水上软钢臂式单点系泊系统YOKE 下放技术研究

胡双，张群，朱澧，雷林，李颖

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

本文以渤中区域资源统筹优化利用项目为背景， 针对友谊号单点设施进行了多次改造，在图纸资料不完善的情况下， 提出三种不同YOKE下放干扰校核方法，并按照各种分析法适用的场合及特点，从实施原理、工作量大小、实施优缺点等角度进行分析， 并结合项目实践提出最佳YOKE 下放法， 这对以后涉及到类似单点系泊系统解脱提供了工程借鉴，具有重大意义[1，2]。

1 水上软刚臂式单点系泊系统

“渤海友谊号”FPSO 单点位于渤海南部海域的渤中28-1 油气田，作业水深23.4m，该单点属于塔架式水上软刚臂式单点系泊系统，主要结构由四腿导管架、单点系泊头、软刚臂YOKE、系泊腿、MSS系泊支架及跨接软管及电缆等部分组成[3]，见图1。

图1 水上软刚臂式单点系泊系统

单点导管架用钢桩固定在海底，系泊头固定在导管架之上，软刚臂YOKE 和系泊腿连接单点系泊头和FPSO 船艏的MSS 系泊支架，构成单点系泊系统的软刚臂系统。YOKE 顶部有纵摇、横摇铰接头， 系泊腿顶部和底部分别装备了推力轴承、万向铰接头，能够消除FPSO 与单点之间的相对运动[4]。

YOKE 是管状三角形框架，通过“U”型压槽、灌注环氧树脂固定在单点系泊头， 与单点连接部分为可横摇和纵摇的绞接头， 在框架两侧构件端部是两个压载水舱，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[5]。YOKE 结构见图2。

图2 YOKE 结构示意图

YOKE 压载舱直径φ4260mm，长12m，共有2个压载舱，每个舱内灌注防冻液（压载液）约173t（147 m3），防冻液密度为1.19 t/m3，防冻液中氯化钙与水的质量之比大约为0.42∶1； 在压载舱上部设置4″法兰口2 个、10″法兰口1 个，其设计参数见表1。

表1 YOKE 结构基础信息

2 YOKE 入水角度

FPSO 解脱时， 排完载的YOKE 会漂浮在海水中，鉴于11 月份的恶劣天气，会造成YOKE 与单点碰撞的可能性增加， 严重时会影响油田复产。因此，YOKE 下放后与单点设施的干扰校核分析是实施FPSO 解脱的一个关键技术点。

友谊号单点设施进行了多次改造，图纸资料不完善。 根据单点设计厂家的设计载荷报告，在有效波高5.4m（100a 一遇）的工况下，按照Stokes 5 阶波浪理论计算得到在天文低潮状态下（23m 水深）FPSO 解脱后，YOKE 下放到水中与水平面的夹角为37.8°。

根据YOKE 下放入水的37.8°， 发现YOKE下放后存在较多的干扰设施，在FPSO 解脱前，必须对干扰设施进行确认并提前拆除， 待FPSO 连接完成后再重新进行恢复[6]，见图3。

图3 单点平台与YOKE

3 YOKE 下放干扰校核方法

3.1 三维模拟法

三维模拟法就是利用模拟软件，对设备的位置和管线高度精确的反馈到模拟软件中，利用软件在YOKE 入水37.8°时， 对YOKE 下放干扰结构进行分析，见图4。“渤海友谊号”FPSO 解脱后，友谊号单点上部组块及YOKE 进行海上拆除，对“友谊号”单点进行改造，生产方在FPSO 解脱之前，在单点第四层平台安装收发球筒，由于安装的收发球筒可能与YOKE 下放干扰，应提前对收发球筒的安装位置及管线高度进行评估分析。 收发球筒安装的底线就是经过调整后的临时生产流程改造和清管球收发器改造管线布局合理，不影响友谊号解脱。 而对未安装的设备进行YOKE下放干扰分析，最优的选择是三维模拟法，即利用软件，结合设备的安装位置和高度进行模拟分析。 三维模拟法比较直观、形象，但对图纸的要求高、画图技术高、工作量大。

图4 三维模拟法

3.2 计算法

计算法的原理就是计算YOKE 下放后空间余量与设备、管线的高度之间的关系，如果安全余量大于管线高度， 则该设备不影响YOKE 下放，反之则影响YOKE 下放，见图5。

图5 计算法

计算法对超高管线核算非常方便，对图纸尺寸要求较高，但若涉及整个单点结构，计算量大。

3.3 现场拉线法

现场拉线法是通过YOKE 下放到水中与水平面的夹角作为安全线， 根据入水倾斜角度，在现场用细缆绳现场拉线， 在线下的就是安全结构，线上的就是干扰结构，见图6。

图6 现场拉线法

现场拉线法方便、简单，可有效实施，对已安装的设备干扰分析很直观，但无法对未安装的设备进行有效的分析。

以上三种YOKE 下放干扰校核方法各有优劣， 其中三维模拟法对未安装的设备的分析最优，尤其在生产方预安装收发球筒的分析上更有优势，而计算法对超高管线核算最优， 拉线法最直观，也简单，但对预安装的设备无法进行分析，应该根据不同的运用场合选择合适的干扰校核方法。

4 项目实践与应用

根据YOKE 下放入水的37.8°， 依据计算法、三维模拟法和现场拉线法对YOKE 下放后存在的干扰设施进行现场测量[7]，汇总碍事结构和设施见表2。

表2 YOKE 下放干扰结构和设施

在项目实践应用中， 发现仅仅只根据计算法或三维模拟法可能会出现设施遗漏，而经过现场拉线法可以弥补， 若将两种方法或三种方法有机结合，可有效规避遗漏。 在项目实践中采用现场拉线法发现遗留的管线流量计等碍事的设备，见图7。

图7 管线上的流量计等碍事设备

总之, 本文针对YOKE 下放单点干扰设施提出三种YOKE 下放干扰校核方法， 即三维模拟法、计算法和现场拉线法，并对三种方案进行比较分析，确定不同方法运用的不同场合。 并通过项目实践表明，只根据单一的计算法、三维模拟法可能会出现干扰设施遗漏，最优方法是将计算法、三维模拟法和现场拉线法有机结合[8]。

YOKE 下放干扰校核方法成功运用于渤中区域资源统筹优化利用项目， 通过优化施工流程，节省人工及船舶支持费用约35 万元，缩短工期6d，该项目的成功实施标志该YOKE 下放干扰校核可有效地节省工程费用和工期，具有可观的经济效益价值， 可推广应用前景广阔。 采用YOKE 下放干扰校核方法后，YOKE 安全下放入水，见图8。

图8 YOKE 安全入水