大型组块海上整体吊装方案优选研究

付殿福，韩 频，孙 钦，刘 扬

(1.中海油研究总院，北京 100027；2.上海利策科技有限公司，上海 200233 )

大型组块海上整体吊装方案优选研究

付殿福1，韩 频2，孙 钦1，刘 扬2

(1.中海油研究总院，北京 100027；2.上海利策科技有限公司，上海 200233 )

以渤中28-2南油田新建井口平台的上部组块海上吊装方案设计为基础，介绍大型平台组块海上整体吊装方案选择中的具体技术问题，总结适用于组块吊装方案快速优选的具体方法及计算公式，并对整体吊装方案进行敏感性分析。

大型组块；吊装；干涉分析；敏感性分析；强度分析

随着国内海洋石油工业迅速发展，近年来在国内海域新建了一批大中型导管架平台，其中大多数采用浮吊船来进行海上吊装安装。受施工条件的限制，国内施工重量介于4 00～10 000 t之间的平台组块常采用分块吊装方案。但分块吊装所需结构材料多、施工附件多、海上连接调试时间长。5 000 t左右的大型组块能否实现整体吊装安装，是工程技术人员在前期方案研究阶段必须考虑的问题。

文中以渤中28-2南油田调整项目中的BZ28-2S WHPB平台组块吊装为例，系统分析5 000 t级上部组块的海上施工方案，进行吊装干涉、浮吊起吊能力、吊装敏感性及吊装强度等分析。

1 组块及施工船舶参数

1.1 组块的重量及重心

BZ28-2S WHPB平台组块结构为由梁柱板和斜撑构成的空间刚架结构。组块的施工重量和重心位置见表1。

表1 组块重量及重心位置

1.2 施工船舶

海上吊装拟采用“蓝鲸”号浮吊船施工，“蓝鲸”号最大起重能力为7 500 t，全回转时起重能力为4 000 t[1]。浮吊吊机旋转中心至船艉的距离为28.8 m，碰球直径为3.0 m。浮吊的吊装能力见图1。

图1 蓝鲸号吊装能力曲线

拟采用海洋石油221船作为运输驳船，参数为

垂线间长 142.00 m;

型宽 36.00 m;

型深 9.75 m;

拖航吃水 4.50 m;

载重量 29 000 t。

2 吊装干涉分析

近年来，随着油田开发技术不断提高，不少老油田重新焕发活力，带来了大量油田调整项目。调整项目中新建平台周边往往有已建的平台及海管等设施，在确定吊装方案前应考虑周边已建设施对浮吊海上就位的影响；同时也应考虑组块吊装时，浮吊扒杆与组块自身的干涉影响，即应进行浮吊就位干涉分析、扒杆与吊高干涉分析。

2.1 浮吊就位干涉分析

该项目周边不仅有已建平台，还存在大量的海底管道，因此将周边已建设施进行摸排以确定浮吊就位、施工方案。绘制已有周边设施及施工船舶位置关系图，见图2。

由图2可见，施工船舶采用此就位方式不会与已有设施发生干涉，就位方案可行。

2.2 扒杆与吊高干涉分析

扒杆与吊高干涉分析应首先考虑组块在驳船上高度H1

图2 周边设施与施工船舶位置关系

(1)

式中：D——型深，9.75 m；

d——吃水，5.5 m；

Hd——滑道高度，3 m；

Hx——滑靴高度，2 m；

Δd——船舶由于载荷变化产生的吃水变化，0.5 m。

对于井口平台，采油树往往在组块井口区易与井口梁相碰[2]。故应在组块吊装时还应考虑组块跨越导管架及采油树所需的吊高H2

H2=Lc+Hc+Δh

(2)

式中：Lc——隔水套管顶标高，18.4 m；

Hc——采油树高度，3 m；

Δh——安全距离，3 m。

取由式(1)和(2)计算得到的高度较高值，即H2=24.4 m作为实际抬升高度，调整扒杆角度到对应跨距及吊高，绘制被吊结构物放样图。检查组块顶层甲板边缘、吊机及顶层甲板上大型设备是否与扒杆干涉。 通过计算发现蓝鲸号在对应跨距下的抬升高度大于24.4 m，满足要求。

3 起吊能力分析

3.1 吊装跨距分析

“蓝鲸”号主钩系固工况下的吊装能力，主要由吊装跨距决定，吊装跨距见图3。

图3 吊装跨距示意

吊装跨距S的计算如下。

S=C+Dq+B/2+ey0+ey1

(3)

式中：C——吊机旋转中心至船艉的距离，28.8m；

Dq——碰球直径,3m;

B——驳船型宽,36 m;

ey0——组块Y向初始偏心,0.343 m;

ey1——组块Y向计算附加偏心,0.5m。

代入上述参数，计算得到该组块吊装跨距S为50.643 m。

3.2 钩头能力分析

由于蓝鲸号具有双主钩，组块的偏心将造成各单钩反力的不均匀分配，会导致浮吊主钩及扒杆不均匀受力。因此，对于此类双主钩浮吊船，总吊装能力主要限制条件为单钩吊装能力。

(4)

式中：L——单钩吊装能力;

Ld——双钩设计吊装能力;

Ls——双钩标准吊装能力;

η——安全系数,1.1。

查阅图1中“蓝鲸”号吊装能力曲线，在吊装跨距为50.643 m时的能力为Ld=5 961.8 t，根据式(4)计算得到单钩能力L=2 980.9 t。

3.3 组块反力分析

有了单钩能力后应计算组块的实际单钩吊装反力以评估浮吊是否具备足够能力。吊装反力取决于组块重量、偏心、吊点间距等因素，见图4。根据力的平衡原理，组块吊装单钩最大反力Gmax的计算公式如下。

(5)

式中：Gk——组块吊装重量,5 449 t;

dx——吊点间距,22 m;

ex0——组块X向初始偏心,-0.343 m;

ex1——组块X向附加偏心,-0.5 m。

图4 吊点吊绳布置示意

4 吊装敏感性分析

上述分析表明,该组块吊装方案基本可行，但由于“蓝鲸”号储备能力的余量很小。为进一步控制风险，应进行吊装敏感性分析。

因“蓝鲸”号的起吊能力受单钩能力的限制，因此被吊结构的偏心对起吊能力影响较大。考虑是否连同平台吊机一起吊装、是否使用配重调整重心等因素来判断吊装敏感性。

情况1。平台吊机整体吊装、单独吊装，与不进行配重调整重心相组合的情况；

情况2。平台吊机整体吊装、单独吊装，与进行配重，即在个别设备中冲水来调整重心相组合的情况。

根据上述两种情况计算“蓝鲸”号所能吊起的重量及偏心的极限增加值，见表2、表3。

表2 不配重状态下敏感性分析

表3 配重状态下敏感性分析

由表2和表3可见，目前方案被吊结构物重量余量为99.2 t；单独X向偏心余量为0.215 m；吊装跨距余量为0.544 m。

若综合采用配重和平台吊机后安装的措施。被吊结构物重量余量为234.9 t；单独X向偏心余量为0.689 m；吊装跨距余量为1.245 m。

5 吊点形式的确定

吊点选型时要综合考虑结构物在各种工况条件下的受力情况[3]。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。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，使批把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]。

目前国内与板式吊点之相配套的卸扣强度有限，最大能力的卸扣是1 500 t扁平卸扣，即单根吊绳力不能超过1 500 t的结构物吊装才能使用板式吊点进行吊装。因此本文组块的吊点选用管子轴式吊点。

6 吊装强度分析

使用SACS程序对组块进行吊装结构强度分析，以确定组块结构强度是否满足吊装要求[5]。 根据API规范规定，对于所有构件采用1.35倍的动力系数，对于与吊点直接相连的构件采用2.0倍动力系数，在X方向与Y方向各考虑0.5 m的附加偏心。

计算结果显示，1.35倍动力系数下所有构件中最大UC为0.97，节点最大冲剪节点UC为0.910，2.0倍动力系数下与吊点直接相连的构件的最大UC为0.97。

组块整体吊装强度分析结果显示组块结构强度可以满足规范要求。

7 结论

1)该组块一吊整体吊装方案可行，方案具备一定的抵御重量、重心变化的吊装能力余量。

2)进行海上结构物吊装方案选择时，应全面排查建设海域已有设施，判断周边已建设施对浮吊海上就位的影响；同时应考虑组块吊装时，浮吊扒杆与组块自身的干涉影响。

3)因被吊结构物的吊装跨距、重量及其重心位置对浮吊船的起吊能力影响较大。其中，被吊结构物偏心距离对“蓝鲸”号这类双主钩浮吊船的起吊能力影响非常大。在无法进一步调整被吊结构物重心的情况下，考虑以适当的配重减小被吊结构物的偏心距离，对提升起吊能力有益。

4)大型组块整体吊装方案与分块吊装方案相比优势明显，但由于吊装重量大，浮吊、驳船、滑道及场地等资源较为单一，需要在项目前期就锁定资源；并且在后续设计中应重点关注重量控制工作，严格控制被吊结构物的重量、重心以及运输驳船的宽度。

[1] 金晓剑，赵英年，李健民，等.海洋石油工程领域“十一五”技术创新成果及“十二五”展望[J].中国海上油气，2011，23(5):285-292.

[2] 海洋石油工程设计指南编委会，海洋石油工程安装设计[M].北京：石油工业出版社，2007.

[3] 周可佳.海上钢结构物典型吊点的比较与应用[J].船海工程，2013,2(42):126-128.

[4] 刘 巍，孙振平.绥中36-1油田I期开发工程井口平台[J].中国海上油气(工程)，2001，13(2):11-14.

[5] 刘 波，杨 亮，田其磊，等.海洋平台上部组块吊装方案优化分析[J].石油工程建设，2011，8(37):24-26.

Optimization Research on Offshore Integral Lifting Project for Large Deck

FU Dian-fu1, HAN Pin2, SUN Qin1, LIU Yang2

(1 CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China;2 Richtech Engineering Co., Ltd., Shanghai 200233, China)

The basic technical problems faced in the integral lifting scheme selection of large deck are briefly introduced. This work is based on the project design of offshore installation of 28-2 wellhead platform in Bozhong south oilfield. The detail methods and computational formulas applying for the scheme selection of deck lifting are summarized, and a sensitivity analysis for integral lifting parameter is carried out.

large deck; lifting; interference analysis; sensitivity analysis; strength analysis

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.01.041

2014-09-01

付殿福(1984-)，男，硕士，工程师

U674.38

A

1671-7953(2015)01-0162-04

修回日期：2014-10-11

研究方向:海上平台结构设计

E-mail:fudf@cnooc.com.cn