導(dǎo)管架海上安裝施工

1、導(dǎo)管架海上安裝施工摘要：鋼制導(dǎo)管架式結(jié)構(gòu)是目前海上油氣田使用最廣泛的一種平臺結(jié)構(gòu)，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、造價低廉、適應(yīng)性強。在國外導(dǎo)管架平臺已有一百多年的歷史，與此相關(guān)的工藝技術(shù)十分成熟。在國內(nèi)海洋石油開發(fā)起步較晚，相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)與國外相比還很落后，導(dǎo)管架的作業(yè)局限于淺海領(lǐng)域，水深均不超過200米。我國的東海、南海蘊藏有豐富的油氣資源，隨著國內(nèi)對海上油氣進一步的開發(fā)，迫切需要掌握深水導(dǎo)管架的安裝技術(shù)。本文將介紹國內(nèi)導(dǎo)管架施工的一般方法和創(chuàng)新方法及使用實例。關(guān)鍵詞：導(dǎo)管架，分立式組裝，結(jié)構(gòu)形式，吊裝，拖航一緒論海洋平臺結(jié)構(gòu)形式眾多，大致可以分為三大類：一類是浮式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主要靠自身的浮

2、力漂浮于海面，比如半潛式平臺；第二類是固定式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)牢固地直接與海底連接，如導(dǎo)管架式平臺，重力式平臺等；第三類是順應(yīng)式結(jié)構(gòu)或稱半固半浮態(tài)結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)既處于漂浮狀態(tài)，底部又與海底相連（包括由張緊地錨索與海底相連的結(jié)構(gòu)），如張力腿平臺各類單點系泊和立管系統(tǒng)。目前大型深水導(dǎo)管架常用的海上安裝方法有兩種：一是吊裝，采用大型的浮吊作業(yè)，比如國外Saipem7000安裝有雙7000噸浮吊，起重能力達到14000噸，國內(nèi)有藍疆號，起重能力是3800噸，二是滑移下水，下水駁船壓載傾斜一定角度，導(dǎo)管架在自身重力作用下克服摩擦力沿滑道運動入水。下水之后浮正方法也有兩種：一是通過浮吊鉤頭吊起，導(dǎo)管架底部注水浮正

3、，二是由導(dǎo)管架頂部浮筒提供浮力自浮正的方法。由于深水導(dǎo)管架重量遠遠超過現(xiàn)有浮吊起重能力，現(xiàn)今滑移下水自浮正的方法能克服這一難題；20世紀70年代初在國外己開始有在海上實施成功的先例，80年代初，相關(guān)的設(shè)計、安裝方法和數(shù)值模擬軟件已趨于成熟，隨著國內(nèi)向海上深水油田的進一步開發(fā)，掌握這方面的安裝方法并使之應(yīng)用于深水項目尤為重要。二分立式組裝法海上采油平臺大噸位導(dǎo)管架高度為19.2m,最底部的中心框架尺寸為25.92mX24m,因此，陸地預(yù)制時需采用分片立式組裝法，即主結(jié)構(gòu)采用“分片預(yù)制，立式組裝”，井口胎架“分片預(yù)制、兩側(cè)同層同時安裝”的方法。此方法在滿足以上原則的同時，能夠最大限度地提高各施工環(huán)

4、節(jié)的工作效率，保證質(zhì)量、安全和工期的需要。其主要特點包括(1) 合理利用人力資源、場地資源、設(shè)備資源，多點展開，提高勞動效率；(2) 降低預(yù)制總高度，減少高空作業(yè)量；(3) 陸地預(yù)制平面布置(導(dǎo)管架軸向)有利于靠船和裝船作業(yè)；(4) 提高導(dǎo)管架的防腐涂裝作業(yè)效率；(5) 有利于保證導(dǎo)管架附件安裝質(zhì)量；(6) 導(dǎo)管架海上吊裝就位時避免多次調(diào)整船位和重復(fù)吊裝，節(jié)省海上施工時間。導(dǎo)管架施工采用預(yù)制A、B、C三個立面(見圖1),預(yù)制完成后再立片，完成A、B、C立面之間水平橫撐、斜撐及層間菱形撐安裝，隨后完成立面導(dǎo)管安裝和附件的安裝(部分附件可穿插進行)。先將A、B、C立面進行水平預(yù)制，無損檢測完成并經(jīng)

5、業(yè)主、第三方檢驗單位、監(jiān)理單位等檢驗完成后開始準備單片吊裝。組裝時，先進行B、c立面的組裝，完成后再進行A立面的組裝。導(dǎo)管架中心主框架組裝完成后，依次進行井口胎架組裝和立面導(dǎo)管安裝(見圖4)。單片吊裝前，在測量準確的水平撐管位置固定好攬風繩，并將其沿直線方向擺放在預(yù)固定位置，吊裝時使用兩臺1501履帶吊首先對c立面進行吊裝立片作業(yè)，在吊裝至樁靴后使用鋼絲繩和手拉葫蘆對其固定，并將導(dǎo)管架底部與樁靴加固。c立面固定后，1501履帶吊撤離，吊裝B立面。單片索緊固定采用中25.4ram鋼絲繩和101手拉葫蘆索緊，下部手拉葫蘆固定點選擇在滑塊(地錨)中心孔上，上部鋼絲繩固定點選擇在導(dǎo)管架上部橫撐與導(dǎo)管的

6、連接處。E4吊裝簡圖(1) 單片立片時拖拉繩放足夠長，以利于吊裝(見圖5)；(2) 1501履帶吊確定行走路線和位置；(3) 聯(lián)合吊起C立面單片；(4) 地錨手拉葫蘆收緊拖拉繩并調(diào)整單片的角度達到設(shè)計位置。具體做法：吊車吊起單片構(gòu)件使之直立；使用手拉葫蘆將鋼絲繩拉緊。鋼絲繩采用錨卡緊固，使用經(jīng)緯儀、水準儀測量單片垂直度及水平橫撐水平度，利用調(diào)節(jié)千斤頂進行定位。單片的角度、位置調(diào)整好后，主導(dǎo)管與支座用肋板固定焊接；(5) 1501吊車移位，吊B立面單片，方法同上；(6) 吊車撤離，B立面主體單片吊裝完畢；(7) B、C兩片立完后，開始搭設(shè)腳手架，人員工作處滿鋪鋼跳板并綁扎牢固，工作區(qū)域要搭設(shè)護欄

7、及外掛安全網(wǎng)。腳手架的搭設(shè)既要保證安全，又要不妨礙構(gòu)件的吊裝。腳手架要搭設(shè)攀爬斜梯(帶有護欄)；(8) 立面自下而上依次加裝三層共6根水平橫撐；(9) B、C兩片立完后，進行A立面立片組裝，方法同上。Cis碼頭三浮托安裝的新型導(dǎo)管架圖5聯(lián)合吊裝圖二二號二二TS3Ennnn4*143海上中心處理平臺或多井口鉆井平臺導(dǎo)管架通常都具有超大型組塊，其安裝基本采用大型浮吊吊裝或大型駁船浮托安裝2種方式。位于我國渤海的有些油田，如錦州93油田海圖水深只有8.9m,難以滿足大型浮吊吊裝作業(yè)的水深要求。若將大型組塊分割成多塊后再利用小型浮吊完成吊裝，會增加海上連接調(diào)試等作業(yè)時間，大幅度增加海上施工費用，也影響

8、到油田的投產(chǎn)時間,而且海底疏浚已經(jīng)被越來越嚴格的環(huán)保要求所限制。浮托法作為一種成熟的大型組塊的海上安裝方法1,在淺水區(qū)常規(guī)的導(dǎo)管架型式無法適用。以錦州93油田綜合調(diào)整項目中CEPD的導(dǎo)管架設(shè)計為基礎(chǔ)，打破了渤海浮托平臺的常規(guī)模式,研發(fā)出了一種新型導(dǎo)管架型式,即大型組塊在2個小導(dǎo)管架間進行浮托作業(yè)。實踐證明，這種新型導(dǎo)管架型式不僅滿足了浮托安裝所需的大跨度通道，而且滿足了大型綜合平臺的支撐強度要求，從而為淺水區(qū)油田開發(fā)提供了一種新的方式。對于這種新型導(dǎo)管架，浮托法安裝時除靜力、地震、疲勞等在位分析必須滿足規(guī)范要求之外，還需完成裝船、拖航、吊裝、碰撞等關(guān)鍵技術(shù)分析（表1），其中導(dǎo)管架的吊裝是需要解

9、決的最大難題。由圖可見，錦州93油田新型導(dǎo)管架在位狀態(tài)為2個相對獨立的四腿導(dǎo)管架，浮托平臺安裝時對導(dǎo)管架的精度要求很高，2個導(dǎo)管架共8個支撐腿柱的高程及相對位置必須在嚴格的控制范圍內(nèi)，以便于組塊與之完整對接。為解決此問題，在設(shè)計中采用了輔助吊裝框架。該吊裝框架具有以下幾個特點：（1）吊裝過程中能夠?qū)?個導(dǎo)管架連接為整體，達到整體安裝。（2）為滿足淺水區(qū)浮吊吊高能力，吊點設(shè)置在水面以下，須配置液壓卡環(huán)。(3) 框架構(gòu)件本身要滿足吊裝計算的規(guī)范要求。(4) 保障安裝完成的2個四腿導(dǎo)管架保持在同一水平面，確保浮托安裝時甲板組塊的精確就位。(5) 該吊裝框架采用了水下為插尖套筒連接，水上為焊接的連接短

10、樁(STUB),因此安裝及調(diào)平之后能夠較便捷地拆除。(6) 吊裝框架設(shè)置在主軸外側(cè)，既不擠占槽口空間和船舶空間，又方便切割；同時，該框架下端設(shè)置為套筒型式，有效避免了水下切割，提高了施工效率，消除了在氣溫較低的月份潛水工作的危險性。此外，錦州93油田新型導(dǎo)管架在設(shè)計中還采取了以下技術(shù)措施：(1) 為保證駁船進退船的空間滿足要求，位于重冰區(qū)的導(dǎo)管架須將通道內(nèi)的抗冰錐體后安裝。(2) 靠船件及棧橋等附屬結(jié)構(gòu)布置滿足浮托要求。(3) 若采用先期打井，則浮托平臺井口區(qū)的構(gòu)件須考慮與采油樹的安全避讓問題，盡量將工作甲板放置的設(shè)備與甲板置于進船方向的后側(cè)。當新型導(dǎo)管架安裝就位、樁與隔水套管安裝完畢、灌漿強

11、度滿足要求后，首先將吊裝框架的上層水平構(gòu)件連接切割(圖4)，然后將主腿軸南北兩側(cè)連接立片框架的4個STUB切割，再將輔助框架從套筒中提出移走；拆除完成后檢測鋼樁工作點標高處的跨距，進行組塊的浮托安裝。圖3錦州43油田新型導(dǎo)管架型式輔助吊裝框架Fij;一3AuxilinhfliEiiih'urnL1forthen十譏jackalinJZ9-3oilfidd四導(dǎo)管架和組塊的吊裝與拖航4.1吊裝4.1.1吊點的形式目前工程建造中使用的吊點有2種：板式吊點和管子軸式吊點。它們在以往導(dǎo)管架和組塊的吊裝施工中都使用過，在結(jié)構(gòu)物安裝完畢后一般被割除?？紤]到將來有可能用于搬遷組塊或平臺，筆者建議把吊點

12、保留下來。如果把吊點設(shè)計成下潛式，使其低于甲板平面或布置在甲板邊緣或外側(cè)，就可避免切割。當被吊物體的質(zhì)量較大時，可采用管子軸式吊點。這不僅可避免卡環(huán)承載能力的限制，而且可簡化對吊點板復(fù)雜構(gòu)造形式的設(shè)計和其投影關(guān)系的計算，使枇杷頭增大受力狀態(tài)下的曲率半徑，使鋼絲繩在結(jié)點處受力更合理。4.1.2吊點的布置與數(shù)量被吊結(jié)構(gòu)物的吊點布置涉及3方面問題：(1) 吊點的數(shù)量和住置這與結(jié)構(gòu)物的吊裝質(zhì)量、重心位置和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，海洋工程結(jié)構(gòu)吊裝中常用的吊點數(shù)量為4、6、8等幾種，依具體要求而定。(2) 吊索的拉力吊索拉力如果較大，與吊點相鄰的桿件和局部構(gòu)造需要特殊處理。(3) 吊索的長度規(guī)范規(guī)定吊索與吊點平面間

13、的夾角應(yīng)等于或大于60。，對此要視結(jié)構(gòu)施工的具體情況而定，不能一概而論。例如，在綏中361油田II期工程井口平臺上部組塊吊裝中,原設(shè)計方案選用BH108船進行吊裝，由于施工時組塊質(zhì)量增加了，后來改用上海打撈局的大力號浮吊完成了吊裝作業(yè)。這2艘浮吊的吊高存在很大差異，最大起重高度相差12rn；這樣一來，吊高就成了應(yīng)解決的首要問題，調(diào)整吊索長度成為解決吊高不足的主要方法。4.1.3吊裝質(zhì)量大小的控制關(guān)于質(zhì)量大小的控制，無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，還是材料、設(shè)備等其他設(shè)計質(zhì)量，原則上都應(yīng)該是“概念設(shè)計包住基本設(shè)計，基本設(shè)計包住詳細設(shè)計，詳細設(shè)計包住加工設(shè)計”隨著設(shè)計工作的進一步開展，吊裝質(zhì)量應(yīng)一步步細化，愈

14、來愈清楚?？傊?，基本設(shè)計的質(zhì)量分配是不能輕易突破的，否則會造成對原定方案的修改，從而引發(fā)一系列的問題，使工作處于被動中。即使結(jié)構(gòu)物（組塊）建造完工后可以稱量，所得的準確的組塊質(zhì)量和重心位置，也只是用于確認浮吊的最大起重能力或起重前的限制質(zhì)量。如果稱量結(jié)果與原設(shè)計值相差較大，那么對原設(shè)計的吊裝分析就需要重新校核。這樣不僅影響工程進度，而且可能使原設(shè)計的吊裝方案無法實施。4.2拖航拖航力是一種往復(fù)周期性荷載，如果拖航的時間、航程比較長，那么這種荷載是不容忽視的。國外曾有深水導(dǎo)管架拖航還沒拖到就位現(xiàn)場，某些構(gòu)件的焊縫就出現(xiàn)裂紋，其中有些是風振疲勞損傷的事例。目前對渤海海域內(nèi)拖航有2種分析方法：一種是

15、簡化成準靜力的計算方法，采用保守的10/20方法計算拖航力；另一種是使用OSCAR程序先計算出船舶的運動特性，然后再計算拖航力。2種方法的計算結(jié)果表明，在相同的環(huán)境條件下，用第1種方法求得的拖航作用力比用第2種方法大。在環(huán)境數(shù)據(jù)不全或沒有環(huán)境數(shù)據(jù)的情況下。用10/20方法進行拖航分析，既簡便，又可靠。實際上在渤海海域內(nèi)拖航，一般只需兩三天就到達施工現(xiàn)場；即使趕上大風天氣，將駁船拖離現(xiàn)場到港灣或淺水區(qū)避風，用1晝夜的航行時間也就夠了。由于航程短，對結(jié)構(gòu)物不作詳細的疲勞分析是可行的，也就是說，在渤海海域內(nèi)進行拖運作業(yè)，結(jié)構(gòu)物不會出現(xiàn)疲勞問題；但需要考慮以下3點：（1）結(jié)構(gòu)物裝船后除原設(shè)計的支撐外還

16、要增加輔助支撐，其目的在于加強連接、固定，但這要經(jīng)過整體分析來確定；因為改變原設(shè)計結(jié)構(gòu)支撐的布置，作用力就會重新分布，這對結(jié)構(gòu)物（導(dǎo)管架或組塊）不一定有益。（2）要注意連接點的固定和支撐墊堆的設(shè)置。在吊裝與拖航施工中，每個階段都有其各自的關(guān)鍵點。如詳細設(shè)計階段，關(guān)鍵點為平臺結(jié)構(gòu)所具備的承受外力的能力；施工設(shè)計階段關(guān)鍵點為施工過程和施工設(shè)備的安全；拖航階段，關(guān)鍵點為船體的強度和連接固定點的安全（尤其對外租駁船或不是用于運輸大件組塊和導(dǎo)管架的專用駁船）。（3）關(guān)注質(zhì)量大小不準確系數(shù)的選用。對同一導(dǎo)管架或組塊無論是吊裝還是拖航，選用的質(zhì)量不準確系數(shù)是一樣的。這里包括2部分內(nèi)容：一是不可預(yù)計的質(zhì)量，二

17、是原設(shè)計數(shù)據(jù)的放大或發(fā)展。4.3結(jié)論與建議（1）吊點數(shù)量的選擇，要根據(jù)具體條件而定。吊點少，受力簡單，但各吊點受力大，因此強度要求高。如果適當?shù)卦黾拥觞c的數(shù)量，可緩解這一矛盾。（2）拖航施工分析的重點，是駁船的強度校核和墊堆、固定點的設(shè)計。（3）進行吊裝分析，需適當考慮動力放大系數(shù)與質(zhì)量大小等級的對應(yīng)關(guān)系。（4）需保留吊點時，把吊點布置在不影響后續(xù)工作的位置，即可省去海上切割吊點作業(yè)，又可將吊點用于以后的整體結(jié)構(gòu)搬遷。（5）組塊整體稱量通常發(fā)生在最后的完工階段，這樣做會把問題壓到最后考慮，而屆時又來不及進行；最好各專業(yè)實行質(zhì)量大小分配和控制；質(zhì)量大小不清楚的設(shè)備或散料則全部稱量后再上平臺施工。（6）隨著組塊整體質(zhì)量的增加，吊點的預(yù)制和其厚板的焊接問題會愈來愈突出。應(yīng)研制出專用設(shè)備進行厚板焊接前后的熱處理。參考文獻1 .王文科，深水導(dǎo)管架的海上安裝設(shè)計分析學(xué)位論文碩士20062 .牛煜.湯海東.王紹智.唐元海上采油平臺大噸位導(dǎo)管架采用分立式組裝法