单点系泊系统快速修复技术

刘雪宜，秦勇，孙雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

单点系泊系统快速修复技术

刘雪宜，秦勇，孙雪梅

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

单点系泊是FPSO最为常用的系泊方式，保持单点的完整性对于FPSO安全以及整个油田的生产至关重要。文章以海洋石油102单点修复项目为例，详细论述水上软刚臂单点组成、单点坏损情况、修复策略、单点系泊头修复、海缆修复以及YOKE修复等关键技术。海洋石油102单点修复项目涉及的难题和创新将为今后类似单点系泊系统完整性管理以及单点快速修复提供良好的借鉴。

水上软刚臂；单点系泊损坏；单点系泊头修复；海缆修复；YOKE修复

0 引言

渤中28-2南油田位于渤海南部海域，水深约为21 m，主要设施包括中心平台CEP、海洋石油102单点/FPSO以及CEP平台至单点的海底管道。2011年4月1日海洋石油102单点YOKE系统严重受损，中海油第一时间启动应急预案，将FPSO顺利解脱并拖航至蓬莱港停靠，受损的YOKE运回陆地维修。为了尽快实现油田复产，在FPSO紧急解脱和YOKE拆除抢险工作结束之后，立即展开对单点系泊系统（简称单点）受损设施的全面勘察和评估，确定了修复方案，同时开展单点管汇平台、海缆、YOKE等多方面的修复工作，最终于2011年6月20日实现海洋石油102单点/FPSO的复产。

1 水上软刚臂单点系泊系统

近30年来，单点系泊系统由于其水深适应范围广，能系泊超大型FPSO，抵抗海洋环境能力强，经济性好，因而广泛应用于海洋开发中。按系泊结构方式单点系泊可以分为：塔式系泊、转塔式系泊和浮筒式系泊，其中塔式系泊系统适用于50 m以内的浅水海域。

海洋石油102单点属于水上软刚臂系泊系统，是塔式系泊系统的一种，其主要结构如图1所示，包括：四腿导管架、单点系泊头、YOKE、系泊腿、系泊支架等。

导管架用钢桩固定在海底，单点系泊头固定在导管架之上。YOKE和系泊腿连接单点系泊头和FPSO船首的系泊支架，构成单点系泊的软刚臂系统。YOKE的头部有纵摇铰接头、横摇铰接头，系泊腿上下端分别装备了推力轴承、万向铰接头，能够消除单点与FPSO之间的六个自由度的相对运动。YOKE末端左右各有一个压载舱，分别灌注180 t防冻液，其作用是为FPSO的位移提供回复力，保证系泊腿角度处于正常的垂直位置。海洋石油102单点具有风向标效应，允许FPSO围绕单点系泊头作360°的自由运动，使FPSO始终处在合外力最小的位置上。

图1 海洋石油102单点结构示意

2 单点损坏情况

在FPSO紧急解脱和YOKE拆除抢险工作结束后，立即委托海洋石油工程股份有限公司（以下简称海油工程公司）、单点设计厂家SBM公司展开对单点受损设施的全面勘察和评估，结论如下：

（1）单点系泊头。主轴承状况良好；转盘以上结构状况良好；下层管汇平台结构、管道、仪表损坏严重，其中包括关断阀、DBB阀、PIG阀等；下层甲板海底管道、海缆损坏严重；将军柱走道甲板损坏严重。

（2）YOKE。横摇轴承状况良好；万向铰接头状况良好；压载舱状况良好；D 2 420 mm的横管以及相连的侧向支撑管撕裂变形需更换；受损的辅助结构如走道、栏杆、照明等需要恢复。

（3）FPSO船首部分。系泊结构、系泊腿以及推力轴承状况良好。

3 单点修复策略及关键技术

为尽快恢复油田生产，确定复产策略和方针是项目实施的第一步。在取得检测评估结果后，结合专家意见确定了复产工作的总策略：以原设计为基础，局部进行加强，实现油田快速复产。随后，制订了详细的技术方案和实施计划，这些技术方案不仅体现了单点修复项目的独特性，而且对海上平台维修、海缆修复具有普遍的指导意义。

3.1 单点系泊头修复

单点系泊头损伤情况比较严重，主要集中在下层管汇平台结构、管道、仪表和位于下层甲板的海底管道、海缆。海洋石油102单点处FPSO紧急撤离以后，立即动员渤海自立号生活支持平台投入单点修复项目，其在单点附近就位如图2所示，其功能是满足施工期间海上物料吊装的需要，并承担海上施工所需水、电、气的供给，为作业人员食宿的安置、物料存放及施工预制等提供必要的场所。

图2 “渤海自立号”在单点附近就位

根据单点系泊头损坏情况，制订了按照单点原设计图纸快速修复的施工方案。一方面按照单点检测评估结果启动设备、材料的采办，另一方面动员人员开始海上修复施工。海上施工按照先拆旧后装新、先结构后管道、最后电仪的总体思路展开，对于有特殊工艺、交叉施工要求的，以及限制空间的地方适当调整施工顺序。单点修复大致的施工步骤如下：

（1）拆除照明、导航、通讯、气体/火焰探头、管道电伴热、电缆和电缆托架、救生以及CO2系统等设备。

（2）拆除4根绝缘法兰至滑环的原油管道以及闭排系统部分受损管道。

（3）拆除上层管汇平台（EL33050）、下层管汇平台（EL31200）全部结构。

（4）预制、回装上层管汇平台（EL33050）、下层管汇平台（EL31200）全部结构，焊道NDT检验，涂装。

（5）预制、回装4根绝缘法兰至滑环的原油管道，管道焊道NDT检验，安装新的关断阀、DBB阀、PIG阀，压力试验，管道伴热保温。

（6）安装新的救生系统、CO2系统等设备。

（7）检测标定压力、温度、指示、气体/火焰探头、关断阀等各类仪表。

（8）预制、回装电缆托架、马脚、灯具支架，敷设电气仪表电缆，安装照明、导航以及其他电仪设备。

（9）完成仪表设备的单机调试、回路调试，做好投产准备。

为了加快施工进度并保证施工安全，采取了如下有效措施：

（1）同时开展损坏部件的拆除与新部件的采办、预制。

（2）在项目初始就统筹考虑整个项目施工需要搭建的脚手架，避免脚手架的重复搭建与拆除。

（3）结构件、管道的预制尽可能在陆地完成，减少海上组对、焊接工作量。

（4）优化施工工艺，尽可能安排并行作业，并加强施工进度的监控，根据关键路径适时调整施工资源的投入。

（5）为保证施工安全，尽量减少交叉作业，将风险较大的吊装作业、高空作业、潜水作业尽量安排在白天，将风险较小的UT/MT、涂装、调试尽量安排在夜间。

3.2 海缆修复

海洋石油102单点系泊系统YOKE受损变形将海缆护管上锚固出口处的海缆压断，如图3所示。该海缆从单点敷设到CEP平台，海缆参数为3芯×240 mm2，电压等级10.5 kV，质量28.5 kg/m，全长1.5 km。根据以往海缆维修的经验和方法，海油工程公司形成了一套自有的、行之有效的海缆维修技术。修复方案思路：如果海缆有充足的富余量，直接抽拉破损处海缆到海缆箱处，测试合格后接入海缆箱。为预防海缆富余量不够，提前向海缆原厂家购买200 m新海缆备用，并编制敷设新海缆接长旧海缆的备用方案。

图3 海缆在护管出口处压断

施工步骤如下：

（1）选择合适的主作业船。根据海缆修复施工的需要，需要一艘甲板面积100 m2以上的施工船，一台50 t吊机、一台10 t卷扬机，并且搭载一套吹泥设备，同时船舶能提供30名施工人员的食宿。本项目主作业船为滨海106。

（2）主作业船就位。主作业船抛锚时不能影响渤海自立号和海底的管道和海缆，就位方式采用船首带缆，船尾抛锚。

（3）检查海缆富余量。潜水员下水探摸海缆富余量，发现海缆水下部分富余量不够时，项目立即启动敷设200 m新海缆接长旧海缆的备用方案。

（4）切断旧海缆后做绝缘测试。在距离单点导管架电缆喇叭口大约40 m处对旧海缆进行提拉，固定到作业船上的一定长度时将海缆切断，在旧海缆切断后，对切断处到CEP平台这段海缆做绝缘测试并确保合格。

（5）切断海缆箱处旧海缆。单点上施工人员用倒链将海缆箱处海缆固定，切断与海缆箱连接的电缆，并切除锚固点。

（6）抽拉海缆护管中的旧海缆。在单点结构梁上安装一导向滑轮，利用船上的卷扬机将海缆护管中的旧海缆抽拉上船，如图4所示。在抽拉旧海缆的同时将一根钢丝绳从船上引到单点，为新海缆穿管做准备。

图4 抽拉海缆护管中的旧海缆

（7）从单点处反向敷设新海缆。利用作业船上的卷扬机和导向滑轮将新海缆穿过单点上海缆护管，从单点反向敷设海缆到标记处后若干米（现场决定），以留出充足余量，并对新敷设的海缆做绝缘测试，防止在敷设过程中海缆破损。

（8）海缆断点处做接头测试。配合厂家人员在作业船上密封操作间将新旧两段海缆连接做接头；中间接头做完后，对整段海缆做绝缘测试并对海缆打压，确保合格后将接头吊放入海中。

（9）海缆接入海缆箱。测试合格后，专业人员需要对海缆的三芯做线鼻子，并将海缆接入海缆箱中。在海缆护管上重新安装新的锚固。吊放水泥压块入海压住海缆。

3.3 YOKE修复

YOKE结构为三角形钢架，其外围尺寸为34 m×28 m，结构净质量210 t，位于FPSO系泊腿与单点系泊头之间。驳船将受损的YOKE运回码头，用浮吊将YOKE吊装到傍靠码头的维修场地，场地布置如图5所示。YOKE由四个垫墩支撑，根据支撑位置的不同设计预制两种不同规格的垫墩。

图5 YOKE在维修场地的布置/m

YOKE在海上损坏严重，是单点系泊系统快速修复的重点。修复的内容包括YOKE鼻锥部横管、侧向支撑管段、与纵摇及横摇轴承连接的直管段以及其他附属结构（如梯子、栏杆、格栅、走道等）。如图6所示，YOKE鼻锥部横管严重变形，与侧面支撑管马鞍口连接处撕裂，连同部分长度的侧面支撑管需要重新卷制接长、组对焊接。

图6 受损的YOKE鼻锥部横管

YOKE修复大致的施工步骤如下：

（1）根据YOKE修复方案，编制YOKE修复工艺流程，如图7所示。

（2）搭设脚手架。在YOKE周围搭设脚手架，搭设高度约6 m，需要上、中、下三层跳板。在脚手架上的主要作业内容有损坏结构拆除、无损检测、空间组对施工和油漆喷涂等。

（3）现场尺寸测量及焊缝无损检测。对YOKE鼻锥部和YOKE压载舱上的机械连接件和结构焊缝进行无损检测、评估以及整体尺寸和变形的测量，并根据设计单位的意见开展修复工作。

（4）YOKE调平。根据现场测量数据，对YOKE进行水平度及定位尺寸调整，保证各个尺寸满足建造误差要求。节点位置误差控制在15 mm范围内，角度误差控制在±0.5°内。

（5）布置临时垫墩和临时支撑。对受损YOKE鼻锥部进行切割作业前，在两个YOKE钢臂拟切割位置靠后约2.5 m处增加两个临时垫墩（编号1和2），两YOKE钢臂之间布置一根临时支撑管（规格为D 610 mm ×16 mm×6 500 mm，材质为GB 712-2000 A36），确保YOKE切割后不发生变形。对YOKE鼻锥部进行切割作业前，在切割部分下方布置4个临时垫墩（编号3、4、5、6），垫墩位置如图8所示。

图7 YOKE修复工艺流程

图8 YOKE修复临时垫墩布置

（6）YOKE切割吊装。根据结构检测、评估意见，确定YOKE切割位置，切割过程中需要在切割结构部件上现场布置几个临时吊点，并使用吊机挂扣协同作业，以确保安全。切割作业时，首先切割YOKE钢臂切割位置的走道、栏杆，然后切割YOKE钢臂。切割YOKE鼻锥部结构时需要吊机叉车协同作业。

（7）管材卷制。根据管材单件图及卷制接长方案，按API2B规范要求完成管材卷制并接长，然后使用样板数据现场切割马鞍口，管件预制好后进行喷砂喷漆作业。

（8）现场组对。如图9所示，工序如下：组对支撑管段1，有一道现场环焊缝焊接；组对支撑管段2，有一道现场环焊缝焊接；组对头部横管与铰接头连接件预制成的整体部件，有两道现场环焊缝焊接。每一道焊缝都需要完成组对、报检、焊接、报检等过程。

（9）安装辅助结构、涂装、拆除脚手架。根据图纸分段预制梯子、栏杆和走道，预制完成后进行整体喷砂喷漆作业，然后分段吊装组对焊接，并报检。完成全部修复作业后拆除全部脚手架。

图9 YOKE修复现场组对工序

4 结束语

水上软刚臂单点系泊系统，适用于50 m以内的浅水海域，是我国渤海地区常采用的单点系泊方式。海洋石油102单点修复项目面对工期紧、施工空间小、投入资源多等难题，在全面勘察评估单点受损情况的基础上，及时确立了单点修复策略与方针，依靠国内技术和施工队伍解决了单点系泊头修复、海缆修复、YOKE修复等工作中的诸多难题，努力提升项目实施以及施工现场的管理水平，历时81 d实现了渤中28-2南油田的全面复产。海洋石油102单点修复项目的成功，对于今后单点FPSO类似工程，具有一定的借鉴和参考意义。

[1]刘雪宜.FPSO在YOKE损坏时的应急解脱[J].石油工程建设，2013，39（3）：26-30.

[2]田冰，刘雪宜，孙丕松.BZ34油田单点系泊系统海上解脱[A].中国海洋工程学会.第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集[C].呼和浩特：海洋出版社，2009.1 473-1 477.

油气管道两项关键设备实现国产化

由中石油管道局机械公司自主开发研制，目前国内最大直径、最高压力快开盲板与绝缘接头——压力12.6 MPa、直径1 550 mm环锁型快开盲板和压力12 MPa、直径1 400 mm整体式绝缘接头，近日通过中国特种设备检测研究院的技术检测。这标志着我国油气管道关键设备国产化又一次新突破。

据相关人士介绍，快开盲板与绝缘接头分别是中石油科技重大专项研究课题《油气管道关键设备国产化》和《第三代大输量天然气管道工程关键技术研究》中的一项。此两项产品的成功研制，是中石油管道局高压力、大口径快开盲板和绝缘接头技术的进一步提升，不仅为北天山备用通道工程建设做好了准备，同时为中国管道建设主干线快开盲板实现国产化和第三代大输量天然气管道建设做好了技术准备。

（本刊摘录）

EmergencyRepair Technologyfor Single Point Mooring System

Liu Xueyi，Qin Yong，Sun Xuemei
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.Tianjin 300452，China

Single point mooring（SPM）is the most commonly used mooring way for FPSO，so maintaining the SPM integrity is paramount for the FPSO safety and the production of the whole oilfield.Taking Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project for example，this paper detailedly presents the components of soft YOKE SPM system，SPM damaged status，repair strategy，and key techniques for SPM emergency repair，such as SPM mooring head repair，submarine cable repair and YOKE repair.The solutions and innovations associated with Haiyangshiyou 102 SPM emergency repair project will provide good references and experience for the integrity management and emergency repair of similar SPM system in the future.

soft YOKE；SPM damage；SPM mooring head repair；submarine cable repair；YOKE repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.005

刘雪宜（1980-），男，湖南攸县人，工程师，2006年毕业于哈尔滨工程大学船舶与海洋结构物设计专业，硕士，主要从事海洋工程设计与安装工作。

2014-02-21