海洋平台浮托安装分析及其关键技术

柴亚光 方鑫 张晓添

【摘 要】本文首先介绍了海上浮托安装工艺现状，其次对其发展及优势进行了分析，最后对作业形式的发展历程进行了总结，仅供参考。

【关键词】海洋平台；浮托安装；安装技术

一、海上浮托安装工艺现状

海上油田超大型平台浮托技术是近几年来中海油安装海洋平台使用的主要技术之一，该技术不仅推动了海上安装技术的革命，更把整体设计、整体陆地建造以及整体海上调试一系列的技术和管理变革带人了一个崭新的时代，这是观念上的创新和整体技术的突破。

该技术利用潮汐原理，在涨潮时，驳船拖运万吨级平台进人导管架槽口，落潮时，驳船缓慢增加吃水，将万吨级平台缓慢平稳地落在导管架腿上。操作完毕，驳船退出导管架，施工人员再将平台腿和导管架腿焊接，整个安装过程结束。这项技术包括6个关键动作，即获得净空、定位导引、主动寻址、对接合拢、荷载转移、安全分离。工程师们创造性地利用海洋潮汐力量和调载技术，自主研制关键设备，攻克了万吨级平台在海上的精准对接技术，创建了海上油田超大型平台浮托技术体系，打造出整体设计、整体装船、整体运输、整体安装和海上零调试的“四整一零”技术优势，建立了5000-35000t平台安装的浮托船队和大型平台建造场地，实现了中国海洋工程建设从千吨级吊装到万吨级浮托的跨越，成功打破了国外技术和装备垄断。

大型结构物海上浮托分为低位浮托和高位浮托两种。高位浮托时，组块一般在船上的重心比

较高，驳船到位后进行压载，组块重心降低，组块桩腿与导管架对接，荷载转移后退船，组块运输稳定性差，但是对于船舶性能和工作海况要求较高；低位浮托则相反，组块重心较低，组块运输稳定性好，但在浮托现场安装时需用机械将组块提升后才能满足安装要求。目前，国内大型结构物海上浮托安装基本采用高位浮托安装法。

二、发展及优势

在过去的三十年中，Float over作业技术在全球范围内得到了广泛的发展和应用。最初这种方法是在1977年被引入到石油和天然气行业，由H alliburton/K B R首先应用于北海的英国石油公司（B P）油田。1983年首次FLO AT O VE R（浮托法）安装工艺成功地应用于飞利浦斯公司M aureen工程的生产平台上，其安装总重量为18，600t，K B R英国公司最终成功完成平台安装。在该项目成功后，浮托法的一系列技术和施工机具应运而生。FLO AT O V E R（浮托法）安装工艺是在不使用大型浮吊的情况下，就能完成一个完整上部模块的海上安装，避免了海上设备的组装和连接调试工作，从而大幅减少海上安装的工期以及由此产生的巨額费用。FLO AT O V E R（浮托法）安装技术特别适合如渤海湾的水深，从几m到30m的水域，应用的基础设计往往是传统的导管架类型，这有利于采用FLO AT O VE R（浮托法）安装技术。

该种方法的最大优势在于平台结构和生产设施可以在陆地一次性完成，包括主机联调、生活模块的调试以及放空臂的安装均可在陆地建造阶段完成。经过工程师前期的设计和船舶选择，在后续海上安装期间，对于模块的重量敏感性要较之于传统的浮吊安装小很多。因此可以最大限度节约海上连接调试和施工作业时间，从而大幅降低油田开发投资成本。

三、作业形式的发展历程

完成于2007年的渤中34-1中心平台（后面简称B Z34-1 C E P平台）和完成于2014年的垦利3-2中心平台（后简称K L3-2 C E P平台）均位于莱州湾，平台地址相距仅60海里，平均作业水深21.4m。下面我们便通过两个平台作业的实施方案来回顾浮托法的发展历程。在对比两个方案前，我们有必要对于浮托法的基本原理和设计工艺作常识性的了解。

1、设计原理

2、基本作业程序

第一步：作业船舶就位

包括作业驳船、辅助拖轮和配合浮吊在内的全部船舶在施工作业前，安装设计位置完成就位工作；

第二步：进船作业（D ock In）

根据作业方式的不同，将载有上部模块的运输驳船引导进入导管架槽口，并在SU R G E FE N D E R的作用下，停留在既定的设计位置。

第三步：载荷转移和对接作业（M ATIN G O PE R ATIO N）在上部模块到达导管架设计位置后，通过运输驳船的自身压载，使得驳船吃水增加，上部模块的支撑结构与导管架上的LM U对接，并通过LM U装置的缓冲功能，逐步将模块的重量载荷由运输驳船逐步转移至导管架上。

B Z34-1 C E P平台安装方案

（1）平台重量：8，700t

（2）作业船舶：海洋石油221（8，000t下水驳）+B H 108

（900t浮吊）

B Z34-1 C E P平台安装作业中国渤海湾早期浮托安装的代表，有其一定的典型性。在早期的安装阶段，该平台的进船工作主要依靠拖轮的牵引配合来完成，即需要在运输驳船的左右舷各布置一条8，000H P的三用拖轮，将运输驳船缓慢牵引至导管架槽口内。

3）系泊分析

运动幅值：

锚缆及交叉缆：破断负荷/最大受力=2.628>1.95（安全系数）

在现实作业中存在的问题：

1）驳船船艏应在现场抛2个工作锚。工作锚使用的是2台75t液压绞车作为临时锚机。然而由于该液压绞车钢丝绳放出速度十分缓慢，因此在施工现场没有抛工作锚，因此在使用拖轮辅助进船的过程中，受风浪流方向的影响较大，很难一次性将船头进入导管口。

2）退船后，两条拖轮不能很好的控制驳船的方向，从而会导致驳船短暂的甩尾现象发生，还是存在一定的安全隐患。综上，我们看到了传统浮托作业法在驳船运动形态的控制上，还存在一定的缺项。经过若干年的改良工作，目前所使用的浮托作业施工工艺已经有了一定程度的变化

K L3-2 C E P平台安装方案

1）平台重量：9，600t

2）作业船舶：海洋石油228（18，000t下水驳）

3）配合拖轮：民龙1202（12，000H p）、民龙1201、

中油海281该平台的安装工艺是渤海湾采用锚系法进行浮托作业的较为经典的案例。组块浮托安装方案的确定主要包括选择合适的主作业驳船、主拖轮、浮托锚系系统、辅助拖轮、调载系统、护舷系统及运动监测系统等。

本次作业的锚系采用15大抓力锚，由作业拖轮在现场进行抛锚。

浮托安装作业环境参数：

1）平均风速V1m in，10m=10.0m/s；

2）艏浪有义波高Hs=1.5m；

3）峰值周期Tp=4.42s–6.71s，波谱类型为

JO N SW AP；

4）VSC=1.14 m/s；

5）潮汐：进船潮位为M SL=85cm（平均海面高度）。

关于船体校核：

所选主作业驳船应具有可以满足设计要求的船体强度，并且需确定浮托安装的限制性设计荷载、运动响应、海况以及可操作性。

通过上述两种方案的比较，我们认为以锚泊为基础的浮托作业方案，无论在安全性上，还是可靠性上，都较传统的浮托方法有了很大的提高。也为南海深水浮托作业的可行性奠定了实验性的基础。

结束语

浮托法安装工艺发展的10年，其实也是中国海洋石油工业迅猛崛起的10年，中国海洋石油由过去的单一渤海湾作业已经发展成为了在全球范围内从事石油开发和油田建设的主力军。浮托法作业也从渤海湾，逐步扩展到南中国海，并多次参加了国际项目的海上安装工作。油田开发的最大挑战往往来自于浩瀚的大海，恶劣的环境因素，复杂的作业工况时刻给予海洋结构工程师巨大的挑战，我们相信，在未来可见的时间中，我们能够涌现出更多安全、可靠且开发成本低廉的施工作业工艺。

参考文献：

[1]沈蓮冰.海洋平台浮托安装桩腿耦合安装结构优化设计[D].中国海洋大学，2013.

[2]李西亮.双船浮托安装中多浮体水动力性能及运动响应研究[D].中国海洋大学，2013.

[3]王文娟.海洋平台浮托安装数值模拟研究[D].中国海洋大学，2013.

[4]范模，易丛，白雪平，李达.大型组块浮托安装关键技术研究及在我国的应用进展[J].中国海上油气，2013，06：98-100.