深水TLP浮式平台的张力腿海上安装方法研究

魏佳广，李怀亮，黄山田，王浩宇，杜永军

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

深水TLP浮式平台的张力腿海上安装方法研究

魏佳广，李怀亮，黄山田，王浩宇，杜永军

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

TLP浮式平台是国际上深水油气田开发应用最多的生产平台之一。其关键设备张力腿的海上安装是TLP平台施工的重要环节。以流花16-2 TLP平台为例，研究了张力腿海上安装方法及施工工序，进行了张力腿海上安装的运动过程数值分析，总结归纳不同海况条件对张力腿安装过程的影响，提出张力腿支撑临时浮筒的绑扎是保证张力腿自由站立工况安全的基本条件，为工程实践提供理论支撑及技术指导，对TLP平台的真正实施有很大的推动意义。

TLP平台；张力腿；海上安装；绑扎；运动分析

为打破国际垄断，突破关键技术，掌握张力腿平台（TLP）相关海上安装方案是推动我国南海油气田开发的关键。本文以流花16-2 TLP浮式平台项目前段工程设计为例，针对TLP浮式平台张力腿海上安装方法进行研究，为工程实践提供理论研究及技术支撑。关于该TLP浮式平台的基本情况参见王浩宇等“张力腿平台海上安装技术研究”[1]，本文着重研究该平台张力腿的海上安装方法，为工程实践提供理论研究及技术支撑。

1 张力腿系统组成

张力腿是TLP浮式平台的关键设备之一，起着系泊TLP浮式平台和控制平台升沉、横摇、纵摇周期等作用。TLP浮式平台通过浮体浮力使张力腿始终处于拉伸状态，通过张紧拉力将TLP浮式平台限制在设计允许的运动误差和吃水范围内，实现平台在设计环境条件下的生产功能需求。张力腿系泊系统需提供足够的刚度，以保证平台的升沉、横摇和纵摇频率远离波浪能量集中的频率范围，从而避免谐振响应。张力腿通常设计成中空结构，以减少上部平台荷载，且方便海上安装施工。

张力腿由顶部段、主体段、底部段及各分段连接器组成[2]，张力腿系统组成示意见图1。

图1 张力腿系统组成示意

流花TLP浮式平台的张力腿参数见表1。

表1 流花TL P平台张力腿基本参数

2 张力腿海上安装

2.1 施工准备

海上施工准备是海洋平台安装的首要步骤，充分的准备工作在很大程度上决定了海上安装作业的效率和工期。

一般来说，张力腿海上施工准备工作除了常规的施工机具、材料、资源及主船锚泊及驳船的靠泊准备外，还包括关键的张力腿专用机具准备，这与以往浅水导管架安装截然不同。张力腿海上施工专用机具主要包括：张力腿起吊器、张力腿底部连接器（见图2）、张力腿分段组对连接器、张力腿辅助夹紧机构、张力腿对接塔、张力腿支撑临时浮筒（见图3）安装平台、张力腿支撑临时浮筒绑扎工具等[3]。

图2 张力腿底部连接器示意

图3 张力腿支撑临时浮筒

2.2 张力腿安装就位

张力腿海上安装是深水TLP浮式平台海上安装的重要环节，甚至是影响TLP浮式平台海上就位的关键步骤。张力腿分段组对接长是张力腿安装成功的前提，也是项目的技术难点。

流花TLP浮式平台张力腿安装的总体思路：张力腿系统一般通过在主作业船的对接塔架上进行逐段/节连接，每连接好一段/节，吊车就降低其上部至塔架张力腿辅助夹紧机构处，并悬挂于安装台上，再进行下一段/节的组装。待顶部段连接完成后，进行张力腿和其支撑临时浮筒的连接安装[2]。具体方法如下：

（1）船舶就位、张力腿底部段预挂。首先，主作业船舶在流花油田区锚泊就位，并将张力腿安装位置放于船舷侧；其次，张力腿组对平台、浮筒安装平台、滚筒绞车等辅助操作设备在甲板上完成预布置；最后，张力腿运输驳船（张力腿布置示意如图4所示）靠泊主作业船，起吊（见图5）、扶正张力腿底部段，并将其移动至张力腿对接塔设计位置，采用张力腿辅助夹紧机构悬挂。

图4 张力腿在运输驳船的布置示意

图5 张力腿起吊

（2）张力腿主体段对接。固定张力腿底部段在对接塔上；起吊主体段首节（流花16-2TLP浮式平台张力腿主体段分为4节），并使用张力腿组对连接器使其与张力腿底部段连接；起吊张力腿主体段首节和底部段组合体，重新移动并夹紧在对接塔上，依次与张力腿剩余主体段的分节和顶部段相对接，直至所有张力腿分段对接完成，形成一根整体张力束。

（3）在对接塔上完成张力束的组对。

（4）张力腿支撑临时浮筒安装（如图6所示）。为了避免张力腿产生轴向压力和抵抗TLP浮式平台连接前的环境载荷，需要在张力腿的顶部段安装一个足够大的支撑临时浮筒，确保张力腿不会受损。将临时支撑浮筒提前预布置在浮筒安装平台上，移动张力腿至临时浮筒安装平台，并将临时浮筒固定于张力腿上，完成张力腿支撑临时浮筒的安装。临时浮筒安装在张力腿的顶部段，通过压载来平衡张力腿的浮力和张力，使张力腿自由悬浮。

图6 张力腿支撑临时浮筒安装

（5）张力腿下放就位。起吊整体张力腿并下放，在ROV监视下，将张力腿插入底部接收装置，见图7。

图7 张力腿插入底部接收装置示意

2.3 张力腿绑扎

由于受到TLP浮式平台建造工期、出海前需要完成的各种调试以及湿拖等多种因素的影响，张力腿海上安装完成后，通常不能接着进行张力腿与TLP上浮体的对接就位。此时张力腿下端连接于桩基，通过其顶部段的临时浮筒直立在水中，这种工况在张力腿设计中称为张力腿自由站立工况[5]。由于风、浪、流等作用的影响，相邻的张力腿间很可能发生碰撞，将给安装作业带来极大风险。为了防止发生碰撞，一般需要对TLP上浮体相邻立柱位置间的两根张力腿用缆绳进行绑扎，避免碰撞。流花16-2平台包括8根张力腿和8套临时浮筒装备，上浮体立柱有4个，各相邻立柱位置间的每两根张力腿间均需要两两绑扎固定，其绑扎效果示意如图8所示，图中的TLP上浮体此时尚未安装，图中上浮体只是为了说明张力腿两两绑扎时的相应位置。

图8 张力腿绑扎效果

4 张力腿安装运动分析

张力腿安装就位过程中，在涌浪及海流等环境载荷作用下，会使张力腿发生一定角度的偏转，由于水深较深，张力腿较长，对张力腿的精确就位有一定影响。因此需要对张力腿安装运动过程进行分析[6]。

利用OrcaFlex软件建立张力腿安装模型（如图9所示），考虑一年一遇的流速（1.57 m/s），对张力腿海上安装的运动状态进行模拟分析，并对不同海况条件下的张力腿端部转角进行分析，结果如图10所示。

计算结果表明，为了保证张力腿安装角度满足要求，需要控制操作环境条件。当流速为1.57 m/s时，如果浪高控制在1.5 m内，可以满足安装要求。

图9 张力腿安装运动分析

图10 不同海况条件下张力腿端部转角

5 结束语

TLP浮式平台张力腿海上安装在国内尚无实践经验，其技术挑战和风险较为突出。通过张力腿海上安装方法工艺研究，提出了张力腿支撑临时浮筒的绑扎是保证张力腿自由站立工况安全的基本条件，也是防止相邻张力腿相互碰撞的根本措施，并对张力腿安装过程的运动进行分析，给出不同海况条件对张力腿安装过程的影响分析，可为将来的TLP浮式平台张力腿安装工程实践提供理论支持和作业指导。

[1]王浩宇，黄山田，王火平，等.张力腿平台钢桩精就位技术研究[J].石油工程建设，2017，43（4）：24-28.

[2]典型深水平台概念设计研究课题组.张力腿平台水动力响应分析[J].中国造船，2005，46（Z1）：59-64.

[3]海洋石油工程设计指南编委会编著.海洋石油工程深水油气田开发技术[M].北京：石油工业出版社，2011.

[4]徐万海，曾晓辉，吴应湘.海洋平台张力腿非线性动力响应[J].海洋工程，2008，5（2）：11-16.

[5]任顺利，陈建民，梁艳霞.张力腿刚度对平台运动响应影响分析[J].石油矿场机械，2008，37（5）：28-31.

[6]董艳秋，胡志敏，马驰.深水张力腿平台的结构形式[J].中国海洋平台，2010，10（5）：1-5.

Tendon installation method studyfor deepwater TL P floating platform

WEIJiaguang，LIHuailiang，HUANG Shantian，WANG Haoyu，DU Yongjun
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

The TLP platform is an important type of floating system used in deepwater oil and gas field development.Tendon is one of the key equipment of TLP，its installation is an important part of the TLP platform construction.Taking tendon installation of the TLP 16-2 in Liuhua Oilfield for example，this paper studies the tendon installation method and construction procedure，conducts the numerical analysis of tendon motion during installation，summarizes the influences of different environment conditions on tendon installation process，points out that the temporary tie-back of tendon support buoy is the basic measure to ensure the safety of tendon in free standing condition.This study has certain reference for practicalTLP installation project.

TLP；tendon；offshore installation；tie-back；analysis of motion

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.005

国家科技重大专项（2016ZX05057013）经费资助。

魏佳广（1986-），男，甘肃白银人，工程师，2011年毕业于辽宁石油化工大学化工过程机械专业，硕士，现主要从事海洋石油平台等设施安装设计及相关技术研究工作。Email：weijiaguang860401@126.com

2017-04-10；

2017-09-01