8000hp油田增产作业支持船甲板特种设备的安装

廖俊峰　陈焕东　陈婷婷

摘 要：目前国内使用水力压裂技术进行油田增产的项目一般使用拖车式液罐、搅拌器、水合动力撬、压裂泵等设备，仅能用于陆上油田增产，局限性比较大，且设备接口需重复拆装，自动化程度低。由我公司承建的8 000 hp油田增产作业支持船，集成油田增产设备及管路于一体，自动化程度较高，且可在海上作业，是国内首艘海上集成油田增产设备的船舶。该船固定甲板特种设备所用的部分基座在海工船上也是首次使用，具备固定效果好、拆装方便、可重复利用的优点。

关键词：可拆卸；通用；紧凑；集成

中图分类号：U674.38 文献标识码：A

Abstract： Oil production was increased in China commonly with water fracturing technology by trailer type tank， mixer， hydration power package and fracturing pump，these equipment can only work on land， the interfaces of them have to be removed repeatedly and the automation level is very low. Our company has built an advanced 8 000 hp well stimulation vessel， the first offshore well stimulation vessel in China. It integrates all the well stimulation equipment， piping， accessory as a compact and high-automation level unit and can operates offshore. Some foundations firstly used to fix special deckequipments in it have good performance and can be removed easily and used repeatedly.

Key words： Removable； Common； Compact； Integration

1 技术背景及存在问题

特种用途工程船特别是海洋工程船，常会遇到需要改变作业类型的情况。因为选择的作业类型不同及转换，需要配合进行模块化、撬装式特种设备的快速安装和拆卸，且要保证船舶在各种航行及作业工况下设备能良好固定。通常，海洋工程船的特种设备采用专门的焊接在船体结构上的整体式设备基座并配钻螺栓孔固定的方式进行安装、固定和拆卸。此种常规安装方式，基座庞大、焊接工作量大、安装工时消耗多、拆卸不方便、设备微调位置困难。

本文介绍一种新型安装基座及管路和接口布置方式。

2 基座及设备安装

本船设备达24个，其基座及安装既要满足设备的使用需求和管线布置，也要考虑到人员行走通道和维修空间。同时，设备的装配顺序也很重要。

（1）压裂泵组基座及安装

压裂泵组安装于船体尾部（左、右舷各3台，右舷靠船尾布置）甲板载货区域。压裂泵组柴油机端通过螺栓与集装箱燕尾槽（焊在单燕尾槽底座上）连接固定，而压裂泵侧则通过螺栓与集装箱立式底座连接固定。

本船在安装过程中发现泵组较长，其自带基座框架大部分处于悬空状态，因此在悬空的部分增加槽钢作为支撑，放置泵组运行过程中跳动过大对设备带来的损坏，如图1所示。

（2）撬组（ 混砂撬、混配动力撬、混配主撬、混配水合罐撬等）基座及安装

混砂撬安装于船中右舷区域液罐旁，采用集装箱扭锁固定，两端配眼板和绑扎索（链），另设限位支座固定。

液罐框架式货柜、高压软管滚筒、混配主撬、混配动力撬、混配水合罐撬、胍胶存储箱、交联剂罐柜、1方胍胶罐柜和数采控制房等，采用螺栓方式固定，在设备底座侧面焊装螺栓安装面板，并与焊接固定在甲板上的安装支座用螺栓连接，如图2所示。

在安装过程中，为防止设备跳动过大，在混配主撬、混配动力撬下方基座间增加垫板。

（3） 液罐基座及安装

酸液罐、泵和管路区域下方的甲板，应设有抗腐蚀材料制成的衬里，高度应至少为500 mm。相邻的液罐柜之间、交联剂罐柜之间，在其顶部角隅处应采用集装箱桥码绑扎件将其相互固定。

酸液罐安装区域及装卸货区域设置围堰，围堰及围堰内的上甲板都涂有耐盐酸腐蚀涂层；在装卸货接头处装设防溅板和有足够容量的收集盘以便处理收集物，防溅板和收集盘都需为耐盐酸腐蚀衬垫或涂层，或用耐盐酸腐蚀材料制造。

在安装过程中，由于4台液罐紧靠中间无法焊接，采用增加螺栓固定支座的方法，另在顶部增加固定角隅件，使其设备间的震动减小。取消绑扎索，因为绑扎索紧固效率低，且影响管线的布置，仅保留固定管线的眼板，如图3所示。

（4）砂罐的基座及安装

4个砂罐并排于船中65肋位处，贮存支撑剂为陶粒或石英砂。

砂罐框架底部设置复板并通过定位支座或搭接板与甲板焊接固定（见图4），相邻的砂罐柜之间，在其顶部角隅处应采用集装箱桥码绑扎件将其相互固定。

在安装过程中，砂罐采用直接跟垫板焊接的方式，为保证基座不被锈蚀，需将设备间缝隙焊接。为防止设备内积水，将封闭垫板开流水口。且砂罐下方铺设格栅，方便人员行走。

（5）高压软管滚筒基座及安装

高压软管滚筒通过螺栓与高压软管滚筒螺栓安装支座（焊在软管滚筒底座复板上）连接固定见图5，安装于尾部左舷。

（6）绑扎件及紧固件

为本船酸化压裂作业设备所配的集装箱固定和绑扎零部件应与现有设备相配，集装箱燕尾槽座、扭锁、绑扎眼板及绑扎索（链）的配备和安装应符合专业供应厂商的要求。

立式底座、燕尾槽座底座和支承座的安装高度须考虑与扭锁的配合，以及甲板实际平整度等因素的影响，保证扭锁和支承座的支承面在同一平面。

3 甲管系及接口布置

本船设置的特种系统主要具备支撑剂压裂、酸化、酸化压裂、防砂等专业功能。

（1）支撑剂压裂系统

本船支撑剂压裂作业流程分为低压侧管系和高压侧管系。

低压侧作业设备主要包括：液罐；混配主撬、连续混配水合罐撬、混砂撬。

作业工况分为两种：

第一种为作业前胶液舱内存放配制好的瓜胶液，作业时直接供液至甲板上的4个液罐，从液罐向混砂撬供液。此时，砂罐通过输砂带把陶粒运送到混砂撬中，与瓜胶液搅拌均匀后输送到6套压裂泵组；

第二种为胶液舱存放过滤好的海水，作业时将海水供至甲板上的4个液罐，4个液罐向连续混配撬供海水，由连续混配撬配制瓜胶液，配制好的瓜胶液向混砂撬供液，陶粒通过混砂撬与胶液混合送至压裂泵组。

考虑到胶液的强碱性和陶粒的耐磨性，低压侧管系采用复合橡胶软管（内胶采用天然橡胶，外胶采用氯丁橡胶，中间为钢丝骨架及四层天然橡胶帘子线），两端带4" CAMLOCK型接口。

（2）高压侧作业设备主要包括：柱塞压裂泵组；高压软管滚筒。

高压侧作业主要是指从混砂撬来的压裂液（胶液与陶粒的混合物），经压裂泵组加压后，通过高压软管滚筒直接输送到井口压裂。此处的压裂液不仅具有低压侧介质的性能，还具有100 MPa左右的高压，该高压管线采用高强度合金钢（105 MPa）焊接连接。

（3）酸化、酸化压裂系统

酸化、酸化压裂系统与支撑剂压裂作业系统差不多，也分为低压侧管系和高压侧管系，唯一区别是酸液通过混砂撬时不需要与陶粒混合即可输送至压裂泵。

4 结论

（1）目前大部分设备是通过焊接在船体结构上的整体式设备基座并配钻螺栓孔固定方式进行安装。针对模块化、撬装式特种设备需快速安装和拆卸的问题，本文提供一种螺栓式的设备固定连接件，如图6所示。

通过旋动螺栓，调整面板3和面板4的间隙，即可对设备位置进行微调和适配。螺栓拧出后，面板3和面板4脱开连接，设备即可拆除。

本可拆卸式设备固定连接件的优点：

本设计结构简单，使用方便，通用性好，可快速安装、固定或拆卸特种设备；

安装工艺性好，可通过螺栓调整两块面板之间的间隙，使座板与设备紧密贴合，保证受力均匀；连接件的安装或者修改工作量相对小；连接件拆除后可重复使用；

（2）由于压裂泵组设备重而且长，集装箱运行过程中振动大，采用燕尾槽与集装箱立式底座组合使用，可使设备框架底座在XYZ三个方向上受力均衡，增强设备使用安全系数，为图7所示。

（3）绑扎索固定效果差、成本高，且其布置影响设备正常使用。采用此桥型连接件固定效果好、成本低、拆卸方便。

（4）采用软管连接，便于根据不同作业情况调整管子布置方案，同时也便于管系迅速拆装。此外，由于输送介质具有强碱性，软管比钢管更具有耐酸防腐性能，延长管子的更替周期。再者，所有特种设备/阀门接口统一采用4”法兰式CAMLOCK接头连接，便于迅速拆装管路和具有同类型设备接头互为替换功能。

参考文献

[1] 延长油田增产改造特色工艺技术[M].石油工业出版社，2011.

[2] CCS.钢质海船入级规范 [M].北京人民交通出版社，2006.

[3] 水力压裂技术新发展[M].石油工业出版社，1995.

[4] 实用紧固件手册（第三版）[M].上海科学技术出版社，2012.

[5] 机械设计手册（第5版）[M].化学工业出版社，2008.