲板面積為690 m2,但有一半面積被系泊腿打撈、修復(fù)設(shè)備占用。709船定為主作業(yè)船,用于重載提升和新上鋼纜、新平臺鏈的鋪設(shè)作業(yè)。

圖3 施工作業(yè)中的海洋石油709號動力定位船

ROV(圖4)為電液控制型輕型ROV,通常用于水下調(diào)查和水下設(shè)施的無損探傷,其機械臂最大抓舉力小于0.50 kN。實際使用的ROV不帶臍帶纜管理(TM S)系統(tǒng),前進推進力為2.20 kN;拖帶300多m長的臍帶纜后,該ROV在水下作業(yè)中的抗海流能力較差。

圖4 Panther Plus水下機器人

2 施工作業(yè)程序設(shè)計

2.1 3號系泊腿掉落海底后狀況

3號系泊腿墜入海底后,200m長的引鏈堆積在一起,221 m長的平臺鏈沿原3號系泊腿走向松散堆積,引鏈與平臺鏈的接頭被埋在鏈堆下面,上鋼纜與平臺鏈間的接頭附近出現(xiàn)彎曲。

2.2 基本施工程序設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況分析,3號系泊腿的打撈和修復(fù)工作主要包括:打撈引鏈并傳送到半潛式平臺上;打撈舊平臺鏈,拆離并棄置;打撈舊上鋼纜,拆離并棄置;鋪設(shè)新上鋼纜;鋪設(shè)新平臺鏈;將新平臺鏈與引鏈連接,啟動平臺錨機張緊3號系泊腿。根據(jù)上述工作內(nèi)容設(shè)計了如下施工程序:

(1)用ROV在引鏈的上接頭處拴上水下打撈扣,然后用華發(fā)船絞車下打撈鉤與打撈扣連接并慢慢提升,同時由ROV監(jiān)測提升情況,待接頭上堆積的錨鏈全部提起后,再成回字形布放到海底,使引鏈和平臺鏈的接頭暴露出來。

(2)由ROV在引鏈和平臺鏈的接頭處拴上打撈扣,由華發(fā)船下打撈鉤與打撈扣對接后進行提升,把整個接頭打撈上華發(fā)船甲板后固定并拆下接頭,然后把舊平臺鏈放回海底,把打撈上來的引鏈傳送給半潛式平臺。

(3)利用ROV在水下分別將舊上鋼纜的上端和下端切斷,使舊上鋼纜與舊平臺鏈及海底加重鏈分離。

(4)由華發(fā)船下打撈鉤打撈舊平臺鏈的上端并進行提升,在舊平臺鏈下端離開海底50 m以上后,將華發(fā)船移到指定地點棄置舊平臺鏈。棄置時使舊平臺鏈堆積,并使其末端置于鏈堆外。

(5)由ROV在舊上鋼纜的中間拴打撈扣,利用華發(fā)船打撈并拖拉舊上鋼纜到錨位附近棄置。

(6)在海底加重鏈上端和距離上端180m處的加重鏈上分別用ROV拴上打撈扣,由709船在加重鏈上端的上方下放絞車纜及打撈鉤并與加重鏈上端打撈扣連接,由華發(fā)船在180 m處下放絞車纜和打撈鉤并與打撈扣對接。由709船絞車纜先將加重鏈上端慢慢提升100 m,然后由709船和華發(fā)船同時開始等速提升加重鏈(圖5)。

圖5 華發(fā)船和709船共同提升海底加重鏈?zhǔn)疽鈭D

在提升加重鏈的過程中,華發(fā)船和709船保持同步并沿系泊腿布設(shè)方向平行移動,保持加重鏈基本處于垂直狀態(tài)。華發(fā)船打撈鉤最終將加重鏈提升至距海面約150 m并保持在這一深度。709船將海底加重鏈的上端打撈上甲板并鎖定。

(7)在709船甲板上將新上鋼纜下端與海底加重鏈上端連接,然后開始布放新上鋼纜,同時華發(fā)船開始同步下放打撈鉤,兩條船協(xié)調(diào)下放由海底提上來的海底加重鏈。

(8)在新上鋼纜的布放過程中,沿設(shè)計路徑3號系泊腿的著泥點與709船尾水平距離保持30 m。在新上鋼纜布放完成后,連接新上鋼纜上端與新平臺鏈下端,接著布放新平臺鏈。

(9)釋放華發(fā)船左舷絞車纜并連接半潛式平臺上的引鏈下端,平臺啟動錨機釋放3號錨引鏈,同時華發(fā)船回收絞車纜,把引鏈下端打撈到華發(fā)船甲板上并固定。然后,華發(fā)船釋放右絞車纜并傳送到709船甲板上與新平臺鏈的上端連接。將新平臺鏈上端傳遞到華發(fā)船甲板上并與引鏈下端連接。

(10)將新平臺鏈上端從華發(fā)船傳遞給半潛式平臺錨機,張緊整個3號系泊腿。

3 施工作業(yè)難點及其解決措施

3.1 關(guān)鍵作業(yè)步驟載荷分析

由于作業(yè)設(shè)備能力有限,需要在船舶作業(yè)載荷和水下施工方法的復(fù)雜關(guān)系之間找到一個平衡點,基本施工程序設(shè)計時未考慮水下切割上鋼纜,致使某些作業(yè)步驟載荷過大,超過設(shè)備作業(yè)能力,因此對基本施工程序進行了反復(fù)改進。表1為不同施工程序下關(guān)鍵作業(yè)步驟船舶承受載荷的比較。設(shè)計中取動載系數(shù)DAF=1.3。

表1 不同施工程序下關(guān)鍵作業(yè)步驟船舶載荷比較(kN)

3.2 作業(yè)難點及其解決措施

3.2.1 作業(yè)載荷達到設(shè)備能力極限

從表1可以看出,施工作業(yè)時關(guān)鍵作業(yè)步驟下船舶承受的工作負荷很大,其中華發(fā)船最大載荷達到1 390 kN,而其主絞車直徑76 mm鋼纜的破斷負荷約為4 200 kN(考慮臨時性使用,取安全系數(shù)fos= 3)。但在實際工作中,在提升如此重載時華發(fā)船的穩(wěn)性和受力都已經(jīng)處于臨界狀態(tài)。為了增加穩(wěn)性余量,改善船舶受力狀況,華發(fā)船排出了數(shù)百噸淡水。在這種達到或接近設(shè)備作業(yè)能力極限的情況下,為了保證船舶安全,現(xiàn)場研究和制定了“在打撈更換3號錨腿作業(yè)中減輕華發(fā)船載荷的方案”,即通過水下切割舊上鋼纜,使舊系泊腿各部件分離,減輕了表1所示關(guān)鍵的第3、4步驟中船舶的載荷。在兩船共同提升海底加重鏈的方案設(shè)計上,把華發(fā)船對加重鏈的提升點從原方案中距加重鏈上端100m處后移到180 m處,并把華發(fā)船工作纜提升加重鏈的高度從原方案270 m下降到170 m,這樣就把更多的載荷讓709船承擔(dān),使華發(fā)船的工作負荷可以控制到1000 kN以內(nèi)。

3.2.2 雙DP船協(xié)同作業(yè)難度大

從施工作業(yè)程序中可以看出,有3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的作業(yè)必須由雙DP船協(xié)同工作才能完成,即海底加重鏈的共同提升、新上鋼纜前150m的布放、新平臺鏈從709船向華發(fā)船的傳遞。

完成海底加重鏈的提升和新上鋼纜前150m的布放總共耗時29 h。在這么長的時間內(nèi),華發(fā)船和709船始終相隔只有40 m距離,而且絞車纜的收放、船舶的移動要始終保持同步。這對兩船動力定位(DP)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作人員作業(yè)經(jīng)驗的要求都非常高。為此,采取了如下措施:①統(tǒng)一指揮,由海上施工經(jīng)理統(tǒng)一協(xié)調(diào)兩船的移位和絞車的收放工作,并做詳細記錄;②兩船DP操作員都由非常有經(jīng)驗的人員擔(dān)任,與海上施工經(jīng)理之間的聯(lián)系保持暢通;③作業(yè)前對船舶DP系統(tǒng)進行第三方檢驗以確認其狀態(tài)良好。

在新平臺鏈從709船傳送到華發(fā)船的過程中,兩船必須采取船尾對船尾、船艏180°反向的作業(yè)方式,并保持相距20m左右?？紤]到華發(fā)船在DP狀態(tài)下抗擾動能力較差,而709船的尾推進器攪動的海流和新平臺鏈傳遞時產(chǎn)生的水平拉力對華發(fā)船影響較大,使華發(fā)船定位困難,在實際作業(yè)中709船加快了絞車纜釋放速度,同時華發(fā)船加快了絞車纜提拉速度,使新平臺鏈的傳遞時間盡量縮短,并且709船在新平臺鏈傳遞結(jié)束后立即加快絞車纜的釋放,迅速進車拉開與華發(fā)船的距離,有效避免了碰撞。

3.2.3 小型ROV作為水下主作業(yè)設(shè)備

由于工程作業(yè)資源問題,在本項施工作業(yè)的大部分時間里只能利用輕型Panther PlusROV進行水下作業(yè)。為此,調(diào)整了基本施工方案,并制定了新的“無大功率工作級ROV時打撈和更換3號錨腿方案”。在方案里取消了對舊平臺鏈的兩次水下切割步驟,改為直接把舊平臺鏈打撈到華發(fā)船甲板上進行分離,這樣不僅使工作效率大大提高,同時減少了對大型ROV的依賴。缺點是華發(fā)船的打撈負荷增加較多,必須在工作初期華發(fā)船燃料艙較滿、船舶穩(wěn)性余量相對較大時進行作業(yè)。

在打撈、修復(fù)施工過程中,ROV大量用于水下拴打撈扣,共要拴7個打撈扣,并要使用重300～1 000 kN、長3～12 m的不同環(huán)形軟吊帶進行作業(yè)。由于ROV機械手的負荷能力小,無法單獨提起1 000 kN的長吊帶,所以在實際施工中使用709船的吊機下放吊帶到海底靠近拴扣位置。針對吊帶橫截面較粗,從鏈環(huán)孔穿越阻力較大的難題,在甲板上做準(zhǔn)備工作時即在吊帶頭部拴上一根直徑5 mm、長1m的導(dǎo)向桿及一條用直徑1 cm軟繩做的輔助打撈扣;在海底將吊帶一端從鏈環(huán)孔中穿過時,先由ROV作業(yè)使導(dǎo)向桿和輔助打撈扣穿過鏈環(huán)孔,然后用709船的吊機鉤勾住輔助打撈扣提拉,使吊帶從鏈環(huán)孔中穿過,克服了穿越阻力。

在本項施工過程中共需要在水下掛、脫鉤12次,這對小功率ROV來說是一項艱巨的工作。首先,水下打撈大鉤本身很重,超過1 000 N,再加上300 m長絞車鋼纜的重量,ROV根本沒有能力移動打撈鉤與打撈扣對接。為解決這一問題,在現(xiàn)場經(jīng)過多次試驗,改進水下吊索具組合設(shè)計,最后采用的方案是在絞車鋼纜端再連接一段50 m長的高強纖維纜,在纖維纜下端連接打撈鉤,這樣使絞車鋼纜和打撈鉤之間由于有纖維纜連接而更加靈活,且纖維纜在水中的重力幾乎為零,不會增大載荷。打撈鉤選用ROV專用鉤,便于ROV機械手抓握。作業(yè)中在鉤體上加裝了浮力塊,使鉤體在水中的重力減小。通過這樣的一系列方法減輕了作業(yè)載荷,滿足了用小型ROV作業(yè)的要求。

4 結(jié)束語

利用小型工程作業(yè)資源成功地完成了LH 11-1油田半潛式平臺系泊腿打撈、修復(fù)項目,比使用大型作業(yè)船節(jié)約工程費用約400萬美元。在作業(yè)過程中通過不斷摸索,反復(fù)修改完善作業(yè)方案,克服了作業(yè)設(shè)備能力“瓶頸”的限制,利用有限的工程作業(yè)資源完成了具有較高技術(shù)難度的工程項目。該項目的成功實施,開辟了海油工程“用小資源辦大事”的新途徑,也積累了海上設(shè)備打撈、修復(fù)經(jīng)驗,所采用的方法對類似工程具有很好的借鑒作用。

(編輯:張金棣)

Innova tiona l techn iquesand practica lapp lica tion on sa lvage and repa ir project of sem isubm ersib le p la tform m oor ing leg fa lling underwa ter 320m dep th by sm a lleng ineer ing resources

M ao Jiayou L iu Yiyong W ang Hong Huang Sanp ing
(Engineering D ept.ofShenzhen B ranch of CNOOC L td.,Guangdong,518052)

The falling mooring leg of semisubmersible platform was salvaged and repaired by utilizing small DP vessel and light c lass ROV through in novational techniques based on analysis of operation difficulties underwater 320 m depth.This successful operation saved about4 million US Dollars compared with using large offshore installation resources.

small engineering operations resource;salvage and repair;320m water depth;semi submersible platform mooring leg

冒家友,男,高級工程師,1991年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械制造工程專業(yè),目前從事項目管理工作。地址:深圳市蛇口工業(yè)二路海洋石油大廈B座(郵編:518052)。電話:0755-26023705。

2009-05-14