浅析固定平台重量控制对于降低工程成本的实际效果

柳扬斌， 郑　路

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 工程建设中心技术部， 天津 300461)



浅析固定平台重量控制对于降低工程成本的实际效果

柳扬斌， 郑路

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 工程建设中心技术部， 天津 300461)

摘要：论述了在全球原油价格低迷的形势下，海洋石油工程降本增效的必要性与紧迫性，凸显出平台重量控制对降低工程成本的重要作用，并通过实际工程案例简要介绍了固定式平台上部模块重量控制的几种成功做法以及成效。鉴于严格优化平台上部模块重量所产生的显著经济效益，可以得出结论：固定式平台的前期设计方案整体论证以及具体设计过程中的不断优化对于降低平台整体投资意义重大，应予以高度关注和持续改进。

关键词：海上固定平台；平台上部模块甲板优化；重量控制；分块设计方案优化

0引言

海上固定平台的工程建设成本中相当大的一部分是平台钢结构制作成本，在确保平台满足生产使用要求的前提下，需尽可能减小海上平台的上部设施(上部模块)的设计尺寸和重量以满足安装资源的要求，同时降低钢材使用量。因此，平台上部模块的设计重量控制变得尤为重要。

1降低固定平台模块重量的重要经济意义

油田总体开发成本中，新建生产设施所占的费用份额很大，而对于海上油田生产设施中的固定平台而言，降低其整体建造工程费用所贡献的效益尤其明显。降低和控制海上油气平台的尺寸和重量成为今后海上平台设计的重点。

固定式导管架平台在我国是最为常见的平台型式，此类平台适用于水深较浅的海域，能够承载较大的上部设施重量，便于钻修井作业。吊装安装为常规的模块安装方式，要求模块吊重必须在浮吊安全起吊能力范围之内，对于模块重量大、安装风险高的项目，重量控制必须作为项目的重点工作执行，以确保模块的海上安装顺利进行。其中，平台的模块和导管架(桩基)的结构钢材重量，占据了平台整体重量相当大的比重。表1为渤海海域近年新建平台的重量数据对比。

表1　渤海海域近年新建平台的重量数据对比

根据表1所示的统计数据表明：平台的结构钢材重量占平台整体干重的百分比平均数为69.3%，建造一座海上钢质固定平台，有2/3以上的干重重量是结构钢材重量。因此，在确保平台相应井口配套设施及平台主轴线框架尺寸不变的情况下，尽可能地减少上部模块甲板整体尺寸、缩减甲板空余面积和提高空间利用率，是减少平台结构钢材使用量的有效途径。

2通过调整平台工程设计总体布置和轮廓尺寸以降低结构重量

2.1BZ19-4 油田综合调整项目背景简介

BZ19-4 WHPC是1座8腿8主桩导管架结构形式的井口平台，设置32个井槽(4×8)、上部模块采用梁柱板空间框架结构型式，设有工艺及水处理设施、60人生活楼及HXJ180型修井机。导管架设计水深为21.5 m，工作点尺寸为(18 m+18 m+18 m)×20 m，8根导管腿为Y向单斜，斜度为1∶10，钢桩桩径为1.8 m，入泥深度81.5 m。

2.2平台整体设计优化过程

在基本设计第一阶段的内部审查中，根据2015年2月开始实行的《海上固定平台总体设计规范》的要求，设计单位开始进一步提高甲板利用率、减少甲板空余面积和降低模块结构钢材总重，对各个专业进行了较大幅度的优化调整。

(1) 调整总体甲板设备布置，缩减模块工作房间面积和局部甲板宽度、取消1层工作甲板，平台甲板层数由4层优化为3层，总计减少甲板面积1 525 m2。

(2) 将上部模块分块线从原设计的靠近2轴东侧2 m处改至2轴东侧8.1 m处作为东西分块界线，取消原设计的模块运输支撑假腿。从而将上部模块的吊装总重从基本设计初始的5 456 t降至5 085 t，上部模块的钢结构材料总重从ODP设计的3 420 t减少到3 021 t。同时BZ19-4 WHPC导管架在工作点间距不变的前提下用钢总重从ODP的5 370 t降低至5 175.9 t。

经过此次优化，BZ19-4 WHPC上部模块分东、西2块吊装均可满足4 500 t级起重船“华西5 000”的起吊半径和起吊能力的要求。

2.3优化后成果

BZ19-4 WHPC经过基本设计后期对ODP原总体布局的大幅优化，提高了甲板空间利用率，在平台结构上体现出的减重数据是非常明显的，ODP设计与基本设计优化后用钢量对比见表2。

表2　BZ19-4 WHPC平台ODP设计与基本设计优化后用钢量对比

由BZ 19-4 WHPC平台的设计优化成果可以看出：执行新的总体设计规范后，对于大幅减少平台设计用钢量、提高甲板利用率的降本效果是非常可观的。

3调整模块的分块吊装方案

3.1SZ36-1二期调整项目背景介绍

SZ36-1 CEPN是1座8腿8主桩导管架结构形式的油气处理平台, 上部模块采用梁柱板空间框架结构型式，设有油气处理设施。甲板由上、中、下工作甲板组成，甲板主尺寸：74.85 m×39.7 m，工作点间距(18 m+18 m+18 m)×22 m。CEPN导管架设计水深为30.4 m，8根导管腿为Y向单斜，斜度为1∶10，钢桩桩径为2.1 m，入泥深度84 m。

3.2CEPN上部模块吊装超重问题

在SZ 36-1油田二期调整项目ODP阶段锁定的CEPN安装资源为“蓝鲸号”起重船，由于“蓝鲸号”吊装能力和安全起吊跨距的限制，ODP设计时拟定将CEPN模块沿2、3轴正中间平均划分为东块约6 000 t、西块约6 000 t进行建造和安装。在不考虑偏心的情况下，东块、西块的吊装重量已经非常接近“蓝鲸号”的起重极限能力。“蓝鲸”号浮吊在49 m和50 m吊装半径下的吊重能力见表3。

表3　“蓝鲸”号浮吊在49 m和50 m吊装半径下的吊装能力

在SZ36-1二期工程项目调整的基本设计阶段，经过基本设计项目组重新复核CEPN模块的吊装重量，发现CEPN东块初步估算吊重增至6 509 t 超出了“蓝鲸号”在49 m吊装半径时的吊装极限能力，且东块重心偏心严重。

3.3设计方提供的几种解决方案

针对此问题，基本设计项目组会同建造、安装各相关方的意见，为控制CEPN东块的单重，提出建议将6台主机单独组成一个动力模块，在与其余部分构成的CEPN东、西块同时陆地建造，在海上单独吊装(即CEPN上部模块海上3吊安装)。

3.4工程项目组选定的模块分块方案

工程项目组经过分析论证，认为将CEPN模块分为3块吊装会带来以下不利影响：

(1) 两吊变三吊会增加模块结构重量，影响导管架计算。CEPN模块整体构成由2块改为动力、东、西3块，必将增加各构成模块间的连接过渡及结构加强构件，从而进一步增加CEPN平台上部的总体重量，并造成CEPN导管架及桩基结构荷载的校核必须全部重新计算，影响基本设计及详细设计的工作进度，以及CEPN导管架开工建造的结构钢材采办。

(2) 增加一个动力模块会增加滑道占用资源。上部模块分3块进行陆地建造必定会增加对海洋石油工程股份有限公司青岛场地的滑道建造资源的占用，尤其是分出动力模块单独建造会增加CEPN模块的滑道占用面积近一倍，这对于本已经非常紧张的场地资源的使用增加了额外的负荷。

(3) 平台6台主机独立分块会增加海上连接调试工作量。CEPN分成3块也必将增加上部模块内部的工艺/配管/电/仪/讯等系统的海上连接、调试工作量，降低了模块陆地建造完工的完善程度，增加海上施工的时间和成本，加大海上施工现场管理难度，不利于海上施工现场的QHSE风险控制。

基于以上的原因，CEPN模块的分块重量是否超出“蓝鲸号”的起重能力，将决定选取哪种施工方案，工程项目组根据以往项目的分块设计经验以及CEPN甲板设备布置情况，就分块方案与相关单位进行了充分的讨论，从各个角度进行了全面分析论证，为实现项目整体效益最大化，确定了最优分块方案。保持CEPN模块仍分为东、西2块的吊装方案，将东、西分块界线由ODP设计的2、3轴中间平分，修改为沿CEPN平台2、3轴靠近3轴位置进行分块。以此分块方案为前提，确定了CEPN模块陆地建造和海上安装施工方案，并要求设计方进一步细化工作，严格控制模块最终重量，确保CEPN模块最终吊装重量满足“蓝鲸号”的安全吊装要求。图1为最终确定采用的CEPN模块分块方式平面图，表4为CEPN模块重新核算吊装跨距及其对应“蓝鲸号”的起吊能力。

图1　最终确定采用的CEPN模块分块方式平面图

项目吊装重量/t以模块甲板边缘控制以驳船甲板边缘控制吊装半径/m蓝鲸号能力/t吊装半径/m蓝鲸号能力/t西块634551.09589049.86100东块591652.73549049.86100

3.5CEPN分块减重措施

为确保重新划分的东、西块各自单独吊装重量不超出蓝鲸号的起重极限能力，在CEPN模块的基本设计和详细设计中采取了以下减重措施：

(1) 细化和准确估算重量：要求设计各专业重量估算有原则、变化有依据，重量估算划分到最小单元；不同阶段的重量控制要有充分的设计阶段背景和数据支持。

(2) 取消所有容器的撬座，严格控制设备单撬重量，要求各专业重量估算划分到最小单元，部分容器类设备底座设计成马鞍座形式。

(3) 在设备采办中，从设备标书编制、评标、技术澄清、现场验货等各阶段都把重量控制作为关键技术指标严格控制。

(4) 简化机械设备底座，降低重量，节省钢材。

(5) 优化管线路径，合理共用支架，控制CEPN平台模块的重量、重心。

(6) 取消大阀门固定操作平台，改为可移动式操作平台。

3.6CEPN平台重控成果

通过采取以上重控措施，从详细设计最终版的吊装重量分析以及加工设计的重控报告显示，不需采取后装两台主机、部分挡风墙等减重措施，实现了CEPN东块5 637.96 t，西块5 578.17 t的指标，此时东、西块重量均已满足“蓝鲸”号吊装要求。

经过设计过程的精细化控制和模块建造现场的严格把关，CEPO和CEPN模块的陆地完工重量控制在设计许可范围内，并于2013年6月12日～6月16日由蓝鲸号顺利完成了CEPN平台东、西模块的海上吊装，为项目的按期投产提供了有力的保障。

由于成功减重，CEPN模块东、西块采用两吊完成海上安装，减少极为可观的单块预制建造费、海上运输费用以及连接调试费用。

4通过减少平台模块大型设备的底座以减轻模块总重

4.1取消大型设备底撬

以生产分离器为例，单罐设计尺寸为4 000 mm(I.D.)×16 000 mm(T/T)，假如为此罐体设置底座，底座尺寸应为5 200 mm×19 000 mm，按照型钢采用45号工字钢，铺5 mm花纹钢板计算，底撬重量约为20 t。CEPN模块共有12台类似尺寸的卧式罐体，为减轻重量，在基本设计阶段取消了所有卧式罐体的底撬，仅此一项措施即可为平台上部模块减重约240 t。

辽东区域某平台的生产分离器采用的是整体成撬大底座，如图2(a)所示。SZ36-1 CEPN平台生产分离器优化调整为：采用马鞍座形式直接安装在平台上部模块经过调整的甲板梁格上，如图2(b)所示。

4.2简化机械设备底座，降低重量，节省钢材

对于应急发电机底座，辽东区域某平台是采用的通用底座加设备支撑型钢的双层底座形式，如图3(a)所示。SZ36-1 CEPN、CEPO平台设计时简化调整为单层H型钢点对点的支撑底座形式，如图3(b)所示。

图2　生产分离器的底座优化

图3　应急发电机的底座优化

5结论

通过上述几个成功运用减重措施并显著节省工程项目投资成本、取得良好降本经济效益的项目案例可以看出：

(1) 对于固定式平台新建设施从工程设计的源头就应及早进行紧凑化、精细化的考虑。

(2) 根据项目确定的施工船舶资源控制住上部模块的整体重量和各分块重量，各专业大型设备也应尽可能降低配套设施重量。

因此，在平台的设计全过程中应重点关注重量控制的成效，采用各种措施把早已相对成熟的海上固定平台总体设计水平再提高到新的高度，为满足新的海上油气开发工程的要求而精益求精、继续深挖平台设计的优化潜力，以适应新时代的海上油气开发大环境和行业进步要求。

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收稿日期：2015-08-26

作者简介：柳扬斌(1980-)，男，工程师。

文章编号：1001-4500(2016)03-0028-06

中图分类号:P75

文献标识码：A

Actual Positive Effect on Engineering Project Cost of Fixed Platform Weight Control

LIU Yang-bin, ZHENG Lu

(Technical Department, Engineering Construction Center, CNOOC Co., Ltd,Tianjin Branch, Tianjin 300461, China)

Abstract：The necessity and urgency of the offshore oil engineering invest efficiency in the global crude oil prices downturn situation were discussed. So fixed platform weight control is very important to reduce the offshore oil fields’ development engineering cost. It shows several concrete methods of platform weight control and the successful results of some practical engineering examples were discussed briefly. So we can draw a conclusion that in the early period of the fixed platform design scheme comparison and specific design in the process of continuously optimize is a great significance to reduce the platform overall investment. We should pay attention to continuous improvement of platform weight control.

Keywords：fixed offshore platform；platform topside’s deck optimization；weight control；division design scheme optimization