楊風(fēng)艷，田旺生，劉廣輝，宮晨，郭寧，連鑫

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

陵水17-2氣田位于瓊東南盆地北部海域，水深為1 220～1 560 m，其開(kāi)發(fā)方案采用浮式平臺(tái)方案，該方案工程設(shè)施由1套水下生產(chǎn)系統(tǒng)、1座半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)和海底管線構(gòu)成[1]。平臺(tái)船體由4根立柱、4段浮箱和4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)組成，見(jiàn)圖1。該船體主要參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 陵水17-2半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)

表1 陵水17-2半潛式平臺(tái)船體主要參數(shù)

此類浮體項(xiàng)目通常在船塢建造，但由于青島場(chǎng)地船塢中有2個(gè)項(xiàng)目正在施工，與本項(xiàng)目工期沖突；另外，經(jīng)核算船塢的地基承載力不滿足本項(xiàng)目要求，最終選取5#滑道作為建造施工地點(diǎn)。陵水17-2船體采用分段建造的方式，整船共分為34個(gè)總段。其中，每個(gè)立柱分為7個(gè)總段(C*1～7)，共28個(gè)立柱總段，底部節(jié)點(diǎn)和浮箱分為2個(gè)浮箱總段(P21、P41)和4個(gè)L型總段(CT1-L1/L2、CT2-L1/L2)，總段劃分見(jiàn)圖2。

圖2 陵水17-2半潛式船體分段示意

按照施工計(jì)劃，陵水17-2半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)建造及調(diào)試周期僅25個(gè)月，比國(guó)際半潛式平臺(tái)項(xiàng)目平均周期少約13個(gè)月[2]，在有限的時(shí)間內(nèi)保證按期出廠，對(duì)總段合攏設(shè)計(jì)提出了重大技術(shù)挑戰(zhàn)。針對(duì)船體總裝場(chǎng)地布置空間以及5#滑道沒(méi)有龍門吊的情況，根據(jù)船體總段形式、重量及合攏高度，結(jié)合設(shè)備能力和工期，設(shè)計(jì)SPMT軸線車+云軌車、浮吊和履帶吊3種總段合攏方式聯(lián)合完成船體的總裝合攏。

1 合攏設(shè)備

1.1 SPMT軸線車

SPMT軸線車由4軸或6軸線液壓平板模塊及動(dòng)力裝置(PPU)組成，是一種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板車，可根據(jù)不同貨物的不同特征進(jìn)行任意組車，可以對(duì)液壓懸掛進(jìn)行編組，實(shí)現(xiàn)載荷均勻分布，自動(dòng)根據(jù)路面高差和坡度進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)超大噸位物件的運(yùn)輸。

駁船運(yùn)輸外場(chǎng)預(yù)制的總段到達(dá)青島場(chǎng)地后，使用青島場(chǎng)地自有SPMT進(jìn)行卸船運(yùn)輸，其高度自動(dòng)補(bǔ)償功能特別適用于這種碼頭和駁船甲板存在高差的運(yùn)輸工況。但由于SPMT輪胎存在壓縮變形等影響因素，總段運(yùn)輸就位的精度難以達(dá)到船體總段合攏精度要求，需要其他三維精度調(diào)整設(shè)備進(jìn)行精確調(diào)整。

1.2 云軌車

青島場(chǎng)地現(xiàn)有8臺(tái)200 t三維調(diào)整機(jī)、4臺(tái)300 t三維調(diào)整機(jī)，控制臺(tái)最多可以連接8臺(tái)三維調(diào)整機(jī)。而根據(jù)L型總段的重量和尺寸，須布置20臺(tái)200 t以上三維調(diào)整機(jī)，因此需要外租或擴(kuò)容控制臺(tái)和三維調(diào)整機(jī)。經(jīng)調(diào)研，施工計(jì)劃期間，無(wú)可以租賃的控制臺(tái)和三維調(diào)整機(jī)，而對(duì)控制臺(tái)進(jìn)行擴(kuò)容的工期無(wú)法滿足施工計(jì)劃，因此無(wú)法使用三維調(diào)整機(jī)進(jìn)行總段就位精度調(diào)整。

云軌車由重載運(yùn)輸車、云型軌道、電力控制系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)組成。重載運(yùn)輸車通過(guò)車體頂升油缸將承載力傳遞到車體底部重載鏈輥排上，平移驅(qū)動(dòng)力是通過(guò)變頻電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)提供恒定力。云型軌道兩側(cè)設(shè)有2條平行齒條板，通過(guò)重載運(yùn)輸車上的針輪驅(qū)動(dòng)裝置與齒條板上圓齒嚙合產(chǎn)生推動(dòng)力，從而帶動(dòng)構(gòu)件前進(jìn)、后退。通過(guò)中控臺(tái)中央處理器可實(shí)現(xiàn)共99臺(tái)單車單動(dòng)、區(qū)域聯(lián)動(dòng)、整體聯(lián)動(dòng)，精度為毫米級(jí)，設(shè)備能力和工期均可滿足。因此采用云軌車對(duì)總段就位精度進(jìn)行調(diào)整。

1.3 浮吊

使用“德浮”3 600 t浮吊，具有4個(gè)鉤頭，單鉤頭吊裝能力900 t。鉤頭左右間距24 m，前后間距隨臂架角度而變化，間距為8.965～11.248 m。

平臺(tái)按30年不進(jìn)塢的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，不允許在船體結(jié)構(gòu)上隨意焊接吊點(diǎn)，要求吊點(diǎn)焊接處主結(jié)構(gòu)板厚方向的應(yīng)力，對(duì)于普通板不能超過(guò)屈服應(yīng)力的25%，對(duì)于Z向性能板不能超過(guò)屈服應(yīng)力的50%。因此，吊點(diǎn)位置的選擇需要進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度核算。

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)塊，試驗(yàn)區(qū)塊具有原油黏度較低(地層條件下90 m Pa·s)，縱向均質(zhì)性較好(滲透率級(jí)差7～9倍)，井組油井含水適中(30%～50%)的特點(diǎn)。配制質(zhì)量濃度分別為300 mg/L、500 mg/L、700 mg/L的聚合物溶液，前置試注段塞流度比控制為10∶1，注入穩(wěn)定后注入流度比為2∶1和1∶1的主體段塞，采用三段式黏度遞增的注入方式，在配水間利用注水管線同時(shí)注入(見(jiàn)表1)。施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)注入壓力以及油水井的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。

同時(shí)，為了減少吊點(diǎn)面外力，保證結(jié)構(gòu)吊裝安全，須盡量保證連接吊點(diǎn)的鋼絲繩豎直，而浮吊鉤頭間距與船體總段尺寸不匹配，鉤頭無(wú)法直接連接吊點(diǎn)，需要用撐桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)現(xiàn)有撐桿資源，使用4根800 t撐桿，單根撐桿自重約150 t。

1.4 履帶吊

使用2臺(tái)DEMAG CC8800-1型1 600 t履帶吊，由于1臺(tái)履帶吊只有1個(gè)鉤頭，如果不使用撐桿，單鉤頭下設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無(wú)法滿足吊裝要求；單鉤頭下最多設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，而吊點(diǎn)位置的選擇需要避開(kāi)船體總段特殊區(qū)域及拼縫，若4根鋼絲繩長(zhǎng)度一樣，則無(wú)法保證鋼絲繩同時(shí)受力，部分鋼絲繩失效會(huì)造成船體局部應(yīng)力過(guò)大，若4根繩長(zhǎng)度各異則不能適用于所有總段吊裝。如果同樣使用上述浮吊使用的800 t撐桿進(jìn)行4吊點(diǎn)吊裝，總段重量加上撐桿重量將超過(guò)履帶吊的額定起重量，并且浮吊和履帶吊共享1套資源容易導(dǎo)致施工計(jì)劃沖突，影響項(xiàng)目進(jìn)度。針對(duì)上述履帶吊吊裝船體總段的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造2套800 t吊排系統(tǒng)，見(jiàn)圖3。

圖3 800 t吊排系統(tǒng)

800 t吊排系統(tǒng)的2個(gè)吊排由撐桿連接，通過(guò)卸扣和繩圈掛于履帶吊鉤頭，配合2臺(tái)1 600 t履帶吊進(jìn)行陵水17-2船體總段吊裝[3]。通過(guò)800 t吊排系統(tǒng)，單吊機(jī)鉤頭最多可連接16個(gè)吊點(diǎn)，并且吊排滑輪可以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，使吊點(diǎn)受力均衡，確保船體結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞。此吊排系統(tǒng)還可根據(jù)總段結(jié)構(gòu)形式，調(diào)節(jié)撐桿長(zhǎng)度、改變吊排朝向，從而適用于本項(xiàng)目所有船體總段的吊裝合攏。

2 合攏技術(shù)及應(yīng)用

2.1 L型總段運(yùn)輸合攏

L型總段屬于3 000 t級(jí)巨型總段，這種分段形式可以大幅提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，但存在很大合攏難度：履帶吊吊裝能力不夠，也超出了浮吊的作業(yè)范圍。為此，設(shè)計(jì)SPMT軸線車+云軌車的合攏方案，即首先使用SPMT軸線車將L型總段運(yùn)輸?shù)胶蠑n位置進(jìn)行初就位，然后用云軌車精確調(diào)整到精度要求范圍內(nèi)。

以其中的一個(gè)L型總段為例，其外形尺寸為59.7 m×36 m×14.8 m，重量3 034 t，加上SPMT重量593.4 t、PPU重量為43.2 t及運(yùn)輸支撐重量198 t，運(yùn)輸總重量3 869 t。SPMT軸線車額定軸載40 t，考慮安全系數(shù)、SPMT布置空間、L型總段的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，采用138軸線SPMT進(jìn)行運(yùn)輸[4]，配車見(jiàn)圖4。采用3點(diǎn)支撐，經(jīng)計(jì)算，軸載重分別為30.4、28.9、25.2 t/軸線，最大軸載利用率76%，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角32.6°，滿足規(guī)范要求。

圖4 L型總段SPMT配車示意

駁船運(yùn)輸L型總段達(dá)到青島場(chǎng)地碼頭后，調(diào)整駁船正對(duì)L型總段最終合攏就位位置，SPMT頂起L型總段后直接行走就位后將其放置于總裝支撐上。對(duì)于運(yùn)輸全過(guò)程中與總裝墊墩可能存在的潛在碰撞(支撐、SPMT、陽(yáng)極)，均在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行規(guī)避考慮。最終成功將L型總段卸船運(yùn)輸至滑道合攏位置，見(jiàn)圖5。

圖5 L型總段SPMT卸船運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)

圖6 L型總段云軌車布置示意

重載運(yùn)輸車將L型總段調(diào)整至滿足三維方向精度后，抱緊總裝支撐上墊木，然后進(jìn)行卸載，24 h內(nèi)若有尺寸變化情況，可再次頂升調(diào)整，直至最終達(dá)到總裝合攏精度要求。陵水17-2船體底部4個(gè)L型總段均采用這種SPMT卸船運(yùn)輸初就位，云軌車精確就位的合攏方式，成功完成巨型總段合攏(見(jiàn)圖7)，精度滿足項(xiàng)目要求，見(jiàn)圖7。

圖7 L型總段云軌車精確調(diào)整施工現(xiàn)場(chǎng)

2.2 浮吊吊裝合攏船體總段

陵水17-2項(xiàng)目施工工期非常嚴(yán)峻，為加快項(xiàng)目進(jìn)度，保證按計(jì)劃完工，采取浮吊和履帶吊協(xié)同作業(yè)進(jìn)行船體立柱總段合攏的施工策略，即靠海側(cè)2個(gè)船體立柱14個(gè)總段用浮吊吊裝、遠(yuǎn)離碼頭側(cè)2個(gè)船體立柱14個(gè)總段用履帶吊吊裝，見(jiàn)圖8。

圖8 浮吊和履帶吊吊裝合攏作業(yè)示意

以1個(gè)靠海側(cè)船體立柱總段為例，其外形尺寸21 m×21 m×9.4 m，重量828 t，考慮重量偏心及安全系數(shù)，設(shè)置4個(gè)300 t吊點(diǎn)，利用4根撐桿進(jìn)行調(diào)節(jié)(見(jiàn)圖9)，盡量使鋼絲繩處于豎直狀態(tài)，達(dá)到減小吊點(diǎn)面外力的效果。

圖9 浮吊索具配置示意

吊點(diǎn)區(qū)域的艙壁板厚度25 mm，結(jié)構(gòu)無(wú)法承受如此高的載荷，采取挖補(bǔ)吊點(diǎn)區(qū)域艙壁板的措施。吊點(diǎn)主板厚50 mm，利用32 mm鋼板過(guò)渡吊點(diǎn)主板與艙壁板連接，為減小應(yīng)力集中，對(duì)板材角點(diǎn)處進(jìn)行圓弧處理。經(jīng)核算[5-6]，最大應(yīng)力為104.8 MPa，強(qiáng)度滿足吊裝要求[7]。總段及索具總重量1 428 t，“德浮”3 600 t浮吊在此作業(yè)工況下額定起重能力3 600 t，利用率39.67%，滿足吊裝作業(yè)要求。

2.3 履帶吊吊裝合攏總段

船體大部分船體艙壁板厚度為20～25 mm，根據(jù)船體分段常規(guī)吊點(diǎn)評(píng)估，吊點(diǎn)規(guī)格不宜超過(guò)85 t，否則存在破壞船體總段吊裝區(qū)域結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)。按照船體分段劃分，總段重量在300～850 t，其合攏吊點(diǎn)需要根據(jù)總段結(jié)構(gòu)形式和重量、吊裝設(shè)備等因素來(lái)綜合確定。

以1個(gè)遠(yuǎn)離碼頭側(cè)船體立柱總段為例，其外形尺寸、重量均和上述浮吊吊裝的總段類似，設(shè)置16個(gè)85 t吊點(diǎn)，通過(guò)吊排系統(tǒng)與履帶吊鉤頭連接，見(jiàn)圖10。

圖10 履帶吊吊點(diǎn)布置示意

85 t吊點(diǎn)主板厚度30 mm，直接與船體艙壁板焊接，經(jīng)分析總段最大應(yīng)力61.8 MPa，強(qiáng)度滿足吊裝工況。單吊機(jī)最大吊裝重量539.7 t，CC8800-1型1 600 t履帶吊在此作業(yè)工況下的額定起重能力為655 t，利用率82.4%，滿足吊裝作業(yè)要求。

浮吊和履帶吊在陵水17-2船體兩側(cè)同時(shí)施工，見(jiàn)圖11，場(chǎng)地及施工設(shè)備均無(wú)沖突，使施工效率成倍增加，71 d內(nèi)完成28個(gè)總段合攏，節(jié)省工期近2.5個(gè)月，極大的提高了總段合攏效率。

圖11 浮吊和履帶吊吊裝合攏作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

3 結(jié)論

1)SPMT軸線車的模塊化和自適應(yīng)性可以將巨型總段卸船運(yùn)輸就位，云軌車調(diào)整其就位精度，從而解決巨型總段精確合攏就位問(wèn)題。

2)浮吊吊點(diǎn)可使用挖補(bǔ)總段艙壁板的方法進(jìn)行安裝，解決總段強(qiáng)度無(wú)法承受大噸位吊點(diǎn)的難題。

3)履帶吊配合吊排系統(tǒng)，解決總段艙壁薄，無(wú)法承受大噸位吊點(diǎn)，而單鉤頭直連多吊點(diǎn)受力不均的難題。

4)巨型總段直接運(yùn)輸就位、浮吊/履帶吊并行作業(yè)方式，可提高工作效率，大幅縮減項(xiàng)目工期。