葉 茂,段夢(mèng)蘭,徐鳳瓊,汪 方,陳邦敏,胡 超,趙晨波

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)海洋油氣研究中心,北京102249;2.南陽(yáng)二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司,河南 南陽(yáng)473006;3.中國(guó)石油天然氣管道局 海洋工程分公司,河北 廊坊065000;4.中海油研究總院 結(jié)構(gòu)室,北京100027;5.中石化天然氣分公司,山東 青島266400)

S-lay型和J-Lay型鋪管船的功能擴(kuò)展研究

葉 茂1,段夢(mèng)蘭1,徐鳳瓊2,汪 方3,陳邦敏4,胡 超5,趙晨波5

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)海洋油氣研究中心,北京102249;2.南陽(yáng)二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司,河南 南陽(yáng)473006;3.中國(guó)石油天然氣管道局 海洋工程分公司,河北 廊坊065000;4.中海油研究總院 結(jié)構(gòu)室,北京100027;5.中石化天然氣分公司,山東 青島266400)

鋪管船除了具備管道鋪設(shè)功能以外,還應(yīng)該具備管道棄置回收作業(yè)以及安裝水下生產(chǎn)設(shè)施(如PLET)的功能。介紹了使用J型鋪管船來(lái)進(jìn)行管道鋪設(shè)、棄置回收及水下生產(chǎn)設(shè)施安裝的過(guò)程。基于J型鋪管方法設(shè)計(jì)了一套多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng),以解決S型鋪管船不具備安裝水下生產(chǎn)設(shè)施能力的問(wèn)題,并擴(kuò)展了J型鋪管船的相關(guān)功能。結(jié)合設(shè)計(jì)的多功能水下生產(chǎn)設(shè)施,提出了鋪管船使用此套裝置來(lái)安裝水下生產(chǎn)設(shè)施的步驟,對(duì)南海的管道鋪設(shè)和水下生產(chǎn)設(shè)施安裝具有指導(dǎo)意義。

鋪管船;水下生產(chǎn)設(shè)施;安裝;管道棄置回收

海底管道和水下生產(chǎn)設(shè)施在深海石油開(kāi)采中占有重要地位,因此管道鋪設(shè)技術(shù)及水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝技術(shù)也就成為研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。在油田規(guī)劃中,管道鋪設(shè)前后需要進(jìn)行水下生產(chǎn)設(shè)施的安裝,如今安裝工作大多依靠安裝船來(lái)進(jìn)行。此外,在管道鋪設(shè)過(guò)程中,如果遇到極端海況時(shí),鋪管船還需要對(duì)管道進(jìn)行棄置、回收。

對(duì)于J型鋪設(shè)系統(tǒng),除了具有管道鋪設(shè)能力外,其本身具備小尺寸PLET安裝與管道棄置回收的功能。S型鋪設(shè)系統(tǒng)由于有船尾托管架,限制了S型鋪管船安裝水下生產(chǎn)設(shè)施和棄置回收的功能[1]。在管道鋪設(shè)完成后,S型鋪管船需要其他輔助船只的幫助才能安裝水下生產(chǎn)設(shè)施[2]。因此,在S型鋪管的過(guò)程中引入J型模式的概念尤為重要[3-5],以滿足一艘船完成整個(gè)鋪設(shè)安裝過(guò)程的需求。不僅減少了工期,同時(shí)能夠減少船舶的動(dòng)用費(fèi)用[6-7]。

為了滿足南海開(kāi)發(fā)的需要,中海油投資建造了1艘3 000 m水深的S型半潛水起重鋪管船[8],在籌備建造1艘半潛式起重鋪管船(J型)“2×8 000 t型”[9]。為了給S型安裝鋪設(shè)和J型安裝鋪設(shè)工藝提供借鑒,本文首先總結(jié)了國(guó)外管道鋪設(shè)、棄置回收以及水下生產(chǎn)設(shè)施安裝的通用方法。由于目前我國(guó)深水安裝船舶資源緊張,所以一船多用的功能顯得尤為重要。本文結(jié)合HYSY201型和2×8 000 t型鋪管船的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了一套多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng),并提出了新的安裝方法。

1 J型鋪管船的功能

J型鋪設(shè)系統(tǒng)的主要功能有管道的鋪設(shè)、管道的棄置回收和水下生產(chǎn)設(shè)施的安裝[10-11]3個(gè)方面。

1.1 管道鋪設(shè)工藝

管道鋪設(shè)過(guò)程主要有:上管過(guò)程、角度調(diào)節(jié)過(guò)程、管道下放過(guò)程、管道對(duì)中過(guò)程、管道焊接過(guò)程、管道涂覆監(jiān)測(cè)過(guò)程等[12-13],如圖1。

1) 上管 上管系統(tǒng)將待鋪管段(或桿柱)從準(zhǔn)備機(jī)架(水平的桿柱)轉(zhuǎn)至J型鋪設(shè)塔臺(tái)(垂直的桿柱)上。實(shí)現(xiàn)該過(guò)程有多種方式,例如,吊車(chē)夾持上管、鉸鏈帶動(dòng)上管、四連桿機(jī)構(gòu)上管、液壓驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)臂上管等[14-15]。

2) 角度調(diào)節(jié) 鋪管塔的角度由鋪設(shè)管徑和水深共同決定,使用鋪管塔角度調(diào)節(jié)器不僅能調(diào)節(jié)塔臺(tái)的角度,還能對(duì)塔臺(tái)起到一定的支撐作用。目前應(yīng)用比較廣泛的有液壓缸式角度調(diào)節(jié)器和卡孔式角度調(diào)節(jié)器[16-18]2種。

3) 管道下放 管道由鋪管塔入水和將已焊接管段下放過(guò)程。管道下放方式通常分提升機(jī)配合collar(卡瓦基座)下放和張緊器下放2種。

4) 管道對(duì)中工藝 是已鋪設(shè)管段和待鋪設(shè)管段的對(duì)中過(guò)程。這個(gè)過(guò)程主要由外部對(duì)中器和內(nèi)部對(duì)中器共同作用。

5) 管道焊接 是將已鋪設(shè)管段和待鋪設(shè)管段對(duì)中后進(jìn)行焊接的過(guò)程。焊接分為自動(dòng)焊接和人工焊接2種形式。

6) 管道涂覆檢測(cè) 對(duì)焊接完的管道進(jìn)行探 傷、并對(duì)管段進(jìn)行涂覆作業(yè)。

圖1 J-lay型鋪管船管道鋪設(shè)工藝

1.2 管道棄置回收工藝

在管道鋪設(shè)過(guò)程中,當(dāng)惡劣天氣來(lái)的時(shí)候要將管段棄置到海底,適合J型鋪設(shè)系統(tǒng)的棄置回收過(guò)程為[19-21](如圖2):

圖2 J-lay型鋪管船的管道棄置回收工藝

1) 下放A&R線 開(kāi)啟絞車(chē),并將A&R線導(dǎo)入塔架頂部的滑輪組上,下放A&R線。

2) 移至焊接站 將浮筒和A&R拖拉接頭運(yùn)輸?shù)胶附诱尽?/p>

3) 連接A&R插頭和大鉤 待A&R線下放到指定區(qū)域,使用小型吊機(jī)起吊和調(diào)整大鉤的方位,在工作人員幫助下,用銷(xiāo)軸連接A&R插頭與大鉤。

4) 連接A&R大鉤和浮筒 首先使用船上的吊機(jī)起吊浮筒,待浮筒底端的鋼絲繩與A&R大鉤高度一致時(shí),將鋼絲繩固定在大鉤中,此時(shí),緩慢下放吊機(jī)纜繩直到浮筒與地面平行時(shí),回收A&R線以提升浮筒,并逐漸將浮筒重力完全轉(zhuǎn)移到A&R線上,然后解除吊機(jī)線。

5) 連接A&R線與A&R拖拉接頭 通過(guò)鎖具來(lái)連接A&R線與A&R拖拉接頭。

6) 對(duì)接A&R拖拉接頭與管段 將A&R拖拉接頭與管段第2端對(duì)齊后進(jìn)行焊接。

7) 張力轉(zhuǎn)換 摩擦夾具夾持著管道,維持管道的張力,A&R纜繩此時(shí)處于不受力狀態(tài)。隨著摩擦夾具施加于管道上的張緊力的減小,A&R纜繩的拉力逐漸增大,直到拉力全部由A&R絞車(chē)承受,摩擦夾具的懸管夾張開(kāi),管道在基本保持恒定張力的狀態(tài)下入水。A&R線緩慢下放,以確保浮筒不受損傷。在管段和浮筒全都入水以后,使用A&R線限位裝置限制A&R線的大幅度擺動(dòng)。

8) 繼續(xù)下放 下放管道直到海底,當(dāng)棄置浮筒段與垂直線成60°時(shí),通過(guò)水下ROV解除A&R大鉤與浮筒上端鋼絲繩連接。

管道回收過(guò)程是管道棄置過(guò)程的逆過(guò)程,為了保證管道在棄置回收過(guò)程中的形態(tài),需要在此過(guò)程中配合移船的過(guò)程。

1.3 水下生產(chǎn)設(shè)施安裝工藝

管線終端(Pipeline End Terminal,以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLET)、WSA(Wye Sled Assembly)、ILS(in-linesled)是海底連接系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,主要用于實(shí)現(xiàn)管線與水下生產(chǎn)設(shè)施之間的連接。使用J-lay鋪設(shè)系統(tǒng)安裝 PLET[22-24]、WSA[25-26]、ILS[27]是J-lay鋪管方式獨(dú)有的功能。PLET安裝主要有第1端安裝與第2端安裝2種形式。

1.3.1 PLET第1端安裝(如圖3)

圖3 J-lay型鋪管船水下生產(chǎn)設(shè)施安裝工藝

1) 調(diào)整PLET姿態(tài) 使用PLET操作系統(tǒng)將PLET從水平方向豎立。

2) 啟動(dòng)鋪管程序 將流動(dòng)管線送至鋪管塔工作臺(tái),安裝止屈器和陽(yáng)極塊。

3) 對(duì)接PLET與管道 將PLET放置在管線下部,頂部端口和管線上端對(duì)齊,進(jìn)行法蘭連接或者焊接。

4) 下放整體結(jié)構(gòu) 使用提升器或者張緊器提升PLET,PLET操作裝置復(fù)位。

5) 繼續(xù)啟動(dòng)鋪管程序 繼續(xù)正常的鋪管程序,直到PLET的接近海底。

6) 調(diào)整PLET的姿態(tài) 將輔助纜繩連接到PLET上,把PLET拉至水平,打開(kāi)PLET防沉板,將抑制線的自由端連接到ROV大鉤,將PLET著陸到目標(biāo)區(qū),并進(jìn)行基本的測(cè)量以確定PLET的位置、朝向和傾斜度,斷開(kāi)輔助纜繩,準(zhǔn)備執(zhí)行后續(xù)工作。

7) 繼續(xù)啟動(dòng)鋪管作業(yè),直到管道鋪設(shè)完成。

1.3.2 PLET第2端安裝

1) 回收海底管線 利用J-lay鋪設(shè)系統(tǒng)將回收海底管線,將管線懸掛在固定裝置上。

2) PLET就位 使用鋪管船上的吊機(jī)起吊PLET,并將PLET運(yùn)送到焊接站。

3) 對(duì)接PLET與管道 將PLET的底部與管線第2端對(duì)準(zhǔn),進(jìn)行法蘭連接或焊接。

4) 下放PLET與管段 將A&R線連接在PLET第1端,回收A&R線以提升整體結(jié)構(gòu),打開(kāi)固定裝置,將張力逐漸由摩擦夾具轉(zhuǎn)移到A&R線上,緩慢下放PLET與管線到海面。

5) 下放到海底 在繼續(xù)下放過(guò)程中,打開(kāi)A&R限位裝置防止PLET安裝過(guò)程中大幅度的擺動(dòng)。下放PLET到海底,在下放的過(guò)程中,需要配合移船的過(guò)程。

1.3.3 WSA(ILS)安裝(如圖3)

1) 固定管線 將已鋪設(shè)管線固定在hang-off table上。

2) WSA(ILS)就位 將WSA(ILS)通過(guò)吊機(jī)運(yùn)送到J-lay塔架。

3) 對(duì)接設(shè)施與管線 將WSA(ILS)的下端與已鋪設(shè)管線通過(guò)法蘭或者焊接進(jìn)行連接。

4) 滑移懸掛臺(tái)(hang-off table) 通過(guò)懸掛臺(tái)將整體結(jié)構(gòu)運(yùn)送至焊接站外。

5) 下放整體結(jié)構(gòu) 開(kāi)啟懸掛臺(tái),通過(guò)吊機(jī)下放整體結(jié)構(gòu)一段距離,為上部待焊接管段提供足夠空間。

6) 滑移懸掛臺(tái) 關(guān)閉懸掛臺(tái),將懸掛臺(tái)滑移到焊接站。

7) 對(duì)接設(shè)施與管線 對(duì)接WSA(ILS)的上端與待鋪管段,進(jìn)行法蘭或者焊接連接。

8) 繼續(xù)管道鋪設(shè)工作,直到WSA(ILS)安裝到水底,在鋪設(shè)過(guò)程中配合移船和J-lay塔架調(diào)節(jié)操作。

通過(guò)以上總結(jié)可以看出:J型鋪管船具備管道鋪設(shè)功能、具備管道棄置回收功能,小尺寸的水下生產(chǎn)設(shè)施安裝功能。對(duì)于大尺寸的水下生產(chǎn)設(shè)施,則需要采用單獨(dú)設(shè)計(jì)的裝置來(lái)進(jìn)行安裝。

2 S型鋪管船功能

S型鋪管船的作業(yè)流水線(如管道傳送、管段焊接、管道涂覆等)呈水平布置,所有操作都在甲板上完成,并且擁有多個(gè)焊接站,所以S型鋪管船的管道鋪設(shè)速度要高于J型鋪管船管道鋪設(shè)速度。

2.1 管道棄置回收工藝

管線棄置前,首先在管道第二端焊接A&R拖拉接頭,然后A&R大鉤與A&R拖拉接頭連接。鋪管船前移,管道的張力逐漸由張緊器轉(zhuǎn)移至A&R絞車(chē)提供。管道完全脫離張緊器后,將帶有浮漂的吊帶連接至A&R拖拉接頭,然后A&R絞車(chē)放纜,管道在基本保持恒張力的狀態(tài)下入。管道下放至海底后,A&R絞車(chē)?yán)|繩與A&R拖拉接頭脫離,棄管完畢,此時(shí),吊帶在浮漂的作用下懸浮于水中。如圖4。

圖4 S-lay型鋪管船管道棄置回收工藝

2.2 水下生產(chǎn)設(shè)施安裝工藝

S型鋪管船安裝水下生產(chǎn)設(shè)施時(shí),由于有托管架的存在,水下生產(chǎn)設(shè)施不易通過(guò)托管架,使得水下生產(chǎn)設(shè)施的安裝比較困難,安裝需要對(duì)PLET以及防沉板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì),或使用安裝船舶來(lái)進(jìn)行安裝。如圖5。

在管道棄置回收過(guò)程中,浮筒無(wú)法通過(guò)托管架,只能在管道脫離(回收至)托管架后安裝(拆卸)浮筒。此外,S型鋪管船無(wú)法單獨(dú)安裝水下生產(chǎn)系統(tǒng)。

圖5 S-lay型鋪管船PLET安裝過(guò)程

3 多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)S型鋪設(shè)船不能進(jìn)行水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝和不能方便地進(jìn)行管道棄置回收作業(yè),以及J型鋪管船不能單獨(dú)安裝大尺寸的水下生產(chǎn)系統(tǒng)和J型鋪設(shè)系統(tǒng)塔架提供的棄置回收作業(yè)空間狹小而導(dǎo)致棄置回收過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題。設(shè)計(jì)了一套多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng)。使得無(wú)論S型還是J型鋪管船都能單獨(dú)地進(jìn)行水下生產(chǎn)設(shè)施的安裝和便捷的進(jìn)行管道的棄置回收工作。所設(shè)計(jì)的多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng)如圖6～7所示。

圖6 多功能水下生產(chǎn)設(shè)施總體組成

圖7 多功能水下生產(chǎn)設(shè)施局部構(gòu)件

頂部滑輪將A&R線導(dǎo)入到工作臺(tái)上,主要是起導(dǎo)向作用。上工作平臺(tái)在PLET安裝的過(guò)程中,能夠?qū)LET進(jìn)行輔助定位,此外,還能進(jìn)行一些其他輔助操作。主體塔架用來(lái)支撐整個(gè)工作平臺(tái),采用桁架式結(jié)構(gòu)保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,與甲板連接處采用柱腿式結(jié)構(gòu),以減小工作平臺(tái)在甲板上的占地面積。下工作平臺(tái)在作業(yè)過(guò)程中為對(duì)接工作、浮筒安裝、鎖具安裝等輔助操作提供工作平臺(tái)。管道的固定裝置用來(lái)在操作過(guò)程中,對(duì)不同尺寸的管道進(jìn)行固定,方便管道與其他設(shè)備對(duì)接。管道限位裝置用來(lái)限制管道在船舶運(yùn)動(dòng)和風(fēng)浪流作用下出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng),從而保證焊接或者其他操作的穩(wěn)定性和操作精度?？焖龠B接接頭用來(lái)快速連接或者拆卸主體塔架與甲板之間的連接,使得主體塔架能夠很方便地拆卸從而為甲板上的操作提供更大空間。此外,快速連接機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠減小主體塔架與甲板之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。A&R限位系統(tǒng)用來(lái)在作業(yè)過(guò)程中對(duì)A&R線進(jìn)行限位,防止A&R線出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng)以保證安裝的準(zhǔn)確性。PLET定位孔用來(lái)在PLET安裝的過(guò)程中對(duì)PLET進(jìn)行定位,以便于PLET和管道進(jìn)行對(duì)接。

所設(shè)計(jì)的多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、占地面積小、便于拆卸等特點(diǎn),同時(shí)能夠保證PLET的精確定位、限制管道大幅度的擺動(dòng),保證對(duì)接的準(zhǔn)確性、限制A&R線大幅度的擺動(dòng)保證安裝的準(zhǔn)確性、滿足不同管徑的管道的固定需求、并為輔助操作提供了專(zhuān)門(mén)工作平臺(tái)等功能。

4 新的安裝方法

4.1 管道棄置回收步驟

由于管道回收過(guò)程是管道棄置過(guò)程的逆過(guò)程,本文以管道的棄置過(guò)程為例:

1) 在甲板上(S型鋪管船)或是在J型鋪設(shè)系統(tǒng)塔架內(nèi))在管道第2端安裝A&R拖拉接頭,安裝止屈器和陽(yáng)極塊。

2) 使用吊機(jī)將管道吊裝到管道固定裝置上。

3) 閉合管道固定裝置和管道限位裝置,以防止管道大幅度的擺動(dòng)。

4) 將立管頭與浮筒通過(guò)鎖具和三角板連接。

5) 使用吊機(jī)線連接浮筒上端。

6) 當(dāng)連接完畢后打開(kāi)固定裝置和管道限位裝置,下放管道。

7) 當(dāng)下放到水面一定高度后,使用吊機(jī)將管道轉(zhuǎn)移到頂部滑輪下端并將A&R絞車(chē)線連接在三角板上,并逐漸增加其提供張力大小。

8) 待管道所有的重力由A&R線承擔(dān)時(shí),釋放吊機(jī)線,并打開(kāi)A&R線限位裝置。

9) 直到管道下放到海底,釋放A&R線,完成管道的棄置過(guò)程。

4.2 PLET的安裝步驟

1) S型鋪管船第1端安裝PLET。

S型鋪管船進(jìn)行第1端安裝PLET時(shí),PLET的防塵板須采用特殊的結(jié)構(gòu),最后將PLET通過(guò)托管架安裝的水底。

2) J型鋪管船第1端安裝PLET。

①吊機(jī)起吊并調(diào)整PLET的姿態(tài),將PLET支架插入PLET定位孔中。

②對(duì)接待鋪管段與PLET;整體結(jié)構(gòu)下放,繼續(xù)管段對(duì)接工作,直到PLET接近水面。

③使用吊機(jī)將整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至J-lay塔架。

④將管道上端固定至張緊器或者固定裝置。

⑤繼續(xù)管道鋪設(shè)作業(yè),直到PLET完全被下放到指定區(qū)域。

3) 第2端安裝方法(S型和J型鋪管船均適用)。

①將已鋪設(shè)管段通過(guò)吊機(jī)運(yùn)送到管道固定裝置上,打開(kāi)管道限位裝置,以防止管道大幅度的擺動(dòng)。

②使用吊機(jī)將PLET塔架吊起,調(diào)整PLET姿態(tài),并將PLET支架插入PLET定位孔中,同時(shí)使用頂部工作臺(tái)來(lái)輔助定位,完成PLET與管段對(duì)接。

③待對(duì)接完畢后,開(kāi)啟管道固定裝置與管道限位裝置,將吊機(jī)和A&R線使用三角板和鎖具分別連接在PLET上,使用吊機(jī)下放整體結(jié)構(gòu)。

④在下放過(guò)程中,逐漸增大A&R線的張力,并將管段的張力逐漸由吊機(jī)轉(zhuǎn)移到A&R線上,當(dāng)所有的重力都轉(zhuǎn)移到A&R線上后,開(kāi)啟A&R線限位裝置,以限制PLET在安裝的過(guò)程中出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng)。

⑤打開(kāi)PLET防沉板,將控制線的自由端連接到ROV大鉤。

⑥將PLET著陸到目標(biāo)區(qū),并進(jìn)行基本的測(cè)量以確定PLET的位置、朝向和傾斜度,斷開(kāi)輔助纜繩,準(zhǔn)備執(zhí)行后續(xù)工作。

4.3 水下生產(chǎn)設(shè)施的安裝步驟

1) 吊機(jī)將已鋪設(shè)管段轉(zhuǎn)移到管道固定裝置上。

2) 打開(kāi)管道限位裝置,限制管道大幅度的振動(dòng)。

3) 起吊并調(diào)整 WSA(ILS)姿態(tài),對(duì)接 WSA(ILS)下端與固定在固定裝置上的管道。

4) 打開(kāi)固定裝置,打開(kāi)限位裝置,使用吊機(jī)將整體結(jié)構(gòu)運(yùn)送至J型鋪設(shè)系統(tǒng)塔架或托管架。

5) 繼續(xù)進(jìn)行管道鋪設(shè)作業(yè),直到WSA(ILS)安裝到海底。

5 新方法的優(yōu)點(diǎn)

5.1 管道棄置回收過(guò)程

1) S型鋪管船 將浮筒的安裝由水下轉(zhuǎn)移到了水上,使得浮筒的安裝和拆卸工作較為方便,同時(shí)減小了水下操作,保證了操作穩(wěn)定性;將水平操作轉(zhuǎn)化成了豎直方向的操作,大幅減小了A&R線的張力,保證了操作的安全性。

2) J型鋪管船 將焊接、安裝A&R拖拉接頭、安裝浮筒等操作都從塔架內(nèi)部轉(zhuǎn)移到了甲板上,使得操作具有足夠的空間,從而保證操作的穩(wěn)定性;完全避免了浮筒在下放的過(guò)程中與塔架結(jié)構(gòu)物之間碰撞而造成的浮筒或者結(jié)構(gòu)物的損壞;將操作引入到甲板上,管道張力完全由多功能塔架承受,保證了J型鋪設(shè)系統(tǒng)的安全性。

5.2 PLET安裝

1) S型鋪管船 第1端安裝方法都一樣。S型鋪管船在進(jìn)行PLET第2端安裝方法中,PLET不用再通過(guò)托管架和張緊器,確保了PLET以及托管架的結(jié)構(gòu)安全;將水平操作轉(zhuǎn)化為豎直方向的操作,大幅減小了A&R線的張力大小,提高了操作安全性。

2) J型鋪管船 首端安裝中,不再需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的、多自由度的PLET操作系統(tǒng),使得操作變得簡(jiǎn)單。使用J型鋪管船在進(jìn)行第2端安裝中,PLET的安裝大小不再受到塔內(nèi)結(jié)構(gòu)的限制;完全避免了PLET在下放的過(guò)程中與塔架結(jié)構(gòu)物之間碰撞而造成的PLET或者結(jié)構(gòu)物的損害;將操作轉(zhuǎn)移到甲板上,結(jié)構(gòu)重力完全由多功能塔架承受,保證了J型鋪設(shè)系統(tǒng)的安全性。

5.3 水下生產(chǎn)設(shè)施安裝(WSA/ILS)

1) S型鋪管船 對(duì)于如 WSA(ILS)細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu),將水平方向操作轉(zhuǎn)化為豎直方向操作,減小了甲板占地面積;WSA(ILS)不再需要通過(guò)張緊器和A&R線提供張力。

2) J型鋪管船 對(duì)于如 WSA(ILS)細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu),將塔內(nèi)豎直方向操作轉(zhuǎn)化為甲板豎直方向操作,為WSA(ILS)提供了更大的操作空間,解決了J型鋪設(shè)系統(tǒng)塔架結(jié)構(gòu)緊湊,空間狹小,不能方便安裝WSA(ILS)等問(wèn)題;不再需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的PLET操作系統(tǒng)。

6 結(jié)論

1) 設(shè)計(jì)的多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng)能夠使S型鋪管船很方便地進(jìn)行管道棄置回收作業(yè)和水下生產(chǎn)設(shè)施安裝作業(yè);能夠讓J型鋪管系統(tǒng)便捷地進(jìn)行管道棄置回收工作,并能夠安裝大尺寸的水下生產(chǎn)設(shè)施,擴(kuò)展了S-lay和J-lay鋪管船的功能。

2) 在鋪管船安裝此裝置后,只需鋪管船就能進(jìn)行管道棄置回收與水下生產(chǎn)設(shè)施的安裝工作,不需要其他安裝船進(jìn)行輔助,能夠在一定程度上縮短工期和減小開(kāi)發(fā)成本。此外,裝備此套裝置后,不再需要A字架來(lái)輔助下放和安裝結(jié)構(gòu)物,也不再需要PLET操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行PLET和水下生產(chǎn)設(shè)施的安裝,同時(shí)將水下操作都轉(zhuǎn)移到了水上,增加了操作的穩(wěn)定性。

3) 基于設(shè)計(jì)的多功能水下生產(chǎn)設(shè)施安裝系統(tǒng),提出了相應(yīng)的管道棄置回收和水下生產(chǎn)設(shè)施安裝步驟,希望能為后期HYSY201型鋪管船和2×8 000 t型鋪管船配置及南海作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。

4) 本文只對(duì)多功能水下生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行了基本設(shè)計(jì),下一步要開(kāi)展模型試驗(yàn)研究,通過(guò)試驗(yàn)研究來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安全性以及所提出水下生產(chǎn)設(shè)施安裝工藝的可行性。

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Research on the Functions Enlargement of S-lay and J-lay Vessel

YE Mao1,DUAN Meng-lan1,XU Feng-qiong2,WANG Fang3,CHEN Bang-min4,HU Chao5,ZHAO Chen-bo5
(1.Of fshore Oil and Gas Research Center,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;

2.RG Petro Machinery(Group)Co.,Ltd.,Nanyang 473006,China;3.Offshore Branch,China Petrolum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China;4.Structure Department,Cnooc Research Institute,Beijing 100027,China;5.Gas Branch of Sinopec,Qingdao 266400,China.)

Besides the function of pipe-laying,the pipe-laying vessels are to have other functions,such as recovering and abandonment of pipelines,installation of SPFs(subsea production facilities),et al.J-lay vessels are usually constructed with these functions and corresponding procedures are introduced in the first part of the paper as conducting these processes,and then a multifunctional SPF installation system,which is designed based on the concept of J-Lay mode,is developed.This system enables the S-Lay vessels to have the ability to install SPFs and also could expand the capability of J-Lay vessels.Combining with the designed system,corresponding procedures for SPFs’installation are proposed.The designed system and proposed procedures in this paper could provide guidance for the installation of pipelines and SPFs in SCS.

pipe-lay vessel;subsea production facilities;installation system;abandon&recovery of pipeline

TE95

A

1001-3482(2014)02-0007-08

2013-08-15

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)“深海柔性結(jié)構(gòu)的非線性流固耦合振動(dòng)與破壞機(jī)理”(2011CB013702);國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“深水鋪管起重船及配套工程技術(shù)”(2011ZX05027-002)

葉 茂(1986-),男,湖北仙桃人,博士生研究生,主要從事海洋石油裝備設(shè)計(jì)及海底管道鋪設(shè)理論研究,E-mail:ymzhangquan@163.com。