渤海曹妃甸油田FPSO-SPM 跨接软管更换设计与施工

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(1.中国海洋石油总公司基地集团采油服务公司，天津 300452； 2.中国海洋石油总公司有限公司天津分公司，天津 300452)

曹妃甸油田位于中国渤海湾西部，西距天津新港90 km，东北距唐山港60 km，所处水域水深约20 m。曹妃甸油田分三期开发。一期由WGPA和WHPA 2座井口平台和1座SPM单点以及1艘15万t级的FPSO海洋石油112号等设施组成，于2004年7月投产；二期2005年7月WHPC无人值守井口平台投产；三期2006年9月WHPD井口平台投产，10月WHPE和WHPF 2座无人值守井口平台相继投产，标志着该油田完成工程建设[1]。

海洋石油112号是国内首次使用外转塔水下软连接系泊的FPSO，因海风和海流的作用可以围绕SPM做360°回转运动[2-3]。见图1。

图1 外转塔水下软连接结构示意

曹妃甸油田注水是由FPSO上的注水系统增压经跨接软管通过SPM到达各平台的注水井和回注井内[4]。2007年上半年注水跨接软管发生刺漏，7月停产检修期间完成软管更换。

1 注水软管更换施工环境

在FPSO和SPM之间共有6根跨接软管和4根跨接电缆组成。具体布置如下：自FPSO面向SPM看，从左至右依次为：1根直径为50 mm的公用空气软管，2根直径为100 mm消防水软管，1根直径为350 mm的注水软管，2根直径为350 mm的原油软管，共计6根长度均为54m的跨接软管；最右侧为4根跨接电缆线。

1) 注水软管参数。

净长54 m，外径442.3 mm，内径355.6 mm；

最大操作压力14.1 MPa，设计压力14.1 MPa；

最高操作温度+80 ℃，设计温度-15 ℃～+90 ℃；

设计寿命10 a；

储存最小弯曲半径2.870 m，通常操作最小弯曲半径4.305 m；

操作拉力113.8 kN，安装时允许拉力129.5 kN；

空气中净管重量8.75 t(162 kg/m)。

注水跨接软管最高点距海平面24.6 m，最低点距海平面3.0 m，FPSO系泊链和SPM之间距离为3.0 m，海平面距水下YOKE 距离约20 m。施工环境狭小，作业条件苛刻。

2 安全措施

注水系统跨接软管更换工作主要包括：刺漏软管的清洗，拖船靠泊，新软管的运输，刺漏软管的拆卸，新软管的安装，新软管的试压。对上述每一项工作按照危险辨识、风险评估和安全措施邀请海洋工程、船舶和生产等方面专家进行了多次研讨和论证。其中最关键的是拖船靠泊和气象潮汐窗口选择[5]。

2.1 拖船靠泊要求

拖船靠泊需要2条拖船，1条作为作业船纵向垂直于FPSO和SPM 2点连线的，并定位于跨接软管之下；另1条作为支持船靠泊与FPSO舷首左侧拖船船首背向SPM。见图2。

图2 拖船施工布置

靠泊试验要求靠在FPSO左舷支持船的尾部必须向后移动足够的距离，超出系泊臂悬挂链4～5 m，目的是保证负责拆装软管的作业船避免与系泊链发生碰撞。一旦发生紧急情况(天气变坏或流速增大而未完成作业)，支持船可以配作业船，作业船向前移动驶离作业地点，支持船倒车。支持船的首倒缆需要足够的强度，防止作业船随海流向后冲击。同时要求绕过单点的回头缆也要有足够强度。防止承受风力和海流冲击过大造成断缆，危机人员、船舶和设备安全。

2.2 气象潮汐窗口选择

控制潮汐，也就是掌握拖船靠泊时流速的大小，这是船舶海上系泊作业的关键因素。作业海域为往复流半日潮，每月有2个大潮日：农历初三和十八，此日潮差大，流速急。由于要求作业拖船垂直插入SPM和FPSO之间，所以流速最小最好，也就是平潮前后1 h时最佳，尽量不要选择大潮日。对于天气的要求要在4级风以下。

根据潮汐表，2007年7月24日～7月27日最适合靠泊，其间潮差较小，流速较缓。

3 施工方案

3.1 施工准备

施工准备包括：施工程序编制，工作许可证和隔离证准备，系泊吊装设备第三方检验，特殊装载工具预制，拖船选择，通讯工具材料准备，出海前软管施压，拖船靠泊试验，气象潮汐窗口选择等。

仅以系泊吊装设备第三方检验、特殊装载工具预制和拖船靠泊试验为例作简要介绍。

3.1.1 系泊吊装设备第三方检验

单点绞车(15 t)和吊车功能试验和负荷试验(利用水袋)，单点吊耳的负荷试验；首楼甲板绞车功能试验和负荷试验(25 t利用绞车相互拉力试验)，竖直塔顶部吊耳负荷试验。

3.1.2 特殊装载工具预制

由于没有平板驳船(可以提供足够面积的甲板)可用，只能使用拖船运输，还要按照运输程序必须保证最小的弯曲度，特设计圆形转盘以满足海上运输和安装施工要求。圆形转盘装船要求：选用拖船有足够的甲板宽度供人安全通过转盘区到船尾工作区域；保证所使用的吊装带有足够强度，装船前完成吊重试验；使用索具系牢圆形转盘，并将圆转盘焊接固定至选用拖船甲板上；软管两端起重轴套的吊耳位置应能保证海上现场钢索连接。

3.1.3 拖船靠泊试验

根据设计要求选用滨海268船和海洋石油654船，分别作为支持船和作业船。2007年7月21日，按照设计要求，成功完成拖船靠泊试验，使拖船替代大面积平板驳船完成软管更换作业成为可能。

3.2 施工步骤

3.2.1 刺漏软管拆除

按照设计要求，首先拆除刺漏软管左侧1根直径为50 mm的公用空气软管和2根直径为100 mm消防水软管，防止施工作业工程中将其挤压损坏。

在SPM顶部搭建脚手架安装2个可承载25 t 的滑轮。

拆除SPM顶部影响施工作业的防护栏。

启动SPM顶部绞车，松出钢索通过工作平台的2个开口导向滑轮，并与刺漏软管单点一侧端部吊耳连接。

FPSO竖直塔索具连接：安装载荷为30 t开口滑轮在竖直塔斜坡根部吊耳上，启动FPSO首楼甲板绞车，松出300 m钢索，在首楼甲板依次通过导向轮、滚轴导向轮和第二导向轮，至竖直塔斜坡底部穿过新安装载荷为30 t开口滑轮，沿斜坡升至竖直塔顶部平台，最后与刺漏软管FPSO一侧端部吊耳连接。

刺漏注水管线的泄放和吹扫。首先对注水管线进行泄放，再使用氮气吹扫。

拆除位于FPSO竖直塔顶部的刺漏注水管线法兰，使用首楼甲板绞车通过钢索放低软管，在放低软管的过程中，保持氮气吹扫，直到没有水出来。

7月26日，风力小于4级，06:00 载有新软管的海洋石油654船靠泊FPSO舷首左侧作为支持船，06:30滨海268船就位于FPSO和SPM之间，做好接收拆卸下来的刺漏软管的准备。

调整两端绞车使软管两端在同一高度，匀速释放钢索确保软管等距离平铺在滨海268船两舷。

自滨海268船就位至整个软管转移到滨海268船甲板历时大约30 min。施工过程见图3。

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c)图3 刺漏软管拆除过

3.2.2 新软管安装

7月26日，11:30滨海268船作为新软管安装作业支持船靠泊于FPSO舷首左侧，12:00海洋石油654船开始靠泊，12:30就位于FPSO和SPM之间，做好新软管吊装准备。

系泊要求：海洋石油654船右舷缆绳由其船中部缆桩松出缆绳利用引缆绕过单点以回头缆形式系固于海洋石油654船的尾部右舷缆桩上，该缆绳不能承受过大拉力(靠海洋石油654船的主机首推控制)，其尾部左舷缆绳通过FPSO系泊绞车旁的导缆孔系固于舷首左侧缆桩上。软管所在园形转盘的位置应处于刺漏软管安装位置的垂直下方。

释放FPSO首楼甲板绞车钢索至海洋石油654船甲板，将钢索连接至软管吊耳，再解掉园形转盘上系固新软管的索具，准备吊装。

利用海洋石油654船绞车控制圆形转盘转动方向，配合FPSO首楼甲板绞车吊装新软管。

注意在绞进过程中防止软管和海洋石油654船护栏摩擦，并且在FPSO竖直塔外侧斜坡上泼洒无害润滑剂以减小与软管的摩擦。当软管到达竖直塔顶部安装部位时，开始释放SPM端绞车钢索。

将单点端绞车钢索与新软管剩余端吊耳连接，之后绞进起升至SPM安装部位。

海洋石油654船解缆并驶离作业位置。新软管吊装历时1 h 30 min。施工过程见图4。

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b)

c)图4 新软管安装过

3.2.3 试压和恢复

两端法兰紧固，试压，重新安装公用气管线和消防水管线，拆除滑轮、脚手架等辅助工具和材料。

3.3 施工组织与管理

一个团队，一个步调，一个目标的团队精神[6]，是本次顺利施工的保证。

3.3.1 工作方法

施工组织和管理需要科学的工作方法。工作有计划，人员有安排，专业有协调，质量有监控，进度有掌握，完工有验收，汇报有反馈，安全才能有保障。

3.3.2 重视对承包商的管理

海上一线负责现场人员和设施的安全，施工进度和施工质量的监控。陆地支持部门负责：对承包商及人员的资质、设备证书、材料备件的数量和质量、施工方案和应急方案等检查审核工作，严把出海关,缓解海上各部门对承包商管理和监控的压力,从根本上降低海上作业风险[7]。

对承包商的管理需要海上一线和陆地各部门的相互支持，团结协作，严把招标，合同，采办，运输，施工，协调，验收，和认证以及安全等各个环节，同心同德协助油田作业者搞好承包商的管理。

4 结束语

渤海曹妃甸油田注水软管更换创造了2个记录。中国首次成功完成外转塔水下软连接系泊方式下的跨接软管更换设计与施工;首次完成超长度、大直径、高压力注水跨接软管更换。

2条拖船配合使用解决了类似海事作业对大面积平板驳船的依赖，同时降低了施工费用。经过优化设计和精心组织，缩短了施工时间，使油田提前恢复正常生产。

[1] 赵军凯，彭湘桂，刘瑜珩,等.海水-干原油换热器故障分析与改进措施[J].石油化工设备，2007(增刊)：85-86.

[2] Oil Company International Forum.Mooring Equipment Guidelines(second edition)[M].London: Witherby & Co.Ltd, 1997.

[3] 张武奎.FPSO资产管理手册[M].东营：中国石油大学出版社，2006.

[4] 赵军凯，谭耀模，谭家祥,等.渤海曹妃甸11-1/2油田生产水处理和注水系统改进[J].石油工程建设，2007(1)：11-14.

[5] 国家海洋信息中心.潮汐表.第一册：从鸭绿江口至长江口[M].天津：海图出版社，2007：68-70.

[6] 赵军凯，谭耀模，张武奎,等.海洋石油112号FPSO建造、安装和调试期间的项目管理[J].海洋石油，2007(2)：109-111.

[7] 刘瑜珩，赵军凯，王云庆,等.中美合作渤海曹妃甸油田承包商管理特点[J].中国安全生产科学技术，2007(5)：100-103.