海上平台立管安装新方法.pdf

1、1066海管与船运Subsea pipeline&Shipping2018 年 9 月第 37 卷 第 9 期网络出版时间：2018-07-09 11:48:32网络出版地址：http:/ OrcaFlex 软件对立管安装过程进行了动态模拟分析，为施工方案的设计提供了有效的校核依据。新方法的使用减少了作业船舶的数量，有效降低了作业成本，提升了作业效率，对海上油气田开发具有重要意义。（图 5，表 1，参 30）关键词：海上平台；立管安装；饱和潜水；DSV；OrcaFlex；模拟分析中图分类号：TE832 文献标识码：A doi：10.6047/j.issn.1000-8241.2018.09.0

2、17A new method for installing risers on offshore platformsLI Hua1,LIANG Ji2,ZHANG Xueqin1,YU Guohe3,REN Xiang3,LU Jingjing31.PetroChina Pipeline R&D Center;2.Shenzhen COSL Deepwater Technology Co.Ltd.;3.Subsea Tech Operating Company,Geophysical COSL Abstract:After years practice,offshore riser insta

3、llation has been a proven technology,but most of the operations still rely on large-scale offshore crane vessels.In this paper,one engineering project in the South China Sea was taken as an example to propose a new riser installation method on the basis of traditional riser installation technologies

4、.In this new method,a small-size saturation diving support vessel is used to install risers.Then,the construction plan of dual-crane uprighting riser installation was introduced in details.Finally,dynamic simulation and analysis was conducted on the riser installation process by using the software O

5、rcaFlex so as to provide the effective check basis for the design of construction plan.The application of this new method decreases the quantity of operation vessels,reduces the operation cost effectively and improves the operation efficiency.The research results is of great significance to the deve

6、lopment of oil and gas fields.(5 Figures,1 Table,30 References)Key words:offshore platforms,riser installation,saturation diving,DSV,OrcaFlex,simulation analysis近年来，为节约海上油气田的开发成本，依托已建设施开发周边油气田的项目越来越多。在中国南 海1-5，此类项目大多依托具有油气处理能力的大型综合平台，在其附近建设一些小型井架平台或水下井口设施。将小型井架平台或水下井口所生产的油气资源输送至大型综合处理平台，除了需要新建海底管道以外

7、，通常还需要在平台上安装新的立管，用以连接新建管道6-9。中国南海很多导管架平台所处水深都超过 60 m，水深越深，对于水下施工的要求越高，通常大于 60 m的水深都要求使用饱和潜水作业10-12。而饱和潜水作业要求有饱和潜水支持船（DSV）的参与，如何最大化地利用船只资源，成为降本增效的关键。长期以来，立管安装一直依靠“大型起重施工船+DSV”或“动力定位工程船+DSV”两种安装模式，都需要投入两艘作业船，这也是导致此类海上作业成本高居不下的根本原因13-14。通过合理利用 DSV 的两个吊机（100 t 的主吊机和 10 t 的小吊机），提出了一种单独使用 DSV完成立管安装的新方法，并成

8、功在工程项目中得以 应用。海管与船运Subsea pipeline&Shipping1.2动力定位工程船+DSV“动力定位工程船+DSV”安装方法需要对动力定位工程船进行改造，在甲板上加装 3 个 Davit 吊（A架吊机，图 2）。作业时，通过 3 个 Davit 吊将立管平吊下水、扶正，并最终和平台绞车一起将立管传递至指定位置。这种作业模式中，DSV 只负责饱和潜水作业。2DSV 单船立管安装方法 项目中使用的 DSV 船长 82.39 m，宽 22 m，主吊机最大吊重 100 t 时吊臂水平延伸 15 m，小吊机最大吊重 10 t 时吊臂水平延伸 10 m，采用动力定位系 统15-18，

9、总功率为 12 784 kW。DSV 单船立管安装的关键技术是单独使用 DSV船上的两个吊机完成长立管起吊、扶正、传递及安装，即 DSV 从运输驳船上水平起吊长立管，将立管扶正，然后传递给平台绞车，最后运用船上的饱和潜水资源进行立管安装。立管安装前，需要在平台上按设计要求安装绞车，并焊接 3 处吊点，通过吊点改变绞车钢丝绳的方向，从而在立管传递时可以改变立管的姿态。立管传递对海况要求很高，好的海况能够保证 DSV 和驳船安全相靠，完成立管起吊和传递。1传统方法 工程目标油田位于中国南海，作业水深约为 120 m。立管为双层管结构，外管直径为 12 in（1 in=25.4 mm），内管直径为

10、8 in，总长为 134 m，由 3 段组成（上段、中段、下段），最长段约为 60 m，重 11 t。1.1大型起重施工船+DSV“大型起重施工船+DSV”模式是通过大型起重施工船上的吊机将装运在甲板上的立管直接吊起 （图 1），将其平放入水中，通过固定在立管上浮袋的浮力使立管漂浮在水面上，摘除吊钩并将其连接在立管端头的吊点上，开动吊机将立管直立，然后慢慢将其吊至指定位置，由潜水员在水下将立管卡子合上将其固定。根据传统立管安装方法的特点，总结出此方法对施工船的主要要求：巨大的甲板面以满足立管的装运要求；大型吊机以满足立管吊装所要求的起吊高度；具有稳定的定位能力，以保证吊装的精准性。以长度为 6

11、0 m 的立管为例，考虑吊机工作半径、撑杆及锁具的高度和质量等因素，要求施工船的工作甲板长度至少达到 65 m，吊机起吊高度至少达到 50 m，吊机起吊重量至少达到 150 t 以上，而且施工船要有很好的稳定能力，目前只有“华天龙”、“蓝疆”、“南天龙”等为数不多的大型起重施工船能够满足以上要求。这种作业模式中，DSV 只负责饱和潜水作业。图 1大型起重施工船立管安装方法示意图图 2动力定位工程船立管安装方法示意图李华，等：海上平台立管安装新方法海管与船运Subsea pipeline&Shipping2018 年 9 月第 37 卷 第 9 期甲板人员拆除固定立管用的绑扎带和其他固定设施。立

12、管甲板固定设施清理完毕后，DSV 的两个吊机试吊立管。试吊成功后，将甲板人员传递回 DSV。DSV 作业船甲板长指挥两台吊机，将立管缓缓吊起，在达到一定高度后，解开两船艏艉的缆绳，DSV 开始离开驳船。DSV 移离驳船后，甲板长指挥两台吊机，将下段立管固定到船舷上，DSV 移船至目标平台。DSV 到达目标平台后，利用 DP 推进靠近平台，做下段立管传递准备。将平台绞车钢丝绳传递至 DSV 甲板，并将钢丝绳与立管上部拖拉盲板相连，检查确保连接正常。DSV 作业船甲板长指挥两台吊机，开始将立管水平下放入水，下放至3020 m 时，主吊机停止下放，小吊机继续缓慢下放，从而缓慢扶正立管。立管与吊机吊索

13、夹角约 45 时，拉紧平台绞车钢丝绳，待平台绞车全部受力后，利用遥控无人潜水器（Remote Operated Vehicle，ROV）观察主吊机索具受力状态，当主吊机完全不受力时，操控声控卸扣控制器，打开声控卸扣，主吊机解脱完毕，立管传递结束（图 4）。利用 ROV 全程监控，平台绞车与 DSV 小吊机协同下放下段立管，待下段立管下放至安装位置时，准备开始潜水。潜水钟下水，潜水员出钟，调整下部立管角度，利用手扳葫芦等工具将下段立管嵌入立管卡子内，慢靠向驳船左舷，两船艏艉带缆完毕，从 DSV 传递甲板人员至驳船。甲板人员按照图纸安装下段立管索具（图 3），并与 DSV 吊机相连。准备工作完成，

14、且海况满足要求时，开始立管海上安装工作19-22。详细施工方案如下：运输立管驳船选择好地点抛锚，并调整好艏向。DSV 利用 DP 推进慢图 3DSV 单船立管吊装索具布置图（mm）合并卡子，安装螺栓，用液压扳手对支撑卡子螺栓加力完毕。DSV 重复按照以上步骤传递下放中部和上部立管至水下安装位置，由潜水员完成安装。安装结束后，回收所有的索具，用 ROV 进行完工后检查。图 4DSV 将立管传递至平台绞车的示意图海管与船运Subsea pipeline&Shipping过程缓慢，故假设此阶段立管内部不进水），且立管处于水平状态，所受弯矩影响也较大，因此，这一阶段是重点分析阶段。模拟立管从 3 m

15、下放至12 m 的过程，根据吊机参数下放速度，设定为 0.25 m/s。最左侧的绳子模拟平台绞车作用绳，此阶段是不受力阶段。立管水平处于水下20 m 位置，立管已充满水 （图 5b）。DSV 双吊机扶正立管（图 5c）。立管从水平位置由 DSV 双吊机扶正至与吊索夹角为 60 位置的过程。DSV 双吊机和平台绞车将立管传递至指定位置（图 5d）。该阶段，DSV 上的主吊机已经解脱。3动态模拟 利用 OrcaFlex 软件对整个立管安装过程进行动态模拟分析，根据分析结果为立管吊装配备合适的索具，并根据立管在吊装过程中产生的最大应力对立管结构进行校核23-30。以中段立管安装过程动态模拟为例，将立

16、管安装过程主要分为 4 个阶段（图 5）：DSV双吊机将立管水平吊装入水，通过飞溅区（图 5a）。由于飞溅区立管受到抨击力最大，需要避免抨击力大于吊装物体在水中的重力（由于立管是长条形状，进水图 5中段立管安装过程示意图（a）第 1 阶段（b）第 2 阶段（c）第 3 阶段（d）第 4 阶段在整个立管安装过程中，通过 OrcaFlex 软件计算得到 DSV 吊机和平台绞车上的受力情况（表 1）。根据 API 规范，DSV 的主吊机、小吊机最大允许载荷分别为 250 kN、100 kN，平台绞车最大允许载荷为 85 kN。吊装过程产生的最大作用力小于吊机和平台绞车的最大允许作用力，因此 DSV

17、吊机及平台绞车满足此次吊装作业要求。此外，OrcaFlex 软件还能计算整个过程中立管结构产生的最大作用力和弯矩。表 1立管 DSV 吊机和平台绞车上的受力情况 kN立管组成主吊机上最大作用力小吊机上最大作用力平台绞车上最大作用力上段68.741.051.3中段79.752.774.1下段68.552.673.94结束语 中国海洋石油工业正蓬勃发展，海洋油气开采项目越来越多。为了节约成本，将原有旧平台的利用价值最大化，新建平台可以依托原有旧平台的工艺处理和油气集输系统，通过海底管道和电缆与旧平台相连接。安装立管可以连接海管与平台，从而达到输送油气的目的。在已有立管安装技术的基础上，提出一种新方

18、法，即利用 DSV 从运输驳船上水平起吊立管，将立管下放入水扶正后传递给平台绞车，再运用船上的饱和潜水资源进行立管安装。该方法单船即可完成立管安装作业，在海上油气田开发过程中起到降本增效的目的。李华，等：海上平台立管安装新方法海管与船运Subsea pipeline&Shipping2018 年 9 月第 37 卷 第 9 期参考文献：1 任腾飞.攻克世界级难题：南海油气开采加快建设海洋强国进程J.国资报告，2018（3）：64-68.REN T F.Conquer the world class problem：Oil and gas mining in the South China Se

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