海洋平台大型模块整体安装技术

刘 震

(江苏熔盛重工有限公司,江苏如皋 226532)

1 海洋平台大型模块整体安装技术特点

海洋平台模块整体漂浮安装技术是一种固定桩基,平台整体岸上预制,所有的油田生产设备都在陆上安装好,驳船拖运、安装,海上不起吊对接的平台安装方法。

海洋平台大型模块整体安装技术的特点为:

(1)一般先进行平台安装设计,选用安装驳船,再进行平台导管架设计。

(2)平台导管架根据安装需要和设计要求进行设计、优化,漂浮法需要特殊设计的大开口导管架,导管架的开口处可以允许驳船驶入。

(3)平台上部模块全部在陆上预制,模块上所需要的生产设备全部在陆上安装好。

(4)可以进行万吨以上平台的海上安装。

(5)可适用于浮吊无法进入的浅海海域。

2 漂浮安装法

漂浮安装法有 2种,漂浮法和顶升法。

(1)漂浮法。漂浮法是在平台上部模块及所有需要的生产设备在陆上预制装配好以后,通过滑轨将预制好的平台上部模块移至驳船上,由驳船拖至预制好的导管架处,找正平台上部模块与导管架的安装位置,驳船快速压载、下沉,实现平台上部模块与导管架的对接。待对接完毕,平台上部模块的重量载荷完全转移到导管架上,驳船继续压载后驶离,由海上工程船将上部模块与导管架焊接成一体。导管架要设计成允许驳船驶入的大开口导管架。漂浮法可以安装重量达 12 000 t的平台上部模块,如2001年5月在Philippines成功安装的Malampaya平台上部模块,其重量达 11 500 t,海上安装调试全部完毕仅用了 12 h。漂浮安装法如图 1和图 2所示。

图1 漂浮法安装示意图1

(2)顶升法。由 2艘带有大功率卷扬机和举升刚臂的驳船进行安装的方法称为顶升法,平台导管架无须特殊设计。顶升法的安装重量可达 6 000 t。顶升法安装时,平台上部模块由 1艘驳船拖航至导管架附近,再由 2艘带有大功率卷扬机和举升刚臂的驳船将平台上部模块从两侧举起,缓慢前移至导管架上部,通过举升刚臂完成平台上部模块与导管架的对接,如图 3所示。

目前,海上平台模块呈大型化趋势,几乎所有的生产设备都在陆上安装好。在完成平台上部模块与下部组块的对接后,就可进行生产设备的调试与试运行。

图3 顶升法安装示意图

3 海洋平台大型模块整体安装技术关键

平台漂浮安装的几个关键因素包括:平台通过滑道从码头滑移牵引装船,平台装船以及就位过程中驳船压载水的调节,平台下沉就位等。

由于平台浮装技术复杂、难度高,一旦由于考虑不周出现技术事故,如船倾斜造成平台倾覆或平台就位时倾斜等,将会造成巨大损失。为此一般先通过计算机或海洋工程水池进行仿真试验,对整个平台滑移装船和下沉就位过程进行模拟,这样可以充分掌握整个过程中出现的问题。在此基础上进行改进、完善,再仿真,再完善,直到完全成功,以保证实际实施过程的万无一失。

(1)驳船的随机运动响应分析。在平台滑移装船过程中必须使驳船的甲板面与码头平齐,如图 4所示,要精确地计算驳船的压载水及排水量以调节船的吃水深度。平台拖运到安装地点后,要准确就位,对驳船进行精确定位。因此,必须对平台装船过程中的驳船进行运动响应分析。

(2)驳船压载水及排水量的调节技术。要将平台安全滑移装船,就必须使驳船的甲板面与码头平齐,见图 4。因此,必须对平台装船过程中的驳船进行运动响应分析,精确计算驳船的压载水及排水量以调节船的吃水深度,使驳船的甲板面与码头平齐。

图4 码头和驳船连接示意图

平台就位下沉的过程是依靠即时潮差和驳船压载来实现的,其中驳船压载下沉是平台顺利安装就位的主要环节。要达到均匀下沉,则要精确计算驳船的压载水量,准确设计驳船压载过程。

(3)驳船的精确定位及阻晃技术。平台拖运到安装地点后,要准确就位,必须对驳船进行精确定位。此外由于船是浮在海面上的,在海洋环境载荷(特别是波浪)的作用下,船会产生 6个自由度的运动,对平台就位影响最大的是驳船的横摇运动,横摇大了,平台不好对桩,即使对上桩了,各桩受力也不均匀,造成一边的桩受力,另一边的桩不受力,这是很不利的。所以,减小横摇运动对平台就位非常重要。另一个对平台就位影响较大的是驳船的垂荡运动,垂荡运动大,平台与桩对接时对桩的冲击力大,容易对导管架造成损伤。

(4)平台就位锚泊系统布置的优化。要实现平台就位过程的驳船精确定位,合理的锚泊系统布置是必不可少的,可在锚泊动力分析的基础上进行锚泊系统的优化。

(5)平台安装用特殊设备及驳船的开发。大型双体驳船可用于导管架平台的安装,避免导管架设计成大开口的形式,也可用于未来张力腿平台及单柱体平台大型模块的海上安装。平台海上安装用的大型液压设备的开发。

4 海洋平台大型模块整体安装技术的局限

通过对现有的海洋平台模块整体安装技术的分析可以看出,尽管漂浮法和顶升法能够节省海上施工时间,但其海上施工的难度较大且施工的安全性较难把握。

顶升法由于海上作业时全部的载荷(动、静载荷)都作用在 2条漂浮着的驳船上,相当于 2座浮吊同时操作。2座浮吊的操作非常难于控制,因此,其海上施工难度大,施工的安全性也较难把握,安装重量必然受到限制,该方法的使用范围有限。

现有的漂浮法安装重量虽然可达12 000 t,但驳船就位后要快速压载、下沉,还要通过锚泊定位找正平台上部模块与导管架的安装位置,施工难度非常大,而且还不能保证平台上部模块与导管架对接的瞬间不发生碰撞。现有的漂浮法安装必须在天气状况很好的条件下完成,受气候的限制较大。

因此,对海洋平台大型模块整体安装技术还需有进一步的研究,如平台就位过程中驳船的精确定位及驳船横摇控制技术、开发平台安装用的特殊设备及安装驳船,以适应我国海上油田,尤其是深水油田大型生产平台的海上安装。