陆丰油田群FPSO单点软管抢修方案设计与实施

邓周荣 刘义勇 王火平

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司)

陆丰油田群FPSO单点软管抢修方案设计与实施

邓周荣 刘义勇 王火平

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司)

陆丰油田群在使用“南海开拓号”FPSO进行临时生产期间由于台风造成单点动态软管严重受损,在其他常规维修手段无法实现短期复产的情况下,通过技术创新,采用了不同尺寸、类型软管替代受损软管的应急抢修方案,使得油田生产在事故发生后2周内得以恢复,有效降低了事故造成的经济损失。本次抢修作业中采用不同规格软管替代技术以及施工作业中对遇到的一系列技术难题的解决措施,对今后类似工程具有一定的借鉴意义。

陆丰油田群;FPSO单点软管;应急抢修;替代技术;技术难题

1 工程背景

陆丰油田群位于南海珠江口盆地,距香港东南约230 km,水深132～146 m。由于原“南海盛开号”FSOU进坞大修,故采用了“南海开拓号”FPSO接入经适应性改造的“南海盛开号”单点系泊系统进行临时生产[1]。该单点系泊系统位于陆丰13-1平台西北侧,主要由内转塔、8条均布系泊腿和1个单点浮筒等组成,经由1条φ152.4 mm输油软管与陆丰13-1平台相连,该输油软管由1.6 km静态段和400 m动态段组成,中间通过法兰连接(图1)。2012年6月,热带风暴“泰利”过后,“南海开拓号”返回油田重新连接至单点浮筒时,单点浮筒下方的动态软管因遭受强力拉扯严重受损,油田紧急停产。为了尽快恢复生产,在常规维修手段无法实现短期复产的情况下,通过利用不同尽寸、类型的软管对损坏软管进行了替换,使油田生产在事故发生后2周内恢复,有效降低了事故带来的经济损失。本文主要阐述陆丰油田群FPSO单点软管抢修方案设计与施工实践经验,以期对今后类似工程提供借鉴。

图1 陆丰油田群FPSO单点软管布置示意图

2 抢修方案设计

由于“南海开拓号”FPSO单点软管受损严重,常规的局部修复手段难以实现,采用国外软管接合技术的修复周期需4个月以上,重新采办新软管则需更长的时间。为了尽快恢复生产,只能考虑替换掉受损的整根动态软管,同时还需对各种复产方案进行论证。因此能否在国内尽快找到合适的可用软管是本次抢修能否成功的关键一步。经过调研,国内有以下3条输油软管可供选择:①φ152.4mm废弃软管,长度约370 m,与受损软管直径相同,为陆丰油田群2000年更换的废弃软管,状况不明。②φ254.0 mm软管,长度约381 m,2011年惠州油田曾使用过,暂存于库房,整体状况较好。③φ203.2 mm软管,长度825 m,2011年惠州油田新购软管,状况良好但仍存放在海底。由于φ203.2 mm软管需要打捞,不满足工期要求,而φ152.4 mm废弃软管测试后状况较差,使用风险较大,故确定选用状况较好的φ254.0 mm软管。但是用φ254.0 mm软管替换受损φ152.4 mm软管主要存在管径、长度、管头型式不同而带来的一系列不匹配问题。为此,通过技术改造、施工方案优化、计算论证以及试验等方式,采取措施解决了一系列技术问题。

1)φ254.0 mm软管长度比原软管长度短27 m问题。原受损的φ152.4 mm动态软管一端连接于海底的φ152.4 mm静态软管,一端连接于FPSO上部的工艺管线,通过中水浮筒形成“S”形姿态,中水浮筒上的固定卡子将其分成两部分。φ254.0 mm软管长度比原软管短27 m,如何将缩短的27 m分配到软管的两端中,并确定软管在中水浮筒上的锚固位置是首要解决的问题。

经过分析,由于静态段软管末端法兰位置无法改变,如果缩短这一侧的长度,需要增加一段短节,不仅增加工作量,还给海底连接带来困难。为此,初步确定了将单点浮筒侧至中水浮筒之间的软管长度缩短27 m,另外一侧长度保持不变,并根据相关规范[2-3]进行了受力分析计算,以判断其适应性。

根据原设计报告,“南海开拓号”正常安全作业条件为有义波高5 m以下,外输作业安全作业条件为有义波高4 m以下,FPSO解脱后单点系泊系统及软管可抗百年一遇台风。分别按这3个设计工况进行校核分析,结果显示在这3种极限工况下“南海开拓号”FPSO更换后软管受到的最大拉力小于其允许值40×104N,最小弯曲半径大于其允许值3.15 m,均满足安全使用要求(表1)。

表1 陆丰油田群“南海开拓号”FPSO更换后软管受力分析结果

2)原中水浮筒净浮力校核。由于现有φ254.0 mm软管比受损的φ152.4 mm软管单位长度的质量更大,作用在中水浮筒上的载荷将要增大,需要进行计算分析,校核论证原中水浮筒的浮力。计算结果显示,更换后的φ254.0 mm软管作用在中水浮筒的载荷为19.5×104N,而中水浮筒设计净浮力为30×104N,满足中水浮筒的浮力要求,可利用原中水浮筒。

3)φ254.0 mm软管在中水浮筒的锁紧问题。如何在有效控制工程量的条件下把φ254.0 mm软管有效固定锁紧在中水浮筒处是最为关键的技术问题。原受损φ152.4 mm软管在中水浮筒处的固定方式为在软管上安装一个内部卡子,将该内部卡子放入中水浮筒的卡具槽内,使用中水浮筒上的一个外部锁紧卡具将内部卡具紧紧夹住,从而起到锁紧软管的作用。

由于用φ254.0 mm软管替换φ152.4 mm软管以后,中水浮筒用于固定软管的外卡尺寸偏小,原中水浮筒外卡的内径为520.0 mm,仅比φ254.0 mm软管的外径大179.6 mm,在如此狭小的间隙中再增加一个内卡很难达到既能满足强度又能满足尺寸匹配的要求,而完全依靠改造外卡的工程量又太大。为此,通过少量改造中水浮筒卡槽,根据现有尺寸特别设计和制作了一个与原中水浮筒外卡具相匹配的内部卡具(图2),利用潜水员对中水浮筒卡槽进行打磨改造,以匹配φ254.0 mm软管在φ152.4 mm卡槽的安装,同时避免在安装过程尖锐部位对软管造成的损坏。

图2 特别设计制作的与陆丰油田群FPSO单点原中水浮筒外卡具相匹配的内部卡具

4)φ254.0 mm软管和单点浮筒通道的匹配验证。通过计算,φ254.0 mm软管头和单点浮筒J型通道的间隙很小,最小处仅为2 mm,软管头通过浮筒通道存在较大风险。通过设计全尺寸假体进行了穿过试验(图3),验证了软管的可用性。

图3 陆丰油田群FPSO单点φ254.0 mm软管头假体及其穿过试验

5)φ254.0 mm软管在单点浮筒侧的连接问题。φ254.0 mm软管顶部法兰为RTJ(金属环连接密封)法兰,而单点浮筒处的球阀连接法兰为RF(金属垫片)法兰。由于法兰类型不同,φ254.0 mm软管无法直接与单点浮筒侧连接。为此,设计并制作了一端为RTJ法兰,另一端为RF法兰的过渡等径短节,既可使用“南海开拓号”原φ254.0 mm软管捕捉工具完成该软管的回接,又可实现FPSO解脱后软管在单点浮筒的悬挂问题。

6)φ254.0 mm软管与φ152.4 mm软管静态段的连接问题。φ254.0 mm软管海底端为φ355.6 mm SPO压实法兰,而与其连接的φ152.4 mm软管静态段末端为φ152.4 mm自紧式GRAYLOC法兰,两者不匹配。为解决匹配问题,专门设计和制作了一个大小头变径的短节,一端为φ152.4 mm GRAYLOC法兰,另一端为φ355.6 mm SPO法兰,如图4所示。

图4 专门设计制作的陆丰油田群FPSO单点φ254.0 mm软管和φ152.4 mm软管大小头变径短节

3 海上施工资源的确定与技术难题的解决

3.1 施工资源的确定

陆丰油田群FPSO单点软管抢修工程海上施工主要涉及饱和潜水、ROV作业、破损软管弃置、软管铺设等作业。本次应急抢修动用了“美人鱼”号饱和潜水船,主要进行破损φ152.4 mm软管的拆除,协助φ254.0 mm软管铺设及水下连接作业等。该船总长90 m,宽22 m,吃水深度8 m,配备有内置式饱和潜水系统和一台观察级ROV,可同时用于不同水深的潜水作业,船右舷配备一台起吊能力150 t的吊机。

同时,本次应急抢修还动员了“海洋石油708”船进行软管铺设作业,该船具备DP2动力定位能力,配备工作级ROV,宽敞的甲板完全满足进行φ254.0 mm软管海上铺设作业的要求。

3.2 施工技术难题的解决

本次应急抢修海上施工内容主要包括破损φ152.4 mm软管的拆除、φ254.0 mm软管铺设及水下连接等工作,在实际施工时遇到的一些施工技术难题均通过采取一些适当的技术措施和手段得以成功解决。

1)无张紧器进行软管铺设。通常情况下,软管铺设需要使用张紧器夹持软管,以控制软管的下放和回收。但由于本次施工作业为应急抢修作业,短时间内无法找到适当的张紧器。由于软管滚动驱动器的承载能力在没有张紧器的条件下不能满足强度要求,而等待从国外进口张紧器至少需要一周以上时间。为此,通过对软管铺设工艺的改进,提出了软管不充水进行铺设,以减轻对软管滚筒驱动器的张力;同时对驱动器进行适当结构补强,以达到仅依靠滚筒驱动器直接进行软管铺设。通过计算分析,软管空管铺设在该水域水深条件下满足强度要求(不会压溃),软管滚筒驱动装置和软管滚筒强度能力也均满足要求,最终通过创新解决了无张紧器不能铺设软管的问题。

2)软管内部卡具在中水浮筒上就位。软管铺设从单点浮筒侧开始,跨过中水浮筒,最后铺至海底φ152.4 mm软管静态段附近。由于中水浮筒与海底配重块间仅用单根锚链连接,受到海流或外力作用时筒体方位和角度不易控制,数次尝试将软管中水浮筒卡子卡进卡槽均未成功。经过研究分析,采取了先将软管用吊带临时固定在中水浮筒处,完成软管铺设后再由潜水员调整中水浮筒卡子至卡槽内并最终完成锁紧,解决了软管内部卡具在中水浮筒上的就位难题。

3)软管质量增加导致水下法兰组对困难。完成软管铺设后,须通过变径短节连接φ254.0 mm软管与φ152.4 mm静态段软管法兰。由于原φ152.4 mm软管充水后线质量为33.40 kg/m,而更换后的φ254.0 mm软管充水后线质量为94.74 kg/m,这使得拖拉两法兰进行对接所需要的拉力大大增加。因此,要想在短时间内完成水下法兰对接,只有尽可能想办法增加所施加的拖拉力。经过分析与尝试,现场采用了工程船吊机协助提拉减少软管和海底的摩擦力,同时2名潜水员用2个15t导链葫芦同步拖拉的技术手段,仅用1天多时间就成功完成水下法兰连接。

4 结束语

陆丰油田群FPSO单点软管受损后,通过统一部署,对多个方案同时进行论证,海上作业和陆地设计准备同时进行。通过技术创新,解决了损坏软管更换的各项技术难题,成功实施了在短时间内(从接到抢修任务到恢复生产仅用2周时间)利用不同尺寸、类型的软管对损坏软管进行替换的施工作业,有效降低了事故带来的经济损失。本次抢修作业中采用的不同规格软管替代技术以及施工作业中对遇到的一系列技术难题的解决措施,对今后类似工程具有较好的借鉴意义。

[1] 刘义勇,王火平,邓周荣,等.FPSO单点系泊关键构件互换连接技术研究与应用:以陆丰油田群“南海开拓号”FPSO临时替代生产工程为例[J].中国海上油气,2013,25(5):73-76.

[2] 挪威船级社.DNV-OS-F201 Dynamic[S].2001.

[3] API.API RP17B-2008软管推荐做法[S].2008.

Design and practice of emergency repair program for FPSO riser in Lufeng oilfields

Deng Zhourong Liu Yiyong Wang Huoping
(Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,518067)

The riser of“Nan Hai Kai Tuo”FPSO was damaged severely by Typhoon during the temporary production service of FPSO in Lufeng oilfields.Without any other conventional measures to repair the damaged riser to resume production in short time,the second hand riser in different size and type was used in the emergency repair to replace the damaged riser successfully through technical innovation,by which the oilfield resumed the production within two weeks after the damage accident and the economic loss caused by the accident was reduced.The replacement technique with different size risers and the methods adopted to solve the technical difficulties encountered in the emergency repair can be used in the similar engineering in the coming days.

Lufeng oilfields;FPSO riser;emergency repair;replacement technique;technical difficulty

2013-11-21改回日期:2014-01-02

(编辑:叶秋敏)

邓周荣,男,工程师,1992年毕业于厦门集美航海学院海洋船舶驾驶专业,现主要从事海上油田船舶及水下设施的管理和维修工作。地址:广东省深圳市南山区蛇口工业二路1号海洋石油大厦B座12楼(邮编:518067)。电话:0755-26022667。E-mail:dengzhr@ cnooc.com.cn。