浮式单点系泊系统中大跨度高空跨接软管安装方法的研究与施工

晏莱，闫斌，孙丕松，宫学成，姜进方

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

浮式单点系泊系统中大跨度高空跨接软管安装方法的研究与施工

晏莱，闫斌，孙丕松，宫学成，姜进方

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

文章结合渤海蓬莱19-3油田Ⅱ期中“海洋石油117”30万t大型FPSO的软管和电缆连接项目，详细论述了大跨度高空跨接软管和电缆的安装方法，分析比较了预布安装法、驳船安装法和浮吊安装法的适应工况以及本工程施工条件的限制，最终选择了浮吊安装法。通过对浮吊安装作业中吊高和扒杆长度的分析计算，对施工船舶进行了选型。该方法已于2009年4月在我国渤海成功应用并取得了宝贵的经验。

FPSO；浮吊法；高空安装；跨接软管；跨接电缆

1 油田背景及单点系泊系统介绍

蓬莱19-3油田位于我国渤海的东北海岸，渤中11-05区块中心，距离塘沽约259 km，距离大连约157 km，水深为27.4 m[1]。该油田由中国海洋石油总公司（CNOOC）与康菲石油中国有限公司（COPC）合作开发。蓬莱19-3Ⅱ期FPSO拖航连接项目是由康菲石油中国有限公司（COPC）委托给海洋石油工程股份有限公司（COOEC）的在我国渤海蓬莱19-3Ⅱ期油田进行“海洋石油117”FPSO的拖航、连接及跨接软管和电缆安装等工程的施工项目。

FPSO通过单点系泊系统定位于油田现场来完成生产、储存及外输作业。受不同海域环境影响和生产作业条件限制，FPSO对系泊方式也有不同要求[2]。目前我国近海共有16艘FPSO在服役[3]，已成为世界上使用FPSO最多的国家之一。“海洋石油117”FPSO采用的是导管架式水上软刚臂单点系泊。主要结构包括：单点导管架、系泊头、软刚臂系统、系泊构架、旋转滑环，跨接软管以及电缆等附属设备。FPSO为双底双壳结构，配有140人工作和居住的上层建筑及直升飞机平台。有16个货油舱、14个压载舱，另设有不规格油舱、污油水舱等。

“海洋石油117”FPSO（见图1）是目前我国最大的FPSO，也是世界上为数不多的浅水超大吨位浮式生产储油装置，于2007年由上海外高桥船厂建造，完成船体建造后拖至新加坡胜宝旺船厂进行上部模块的建造，安装于蓬莱19-3Ⅱ期油田并投产使用。该FPSO总长323m，设计水线长313m，型宽63 m，型深32.5 m，设计吃水14.5 m，干舷高度18.5 m，原油集输能力为30万t。

2 跨接软管和电缆安装施工环境

“海洋石油117”FPSO共有14根跨接软管和4根电缆连接单点系泊与FPSO，跨接软管和电缆的布置见图2，编号和参数见表1。跨接软管和电缆最高点距离海平面约42 m，最低点距离海平面约12 m，FPSO船艏软管安装平台和SPM（单点系泊）软管安装平台之间距离约49 m，海平面距离水上YOKE（刚臂）约15 m。软管连接跨度大、安装距离长、施工风险大。

3 跨接软管和电缆安装方法确定

3.1 安装方法的分析研究

经过科技攻关和应用实践，海洋石油工程股份有限公司在软管和电缆安装连接方面积累了丰富的经验，根据不同型式FPSO船艏结构、不同施工环境条件、不同类型软管数量和参数，形成了独具一格的软管和电缆安装连接方法[4]，即预布安装法、驳船安装法和浮吊安装法。

表1 跨接软管和电缆的编号和参数

预布安装法是指在FPSO拖航之前将跨接软管预先布置在FPSO上，然后通过FPSO和系泊头上绞车的牵引安装跨接软管的方法。此方法受到FPSO船艏结构、软管/电缆长度、安装平台宽度及拖航距离的限制。“海洋石油117”FPSO软管安装平台尺寸为20 m×20 m，安装平台滑道13 m，滑道末端距船艏甲板5m，可预布软管的长度为38m。由表1可知，软管和电缆的长度为78 m，软管还剩40 m没有预布；如果采用U型预布，在满足软管和电缆最小弯曲半径的前提下，船艏空间又不能满足14根软管和4根电缆的预布要求；另外还由于拖航距离过远，不适合选择预布安装方法。但是，如果对船艏结构加以改造，仍可以选择此方法，只是受到工期条件限制，故没有选用此方法。

驳船安装法是指用拖轮将装载软管和电缆的驳船推（拉）到单点系泊和FPSO之间，利用FPSO和单点系泊上的绞车和套在软管上的Chinese finger（拖拉网套）将软管两端分别提升到FPSO和单点系泊上进行安装的方法。此方法安装进度较慢，同时对天气和海况的要求较高，且要求YOKE与海面之间有足够的空间。另外因为驳船一般需要固定在FPSO的船艏，所以要求FPSO的船艏必须是平的。“海洋石油117”通过适当的调载可以满足YOKE与海面之间有足够的空间，但是受到施工时间、海况、工期的限制，所以也不适合选择此安装方法。

浮吊安装法是指利用浮吊的两个吊钩分别吊起软管的两端，利用浮吊的旋转和变幅将软管的两端分别送到单点系泊和FPSO端安装的方法。此方法安全性高，可以在海况条件比较恶劣的情况下使用，并且对FPSO和单点系泊的结构没有要求。

通过对以上3种安装方法的分析研究和综合对比，蓬莱19-3Ⅱ期项目施工方法选择了浮吊安装法。

3.2 浮吊的选择

浮吊选择的基本依据是浮吊的吊高、吊重和扒杆长度。“海洋石油117”FPSO吃水14 m时，FPSO软管安装平台距离海平面约42 m，SYMS（单点系泊系统）软管安装平台距海平面约40 m，船艏系泊支架平台高出海平面约50 m，YOKE臂中部距海平面最小高度约21 m，如图3所示。

起吊时所用吊扣长为5 m，YOKE最高点距水面的距高为26 m。所以浮吊最小和最大吊高分别为：

Hmin=L/2+L1+H1=39+5+26=70（m）式中Hmin——浮吊最小吊高/m；

L——软管长度/m；

L1——吊扣长度/m；

H1——YOKE最高点距水面距离/m。

Hmax=L+L1+H1=78+5+26=109（m）

式中Hmax——浮吊最大吊高/m。

浮吊的靠泊位置和工作区域的吊距见图4。

由图4可知，当吊钩到达船艏系泊支架上方，此时扒杆的最小倾角为50°，为了能到达工作区域二的最远端软管连接位置（吊距约56 m），浮吊扒杆的最小长度L为：

L=56/cos50°=87（m）

由上述吊高和扒杆长度的限制条件可知，当时在国内海油工程公司浮吊船舶中只有“蓝疆”号满足施工要求，另外“蓝疆”号的吊重同样也满足施工需求，所以蓬莱19-3Ⅱ期项目选择了“蓝疆”号作为施工船舶。

3.3 浮吊的验证

查“蓝疆”号吊重曲线知：1号辅钩在工作区域一的最大吊高为107 m，在工作区域二的最大吊高为92 m。

工作区域一：起吊后软管最低端的最小高度为：

Hb=Hmax-L1-L=107-5-78=24（m）＞21m式中Hb——软管最低端最小高度/m。

工作区域二：1号辅钩到达最远端的软管连接位置（吊距约56m）时，有关计算参数如图5所示。

起重扒杆在FPSO船艏系泊支架上方的最大高度h计算如下。

系泊支架到浮吊中心处的水平距离y为：

y=50/tan50°=42（m）

h=92×y/56=69（m）＞50 m

该起吊方式在工作区域一不会受到YOKE臂的高度限制，在工作区域二不会受船艏系泊支架干扰。所以选择“蓝疆”施工是完全可行的。

4 “蓝疆”号安装方法

4.1 软管挂载并起吊

在软管头部套上Chinese finger（拖拉网套）并安装牵拉头，在牵拉头上安装三只卡环，一只卡环连接起吊钢丝绳，一只安装引缆钢丝绳，使用reel driver释放软管，防止划伤。用索具钩住牵拉头主钩开始起吊，使软管完全从软管卷筒中抽出。当软管从卷筒中完全抽出后，将软管尾部套上Chinese finger并安装牵拉头，用辅钩起吊软管尾部牵拉头，同时使用绞车牵引，以防止软管在起吊的过程中遭到损坏。如图6所示。

4.2 SYMS侧的连接

起吊软管，到达YOKE压载舱上方时放低软管，利用引缆将SYMS绞车和FPSO船艏绞车的牵引绳绑到软管尾部牵拉头上，启动SYMS绞车和FPSO船艏绞车使缆绳带劲，完成力的转移，解除浮吊的吊扣，继续启动SYMS端绞车慢慢拖拉，同时FPSO端绞车带劲跟放，直到软管尾部连接法兰到达SYMS处对应法兰位置。使用倒链连接软管尾部的Chinese finger，并将软管临时固定住，拆除软管牵拉头，将软管法兰和SYMS对应法兰对接，紧固螺栓，完成软管在SYMS侧的连接，解除倒链和Chinese finger。如图7所示。

4.3 FPSO侧的连接

起吊软管剩下的一端，旋转吊臂到达FPSO船艏软管连接处上方，放低软管，利用引缆将SYMS绞车的牵引绳和FPSO船艏绞车的牵引绳分别绑扎到软管牵拉头上（切勿绑压），启动FPSO端绞车慢慢拖拉，同时SYMS端绞车带劲跟放，并慢慢放松软管尾部浮吊的吊扣，直到软管尾部联结法兰到达系泊支架上对应法兰位置，使用倒链连接软管头部的Chinese finger，并将软管临时固定住。解除软管牵拉头及浮吊的吊扣，将软管法兰和系泊支架上对应法兰对接，紧固螺栓，完成软管在FPSO侧的连接，解除倒链和Chinese finger。如图8所示。

5 结束语

（1） “海洋石油117”FPSO的14根跨接软管和4根电缆中包括4根直径为406.4 mm(16 in)大尺寸的跨接软管。该FPSO软管和电缆数量是目前国内跨接软管最多的一次，软管尺寸大、数量多，施工难度大，作业风险高。选择“蓝疆”号进行跨接软管和电缆的安装，虽然受到一些客观条件的限制，但是施工顺利。这是浮吊安装法一次典型的成功运用。

（2） 预布安装法简单快捷，成本低，不需要驳船、拖轮和浮吊等大型船舶，节约资源；驳船安装法成本较低，不需要浮吊等大型船舶。但是由于客观条件的限制，这两种方法均不适合此项目。浮吊安装法适用范围广，施工进度快，但是成本较高。

（3） 由于施工时期海洋环境条件、跨接软管特性以及FPSO施工条件的限制，浮吊安装法是一种正确的选择，但增加了工程成本，在有条件的情况下还是首选预布安装法或驳船安装法。

[1] 闫峰，王明伦，姜进方，等.30万t FPSO连接安装模型试验[J].中国造船，2009,50（增刊）：157-163.

[2] 王云庆，赵军凯，刘瑜珩，等.水下软刚臂系泊FPSO-SPM跨接软管更换[J].石油工程建设，2008，34（3）：17-19.

[3] 袁中立，李春.FPSO的现状与关键技术[J].石油工程建设，2005，31（6）：24-29.

[4] 周守为，曾恒一，范模.我国浮式生产储油装置的研制与开发[J].中国海上油气，2006，18（2）：73-78.

Abstract:Associated with the jumper hose and cable installation work of the 30×104t large scale FPSO“Offshore Petroleum 117”in the second construction phase of PL19-3 Oilfield in Bohai Bay,this paper introduces in detail the aerial installation method of large span jumper hoses and cables connection.Based on the analysis of applicability of presetting method,barge method and crane ship method as well as the construction site condition,the crane ship installation method is finally chosen,then the calculations of hoisting height and crane boom length are conducted to select suitable construction ship.This method has successfully been applied in Bohai Bay in April 2009 and the valuable experience has been obtained.

Key words:FPSO;crane ship method;aerial installation;jumper hoses;jumper cable

（20）Research of Aerial Installation Method of Large Span Jumper Hoses Connection for Floating Single Point Mooring System and Construction

YAN Lai（Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China），YAN Bin,SUN Pi-song，et al.

TE54

A

1001－2206（2011）02－0020－04

晏莱（1982-），男，湖北随州人，工程师，2008年毕业于西安石油大学，硕士研究生，现从事FPSO拖航、连接、解脱等相关技术研究工作。

2010-05-26