导管架海上安装施工

1、导管架海上安装施工摘要：钢制导管架式结构是目前海上油气田使用最广泛的一种平台结构，它的优点是结构简单、安全可靠、造价低廉、适应性强。在国外导管架平台已有一百多年的历史，与此相关的工艺技术十分成熟。在国内海洋石油开发起步较晚，相应的设备和技术与国外相比还很落后，导管架的作业局限于浅海领域，水深均不超过200米。我国的东海、南海蕴藏有丰富的油气资源，随着国内对海上油气进一步的开发，迫切需要掌握深水导管架的安装技术。本文将介绍国内导管架施工的一般方法和创新方法及使用实例。关键词：导管架，分立式组装，结构形式，吊装，拖航一绪论海洋平台结构形式众多，大致可以分为三大类：一类是浮式结构，结构主要靠自身的浮

2、力漂浮于海面，比如半潜式平台；第二类是固定式结构，结构牢固地直接与海底连接，如导管架式平台，重力式平台等；第三类是顺应式结构或称半固半浮态结构，此类结构既处于漂浮状态，底部又与海底相连（包括由张紧地锚索与海底相连的结构），如张力腿平台各类单点系泊和立管系统。目前大型深水导管架常用的海上安装方法有两种：一是吊装，采用大型的浮吊作业，比如国外Saipem7000安装有双7000吨浮吊，起重能力达到14000吨，国内有蓝疆号，起重能力是3800吨，二是滑移下水，下水驳船压载倾斜一定角度，导管架在自身重力作用下克服摩擦力沿滑道运动入水。下水之后浮正方法也有两种：一是通过浮吊钩头吊起，导管架底部注水浮正

3、，二是由导管架顶部浮筒提供浮力自浮正的方法。由于深水导管架重量远远超过现有浮吊起重能力，现今滑移下水自浮正的方法能克服这一难题；20世纪70年代初在国外己开始有在海上实施成功的先例，80年代初，相关的设计、安装方法和数值模拟软件已趋于成熟，随着国内向海上深水油田的进一步开发，掌握这方面的安装方法并使之应用于深水项目尤为重要。二分立式组装法海上采油平台大吨位导管架高度为19.2m,最底部的中心框架尺寸为25.92mX24m,因此，陆地预制时需采用分片立式组装法，即主结构采用“分片预制，立式组装”，井口胎架“分片预制、两侧同层同时安装”的方法。此方法在满足以上原则的同时，能够最大限度地提高各施工环

4、节的工作效率，保证质量、安全和工期的需要。其主要特点包括(1) 合理利用人力资源、场地资源、设备资源，多点展开，提高劳动效率；(2) 降低预制总高度，减少高空作业量；(3) 陆地预制平面布置(导管架轴向)有利于靠船和装船作业；(4) 提高导管架的防腐涂装作业效率；(5) 有利于保证导管架附件安装质量；(6) 导管架海上吊装就位时避免多次调整船位和重复吊装，节省海上施工时间。导管架施工采用预制A、B、C三个立面(见图1),预制完成后再立片，完成A、B、C立面之间水平横撑、斜撑及层间菱形撑安装，随后完成立面导管安装和附件的安装(部分附件可穿插进行)。先将A、B、C立面进行水平预制，无损检测完成并经

5、业主、第三方检验单位、监理单位等检验完成后开始准备单片吊装。组装时，先进行B、c立面的组装，完成后再进行A立面的组装。导管架中心主框架组装完成后，依次进行井口胎架组装和立面导管安装(见图4)。单片吊装前，在测量准确的水平撑管位置固定好揽风绳，并将其沿直线方向摆放在预固定位置，吊装时使用两台1501履带吊首先对c立面进行吊装立片作业，在吊装至桩靴后使用钢丝绳和手拉葫芦对其固定，并将导管架底部与桩靴加固。c立面固定后，1501履带吊撤离，吊装B立面。单片索紧固定采用中25.4ram钢丝绳和101手拉葫芦索紧，下部手拉葫芦固定点选择在滑块(地锚)中心孔上，上部钢丝绳固定点选择在导管架上部横撑与导管的

6、连接处。E4吊装简图(1) 单片立片时拖拉绳放足够长，以利于吊装(见图5)；(2) 1501履带吊确定行走路线和位置；(3) 联合吊起C立面单片；(4) 地锚手拉葫芦收紧拖拉绳并调整单片的角度达到设计位置。具体做法：吊车吊起单片构件使之直立；使用手拉葫芦将钢丝绳拉紧。钢丝绳采用锚卡紧固，使用经纬仪、水准仪测量单片垂直度及水平横撑水平度，利用调节千斤顶进行定位。单片的角度、位置调整好后，主导管与支座用肋板固定焊接；(5) 1501吊车移位，吊B立面单片，方法同上；(6) 吊车撤离，B立面主体单片吊装完毕；(7) B、C两片立完后，开始搭设脚手架，人员工作处满铺钢跳板并绑扎牢固，工作区域要搭设护栏

7、及外挂安全网。脚手架的搭设既要保证安全，又要不妨碍构件的吊装。脚手架要搭设攀爬斜梯(带有护栏)；(8) 立面自下而上依次加装三层共6根水平横撑；(9) B、C两片立完后，进行A立面立片组装，方法同上。Cis码头三浮托安装的新型导管架图5联合吊装图二二号二二TS3Ennnn4*143海上中心处理平台或多井口钻井平台导管架通常都具有超大型组块，其安装基本采用大型浮吊吊装或大型驳船浮托安装2种方式。位于我国渤海的有些油田，如锦州93油田海图水深只有8.9m,难以满足大型浮吊吊装作业的水深要求。若将大型组块分割成多块后再利用小型浮吊完成吊装，会增加海上连接调试等作业时间，大幅度增加海上施工费用，也影响

8、到油田的投产时间,而且海底疏浚已经被越来越严格的环保要求所限制。浮托法作为一种成熟的大型组块的海上安装方法1,在浅水区常规的导管架型式无法适用。以锦州93油田综合调整项目中CEPD的导管架设计为基础，打破了渤海浮托平台的常规模式,研发出了一种新型导管架型式,即大型组块在2个小导管架间进行浮托作业。实践证明，这种新型导管架型式不仅满足了浮托安装所需的大跨度通道，而且满足了大型综合平台的支撑强度要求，从而为浅水区油田开发提供了一种新的方式。对于这种新型导管架，浮托法安装时除静力、地震、疲劳等在位分析必须满足规范要求之外，还需完成装船、拖航、吊装、碰撞等关键技术分析（表1），其中导管架的吊装是需要解

9、决的最大难题。由图可见，锦州93油田新型导管架在位状态为2个相对独立的四腿导管架，浮托平台安装时对导管架的精度要求很高，2个导管架共8个支撑腿柱的高程及相对位置必须在严格的控制范围内，以便于组块与之完整对接。为解决此问题，在设计中采用了辅助吊装框架。该吊装框架具有以下几个特点：（1）吊装过程中能够将2个导管架连接为整体，达到整体安装。（2）为满足浅水区浮吊吊高能力，吊点设置在水面以下，须配置液压卡环。(3) 框架构件本身要满足吊装计算的规范要求。(4) 保障安装完成的2个四腿导管架保持在同一水平面，确保浮托安装时甲板组块的精确就位。(5) 该吊装框架采用了水下为插尖套筒连接，水上为焊接的连接短

10、桩(STUB),因此安装及调平之后能够较便捷地拆除。(6) 吊装框架设置在主轴外侧，既不挤占槽口空间和船舶空间，又方便切割；同时，该框架下端设置为套筒型式，有效避免了水下切割，提高了施工效率，消除了在气温较低的月份潜水工作的危险性。此外，锦州93油田新型导管架在设计中还采取了以下技术措施：(1) 为保证驳船进退船的空间满足要求，位于重冰区的导管架须将通道内的抗冰锥体后安装。(2) 靠船件及栈桥等附属结构布置满足浮托要求。(3) 若采用先期打井，则浮托平台井口区的构件须考虑与采油树的安全避让问题，尽量将工作甲板放置的设备与甲板置于进船方向的后侧。当新型导管架安装就位、桩与隔水套管安装完毕、灌浆强

11、度满足要求后，首先将吊装框架的上层水平构件连接切割(图4)，然后将主腿轴南北两侧连接立片框架的4个STUB切割，再将辅助框架从套筒中提出移走；拆除完成后检测钢桩工作点标高处的跨距，进行组块的浮托安装。图3锦州43油田新型导管架型式辅助吊装框架Fij;一3AuxilinhfliEiiih'urnL1forthen十讥jackalinJZ9-3oilfidd四导管架和组块的吊装与拖航4.1吊装4.1.1吊点的形式目前工程建造中使用的吊点有2种：板式吊点和管子轴式吊点。它们在以往导管架和组块的吊装施工中都使用过，在结构物安装完毕后一般被割除。考虑到将来有可能用于搬迁组块或平台，笔者建议把吊点

12、保留下来。如果把吊点设计成下潜式，使其低于甲板平面或布置在甲板边缘或外侧，就可避免切割。当被吊物体的质量较大时，可采用管子轴式吊点。这不仅可避免卡环承载能力的限制，而且可简化对吊点板复杂构造形式的设计和其投影关系的计算，使枇杷头增大受力状态下的曲率半径，使钢丝绳在结点处受力更合理。4.1.2吊点的布置与数量被吊结构物的吊点布置涉及3方面问题：(1) 吊点的数量和住置这与结构物的吊装质量、重心位置和结构形式有关，海洋工程结构吊装中常用的吊点数量为4、6、8等几种，依具体要求而定。(2) 吊索的拉力吊索拉力如果较大，与吊点相邻的杆件和局部构造需要特殊处理。(3) 吊索的长度规范规定吊索与吊点平面间

13、的夹角应等于或大于60。，对此要视结构施工的具体情况而定，不能一概而论。例如，在绥中361油田II期工程井口平台上部组块吊装中,原设计方案选用BH108船进行吊装，由于施工时组块质量增加了，后来改用上海打捞局的大力号浮吊完成了吊装作业。这2艘浮吊的吊高存在很大差异，最大起重高度相差12rn；这样一来，吊高就成了应解决的首要问题，调整吊索长度成为解决吊高不足的主要方法。4.1.3吊装质量大小的控制关于质量大小的控制，无论是结构设计质量，还是材料、设备等其他设计质量，原则上都应该是“概念设计包住基本设计，基本设计包住详细设计，详细设计包住加工设计”随着设计工作的进一步开展，吊装质量应一步步细化，愈

14、来愈清楚。总之，基本设计的质量分配是不能轻易突破的，否则会造成对原定方案的修改，从而引发一系列的问题，使工作处于被动中。即使结构物（组块）建造完工后可以称量，所得的准确的组块质量和重心位置，也只是用于确认浮吊的最大起重能力或起重前的限制质量。如果称量结果与原设计值相差较大，那么对原设计的吊装分析就需要重新校核。这样不仅影响工程进度，而且可能使原设计的吊装方案无法实施。4.2拖航拖航力是一种往复周期性荷载，如果拖航的时间、航程比较长，那么这种荷载是不容忽视的。国外曾有深水导管架拖航还没拖到就位现场，某些构件的焊缝就出现裂纹，其中有些是风振疲劳损伤的事例。目前对渤海海域内拖航有2种分析方法：一种是

15、简化成准静力的计算方法，采用保守的10/20方法计算拖航力；另一种是使用OSCAR程序先计算出船舶的运动特性，然后再计算拖航力。2种方法的计算结果表明，在相同的环境条件下，用第1种方法求得的拖航作用力比用第2种方法大。在环境数据不全或没有环境数据的情况下。用10/20方法进行拖航分析，既简便，又可靠。实际上在渤海海域内拖航，一般只需两三天就到达施工现场；即使赶上大风天气，将驳船拖离现场到港湾或浅水区避风，用1昼夜的航行时间也就够了。由于航程短，对结构物不作详细的疲劳分析是可行的，也就是说，在渤海海域内进行拖运作业，结构物不会出现疲劳问题；但需要考虑以下3点：（1）结构物装船后除原设计的支撑外还

16、要增加辅助支撑，其目的在于加强连接、固定，但这要经过整体分析来确定；因为改变原设计结构支撑的布置，作用力就会重新分布，这对结构物（导管架或组块）不一定有益。（2）要注意连接点的固定和支撑垫堆的设置。在吊装与拖航施工中，每个阶段都有其各自的关键点。如详细设计阶段，关键点为平台结构所具备的承受外力的能力；施工设计阶段关键点为施工过程和施工设备的安全；拖航阶段，关键点为船体的强度和连接固定点的安全（尤其对外租驳船或不是用于运输大件组块和导管架的专用驳船）。（3）关注质量大小不准确系数的选用。对同一导管架或组块无论是吊装还是拖航，选用的质量不准确系数是一样的。这里包括2部分内容：一是不可预计的质量，二

17、是原设计数据的放大或发展。4.3结论与建议（1）吊点数量的选择，要根据具体条件而定。吊点少，受力简单，但各吊点受力大，因此强度要求高。如果适当地增加吊点的数量，可缓解这一矛盾。（2）拖航施工分析的重点，是驳船的强度校核和垫堆、固定点的设计。（3）进行吊装分析，需适当考虑动力放大系数与质量大小等级的对应关系。（4）需保留吊点时，把吊点布置在不影响后续工作的位置，即可省去海上切割吊点作业，又可将吊点用于以后的整体结构搬迁。（5）组块整体称量通常发生在最后的完工阶段，这样做会把问题压到最后考虑，而届时又来不及进行；最好各专业实行质量大小分配和控制；质量大小不清楚的设备或散料则全部称量后再上平台施工。（6）随着组块整体质量的增加，吊点的预制和其厚板的焊接问题会愈来愈突出。应研制出专用设备进行厚板焊接前后的热处理。参考文献1 .王文科，深水导管架的海上安装设计分析学位论文硕士20062 .牛煜.汤海东.王绍智.唐元海上采油平台大吨位导管架采用分立式组装法