(中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司， 廣東 湛江 524057)

0 引 言

潿洲6-13油田按照“依托設(shè)施”開發(fā)理念，依托附近的潿洲12-1PUQB平臺(tái)進(jìn)行低成本滾動(dòng)開發(fā)[1]。潿洲6-13油田不設(shè)油水處理設(shè)施，開采出的油水混合物通過(guò)混輸軟管直接輸送至潿洲12-1PUQB平臺(tái)進(jìn)行處理，潿洲12-1PUQB平臺(tái)輸送生產(chǎn)水至潿洲6-13油田進(jìn)行回注，同時(shí)為潿洲6-13油田供應(yīng)電力。為實(shí)現(xiàn)該開發(fā)模式，需在潿洲12-1PUQB平臺(tái)上新增2根立管和1根電纜護(hù)管。

潿洲12-1PUQB平臺(tái)共有8根樁腿，在其中4個(gè)角(東北、東南、西北、西南)樁腿上各預(yù)留1根立管支撐。潿洲12-1PUQB平臺(tái)屬于中心平臺(tái)，平臺(tái)四周布置眾多海底管線，新敷底管線在路由選擇和方向選擇上條件苛刻。由于潿洲6-13油田在潿洲12-1PUQB平臺(tái)的東北方向，若利用平臺(tái)西北、西南角兩處樁腿的預(yù)留支撐，需跨越眾多管線，管纜路徑的設(shè)計(jì)難度和海上敷設(shè)難度大，且會(huì)影響平臺(tái)的上部設(shè)施安全；若只利用平臺(tái)東北、東南角兩處預(yù)留的支撐，采用傳統(tǒng)方法安裝立管，需動(dòng)用作業(yè)船[2]，且支撐數(shù)量無(wú)法滿足要求，需要再增加1套管卡支撐和管卡系統(tǒng)，這樣會(huì)給現(xiàn)有平臺(tái)帶來(lái)額外的載荷，同時(shí)也會(huì)增加材料，增大海上施工難度。

根據(jù)潿洲12-1PUQB平臺(tái)樁腿預(yù)留的立管支撐的布置情況，結(jié)合平臺(tái)現(xiàn)狀，提出“一卡三管”創(chuàng)新技術(shù)，即只利用東北方向樁腿上的1套立管預(yù)留支撐，設(shè)計(jì)1套合適的立管管卡系統(tǒng)，滿足同時(shí)增加2根立管和1根護(hù)管的需求，2根立管和1根護(hù)管均從潿洲12-1PUQB平臺(tái)的東北方向上平臺(tái)。同時(shí)，優(yōu)化立管安裝方案，采取合理的立管懸掛、分段設(shè)計(jì)，充分利用平臺(tái)吊機(jī)能力并巧妙布置提拉絞車等，在無(wú)需作業(yè)船協(xié)助的情況下順利安裝立管管卡及立管，有效解決“一卡三管”方案中遇到的管卡質(zhì)量較大、安裝精度要求高、多根立管安裝相互影響等問(wèn)題，推動(dòng)油田的滾動(dòng)開發(fā)。

1 “一卡三管”技術(shù)

“一卡三管”創(chuàng)新技術(shù)，即只利用潿洲12-1PUQB平臺(tái)東北角樁腿上的預(yù)留支撐，設(shè)計(jì)一套強(qiáng)度能同時(shí)滿足2根立管和1根護(hù)管安裝的管卡系統(tǒng)。平臺(tái)東北角1根樁腿從上到下共有7個(gè)預(yù)留支撐，需安裝7個(gè)“一拖三”式的立管卡子固定立管和護(hù)管。平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)立管安裝位置如圖1和圖2所示。

圖1 潿洲12-1PUQB平臺(tái)簡(jiǎn)圖-立管安裝位置

圖2 潿洲12-1PUQB平臺(tái)俯視簡(jiǎn)圖-立管安裝所在樁腿

采用“一卡三管”技術(shù)，需對(duì)新增立管和護(hù)管對(duì)潿洲12-1PUQB平臺(tái)的影響和詳細(xì)的施工方案展開深入研究。潿洲12-1PUQB平臺(tái)是生產(chǎn)平臺(tái)，各項(xiàng)研究需結(jié)合潿洲12-1PUQB平臺(tái)現(xiàn)階段生產(chǎn)、設(shè)備檢查和平臺(tái)改造等各種情況綜合考慮?！耙豢ㄈ堋奔夹g(shù)運(yùn)用的各項(xiàng)研究指標(biāo)主要包括靜載荷強(qiáng)度、震動(dòng)強(qiáng)度、疲勞壽命，以及導(dǎo)管架樁基承載能力等4項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

1.1 靜載荷強(qiáng)度

增加立管及附屬結(jié)構(gòu)后，平臺(tái)靜載荷會(huì)相應(yīng)增加，應(yīng)重新校核，保證在標(biāo)準(zhǔn)工況和極端風(fēng)暴條件(通常以平臺(tái)在正常運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)的一年周期內(nèi)，一般情況下的海浪、涌流和風(fēng)暴情況作為標(biāo)準(zhǔn)工況；選取平臺(tái)遭受百年一遇的巨浪、海水涌流和風(fēng)暴情況作為極端風(fēng)暴條件工況，在極端風(fēng)暴條件下允許整體應(yīng)力增加不超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的三分之一)下，平臺(tái)的靜載荷強(qiáng)度UC值不超過(guò)1.0。靜載荷強(qiáng)度主要受波浪和風(fēng)暴強(qiáng)度影響，而南海水深、域廣、風(fēng)大、浪大，選取適當(dāng)?shù)墓r數(shù)據(jù)進(jìn)行校核尤為重要。

1.2 震動(dòng)強(qiáng)度

平臺(tái)的震動(dòng)方式主要有2種，一種是由平臺(tái)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的，另一種則是由地震引起的。設(shè)備震動(dòng)產(chǎn)生的影響可通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)備狀態(tài)和增加一定的結(jié)構(gòu)來(lái)控制，而地震帶動(dòng)的平臺(tái)震動(dòng)破壞相對(duì)更大，平臺(tái)在設(shè)計(jì)階段會(huì)考慮地震因素，因此具備一定的抗震能力。運(yùn)用“一卡三管”技術(shù)會(huì)使立管、護(hù)管和相應(yīng)物流介質(zhì)的載荷均集中在單一樁腿上，平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和受力會(huì)產(chǎn)生變化，需基于API RP2A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平臺(tái)抗震能力重新校核，確保震動(dòng)強(qiáng)度滿足要求。

1.3 疲勞壽命

平臺(tái)設(shè)計(jì)的疲勞壽命約為設(shè)計(jì)使用年限的2.5倍。潿洲12-1PUQB平臺(tái)的設(shè)計(jì)使用年限標(biāo)準(zhǔn)為30 a，設(shè)計(jì)疲勞壽命標(biāo)準(zhǔn)為76 a。在平臺(tái)樁腿上增加立管及附屬結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上加速平臺(tái)裂紋和裂紋群的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)部件破壞，降低平臺(tái)疲勞壽命。為保證在增加立管及附屬結(jié)構(gòu)后平臺(tái)疲勞壽命仍能滿足要求，將立管及附屬結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)添加到疲勞校核中。

1.4 樁基承載能力

平臺(tái)導(dǎo)管架樁基承載能力直接決定“一卡三管”技術(shù)運(yùn)用的可行性。運(yùn)用“一卡三管”技術(shù)增加平臺(tái)東北角樁腿的軸向和橫向載荷，需要重新校核樁腿本身及泥基面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，變形應(yīng)在容許范圍內(nèi)。

1.5 校核結(jié)果

分析和計(jì)算表明，在潿洲12-1PUQB平臺(tái)東北角樁腿上運(yùn)用“一卡三管”技術(shù)安裝立管和護(hù)管可行。具體校核結(jié)果如表1所示。

表1 “一卡三管”技術(shù)安裝立管和護(hù)管相關(guān)校核結(jié)果

圖3 立管卡子安裝簡(jiǎn)圖(俯視)

1.6 管卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

混輸立管A和注水立管C為雙層管，比電纜護(hù)管B重，將電纜護(hù)管B布置在另外兩根立管中間，避免管卡結(jié)構(gòu)偏心而增加不必要的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)。同時(shí)，考慮到混輸海管、注水海管的海底路由布置，以及平臺(tái)上工藝管道下游設(shè)備、注水管上游設(shè)備布置便利等因素，最終確定將混輸立管A布置在北側(cè)，將注水立管C布置在南側(cè)。管卡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

2 “一卡三管”應(yīng)用

應(yīng)用“一卡三管”技術(shù)進(jìn)行立管安裝，主要存在幾個(gè)難點(diǎn)：

(1) 對(duì)預(yù)制件的精度要求高。立管卡子和立管在陸地預(yù)制完成后，經(jīng)過(guò)多次調(diào)運(yùn)、裝車、裝船等，容易發(fā)生形變，從而導(dǎo)致立管卡子無(wú)法安裝進(jìn)預(yù)留法蘭盤，或?qū)е旅慷瘟⒐軣o(wú)法通過(guò)法蘭緊密連接。材料在陸地進(jìn)行預(yù)制時(shí)，必須精準(zhǔn)控制尺寸誤差[3]。當(dāng)預(yù)制完成后，在吊運(yùn)和運(yùn)輸過(guò)程中設(shè)置足夠的支撐，以避免產(chǎn)生受力變形及與其他構(gòu)件互相干涉。

(2) 吊裝難度大。由于平臺(tái)吊機(jī)下放吊鉤的極限位置距立管安裝指定位置仍較遠(yuǎn)，需利用絞車和浮力袋將每個(gè)立管卡子和每根管段吊裝至指定安裝位置。由于安裝的位置在最靠外側(cè)樁腿的外面，施工人員在平臺(tái)上的任一位置都無(wú)法有效觀測(cè)吊裝時(shí)預(yù)制件與樁腿或附近斜拉筋的情況，需要潛水人員在海面上做指示牽引。

(3) 受海況影響大。在安裝過(guò)程中需動(dòng)用平臺(tái)吊機(jī)、絞車和拖船，這些作業(yè)設(shè)備受海況影響大，在海況不好的情況下會(huì)影響安裝精度，容易出現(xiàn)返工，浪費(fèi)人力物力。因此，需要在好的天氣狀況下進(jìn)行安裝，并提前做預(yù)案。

2.1 立管卡子安裝

在海上吊裝立管卡子前，應(yīng)固定立管卡子合頁(yè)，避免在吊裝時(shí)合頁(yè)開合與其他構(gòu)件干涉碰撞。按照立管卡子安裝要求提前系好吊裝吊帶，立管卡子上系好浮力袋方便水下轉(zhuǎn)運(yùn)。因立管卡子在水面需要經(jīng)過(guò)兩次轉(zhuǎn)運(yùn)，吊帶上應(yīng)準(zhǔn)備足夠的卸扣以便潛水員在水下進(jìn)行鋼絲繩連接。在立管卡子下放過(guò)程中，潛水員應(yīng)時(shí)刻關(guān)注卡子位置，避免卡子與導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉?？ㄗ拥竭_(dá)預(yù)定安裝位置后，若與安裝位置有較大距離，可利用手拉葫蘆等工具將卡子牽引至安裝位置，再安裝螺栓。在安裝螺栓前，潛水員應(yīng)認(rèn)真檢查立管卡子與安裝位置的角度，將立管卡子角度調(diào)整到最佳位置，避免安裝時(shí)螺栓孔錯(cuò)開產(chǎn)生角度差。

2.2 立管和護(hù)管安裝

立管及護(hù)管預(yù)制件上吊點(diǎn)的設(shè)置異常關(guān)鍵，由于每段立管、電纜護(hù)管長(zhǎng)度均在10 m以上，如果吊點(diǎn)的位置設(shè)置不合適，在吊裝過(guò)程中，立管、電纜護(hù)管很可能會(huì)發(fā)生彎折甚至與樁腿碰撞產(chǎn)生大幅變形，更應(yīng)避免預(yù)制件與吊點(diǎn)脫開掉落，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在每天開展作業(yè)前，需重點(diǎn)關(guān)注當(dāng)天的海況，根據(jù)海況及每天的施工進(jìn)度，合理安排施工作業(yè)內(nèi)容。在作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)海況條件不適宜時(shí)，應(yīng)立刻中斷作業(yè)，并有條不紊地整理現(xiàn)場(chǎng)，待條件允許時(shí)再重新開展作業(yè)。

由于平臺(tái)吊機(jī)的吊裝范圍一般覆蓋不到4個(gè)角的樁腿位置，所以還需要在平臺(tái)合適位置安裝絞車，方便移動(dòng)立管及護(hù)管[4]，并在立管就位位置的正上方設(shè)置吊點(diǎn)及手拉葫蘆，如圖4所示。提前將立管放置在平臺(tái)的吊裝區(qū)，詳細(xì)的立管及護(hù)管安裝步驟如下：

圖4 潿洲12-1PUQB平臺(tái)北面?zhèn)纫暫?jiǎn)圖

(1) 利用平臺(tái)吊機(jī)，將立管吊置于油田作業(yè)拖船上，拖船將立管運(yùn)至平臺(tái)北面適當(dāng)位置。

(2) 安排人員到拖船上為立管調(diào)整配扣并綁扎吊帶、浮力袋、導(dǎo)向繩等。

(3) 利用平臺(tái)吊機(jī)將立管吊裝到水面。

(4) 潛水員下水，將預(yù)留在立管上的浮力袋充氣，立管依靠浮力袋的空氣浮力浮于海面[5]，如圖5所示。

圖5 立管浮于海面圖

圖6 立管到達(dá)安裝位置上方圖

(5) 潛水員將1號(hào)絞車鋼絲繩連接在立管預(yù)留卸扣上，解開平臺(tái)吊機(jī)吊帶，指揮1號(hào)絞車將立管緩慢移動(dòng)至安裝位置附近。

(6) 潛水員將2號(hào)絞車鋼絲繩系在立管頂部，操作2號(hào)絞車將立管緩慢移動(dòng)至安裝位置正上方，當(dāng)立管到達(dá)安裝位置上方后解除浮力袋，如圖6所示。

(7) 當(dāng)立管到達(dá)安裝位置上方后解開1號(hào)絞車鋼絲繩，并將鋼絲繩系在立管彎頭位置。

(8) 水面人員操作2號(hào)絞車將立管緩慢下放至安裝位置，在下放過(guò)程中1號(hào)絞車始終輕微帶力，防止彎頭方向轉(zhuǎn)向?qū)Ч芗芘c導(dǎo)管架碰撞，如圖7所示。

圖7 立管下放至安裝位置圖

圖8 立管安裝完成實(shí)物圖

(9) 在立管下放過(guò)程中潛水員水下觀察，接近預(yù)定位置時(shí)2號(hào)絞車停止下放，潛水員利用手拉葫蘆對(duì)立管進(jìn)行調(diào)整,將立管導(dǎo)入管卡并合上立管管卡合頁(yè)。

(10) 配合絞車最后調(diào)整立管整體達(dá)到設(shè)計(jì)位置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙調(diào)整立管彎頭部分角度。

(11) 緊固管卡螺栓[6]。

(12) 完成第一段立管的安裝工作。

(13) 重復(fù)上述(1)～(12)的步驟，完成后續(xù)立管段的安裝工作。安裝完成的實(shí)物如圖8所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用“一卡三管”技術(shù)的綜合效益顯著。第一，減少約30%的管卡材料，降低了材料費(fèi)用；第二，充分利用平臺(tái)吊機(jī)代替浮吊船，海上安裝施工周期由原計(jì)劃的63 d縮減為30 d，安裝費(fèi)用減少70%以上；第三，減少了對(duì)現(xiàn)有平臺(tái)帶來(lái)的額外載荷，為現(xiàn)有平臺(tái)的樁基承載能力留下更多的裕量；第四，節(jié)省了2套立管預(yù)留支撐，也推動(dòng)了后續(xù)新油氣田繼續(xù)依托中心平臺(tái)實(shí)施開發(fā)；第五，為海管路由按照最優(yōu)方案布置提供了基礎(chǔ)條件，避免按其他方案布置海管路由所帶來(lái)的更多費(fèi)用和安全風(fēng)險(xiǎn)，整體節(jié)省費(fèi)用約1 000萬(wàn)元。

潿洲6-13項(xiàng)目新增立管所采用的“一卡三管”創(chuàng)新設(shè)計(jì)在南海西部油田首次獲得成功應(yīng)用，對(duì)今后南海西部海上平臺(tái)的相關(guān)立管安裝工作具有很大的借鑒意義。