“一卡三管”创新技术在依托开发项目中的应用

(中海石油(中国)有限公司 湛江分公司， 广东 湛江 524057)

0 引 言

涠洲6-13油田按照“依托设施”开发理念，依托附近的涠洲12-1PUQB平台进行低成本滚动开发[1]。涠洲6-13油田不设油水处理设施，开采出的油水混合物通过混输软管直接输送至涠洲12-1PUQB平台进行处理，涠洲12-1PUQB平台输送生产水至涠洲6-13油田进行回注，同时为涠洲6-13油田供应电力。为实现该开发模式，需在涠洲12-1PUQB平台上新增2根立管和1根电缆护管。

涠洲12-1PUQB平台共有8根桩腿，在其中4个角(东北、东南、西北、西南)桩腿上各预留1根立管支撑。涠洲12-1PUQB平台属于中心平台，平台四周布置众多海底管线，新敷底管线在路由选择和方向选择上条件苛刻。由于涠洲6-13油田在涠洲12-1PUQB平台的东北方向，若利用平台西北、西南角两处桩腿的预留支撑，需跨越众多管线，管缆路径的设计难度和海上敷设难度大，且会影响平台的上部设施安全；若只利用平台东北、东南角两处预留的支撑，采用传统方法安装立管，需动用作业船[2]，且支撑数量无法满足要求，需要再增加1套管卡支撑和管卡系统，这样会给现有平台带来额外的载荷，同时也会增加材料，增大海上施工难度。

根据涠洲12-1PUQB平台桩腿预留的立管支撑的布置情况，结合平台现状，提出“一卡三管”创新技术，即只利用东北方向桩腿上的1套立管预留支撑，设计1套合适的立管管卡系统，满足同时增加2根立管和1根护管的需求，2根立管和1根护管均从涠洲12-1PUQB平台的东北方向上平台。同时，优化立管安装方案，采取合理的立管悬挂、分段设计，充分利用平台吊机能力并巧妙布置提拉绞车等，在无需作业船协助的情况下顺利安装立管管卡及立管，有效解决“一卡三管”方案中遇到的管卡质量较大、安装精度要求高、多根立管安装相互影响等问题，推动油田的滚动开发。

1 “一卡三管”技术

“一卡三管”创新技术，即只利用涠洲12-1PUQB平台东北角桩腿上的预留支撑，设计一套强度能同时满足2根立管和1根护管安装的管卡系统。平台东北角1根桩腿从上到下共有7个预留支撑，需安装7个“一拖三”式的立管卡子固定立管和护管。平台现场立管安装位置如图1和图2所示。

图1 涠洲12-1PUQB平台简图-立管安装位置

图2 涠洲12-1PUQB平台俯视简图-立管安装所在桩腿

采用“一卡三管”技术，需对新增立管和护管对涠洲12-1PUQB平台的影响和详细的施工方案展开深入研究。涠洲12-1PUQB平台是生产平台，各项研究需结合涠洲12-1PUQB平台现阶段生产、设备检查和平台改造等各种情况综合考虑。“一卡三管”技术运用的各项研究指标主要包括静载荷强度、震动强度、疲劳寿命，以及导管架桩基承载能力等4项关键指标。

1.1 静载荷强度

增加立管及附属结构后，平台静载荷会相应增加，应重新校核，保证在标准工况和极端风暴条件(通常以平台在正常运营生产的一年周期内，一般情况下的海浪、涌流和风暴情况作为标准工况；选取平台遭受百年一遇的巨浪、海水涌流和风暴情况作为极端风暴条件工况，在极端风暴条件下允许整体应力增加不超过设计强度的三分之一)下，平台的静载荷强度UC值不超过1.0。静载荷强度主要受波浪和风暴强度影响，而南海水深、域广、风大、浪大，选取适当的工况数据进行校核尤为重要。

1.2 震动强度

平台的震动方式主要有2种，一种是由平台动设备运行产生的，另一种则是由地震引起的。设备震动产生的影响可通过调节设备状态和增加一定的结构来控制，而地震带动的平台震动破坏相对更大，平台在设计阶段会考虑地震因素，因此具备一定的抗震能力。运用“一卡三管”技术会使立管、护管和相应物流介质的载荷均集中在单一桩腿上，平台的结构和受力会产生变化，需基于API RP2A标准对平台抗震能力重新校核，确保震动强度满足要求。

1.3 疲劳寿命

平台设计的疲劳寿命约为设计使用年限的2.5倍。涠洲12-1PUQB平台的设计使用年限标准为30 a，设计疲劳寿命标准为76 a。在平台桩腿上增加立管及附属结构会在一定程度上加速平台裂纹和裂纹群的产生和扩展，从而导致结构部件破坏，降低平台疲劳寿命。为保证在增加立管及附属结构后平台疲劳寿命仍能满足要求，将立管及附属结构的相关数据添加到疲劳校核中。

1.4 桩基承载能力

平台导管架桩基承载能力直接决定“一卡三管”技术运用的可行性。运用“一卡三管”技术增加平台东北角桩腿的轴向和横向载荷，需要重新校核桩腿本身及泥基面的强度和稳定性，变形应在容许范围内。

1.5 校核结果

分析和计算表明，在涠洲12-1PUQB平台东北角桩腿上运用“一卡三管”技术安装立管和护管可行。具体校核结果如表1所示。

表1 “一卡三管”技术安装立管和护管相关校核结果

图3 立管卡子安装简图(俯视)

1.6 管卡结构设计

混输立管A和注水立管C为双层管，比电缆护管B重，将电缆护管B布置在另外两根立管中间，避免管卡结构偏心而增加不必要的结构加强设计。同时，考虑到混输海管、注水海管的海底路由布置，以及平台上工艺管道下游设备、注水管上游设备布置便利等因素，最终确定将混输立管A布置在北侧，将注水立管C布置在南侧。管卡结构设计简图如图3所示。

2 “一卡三管”应用

应用“一卡三管”技术进行立管安装，主要存在几个难点：

(1) 对预制件的精度要求高。立管卡子和立管在陆地预制完成后，经过多次调运、装车、装船等，容易发生形变，从而导致立管卡子无法安装进预留法兰盘，或导致每段立管无法通过法兰紧密连接。材料在陆地进行预制时，必须精准控制尺寸误差[3]。当预制完成后，在吊运和运输过程中设置足够的支撑，以避免产生受力变形及与其他构件互相干涉。

(2) 吊装难度大。由于平台吊机下放吊钩的极限位置距立管安装指定位置仍较远，需利用绞车和浮力袋将每个立管卡子和每根管段吊装至指定安装位置。由于安装的位置在最靠外侧桩腿的外面，施工人员在平台上的任一位置都无法有效观测吊装时预制件与桩腿或附近斜拉筋的情况，需要潜水人员在海面上做指示牵引。

(3) 受海况影响大。在安装过程中需动用平台吊机、绞车和拖船，这些作业设备受海况影响大，在海况不好的情况下会影响安装精度，容易出现返工，浪费人力物力。因此，需要在好的天气状况下进行安装，并提前做预案。

2.1 立管卡子安装

在海上吊装立管卡子前，应固定立管卡子合页，避免在吊装时合页开合与其他构件干涉碰撞。按照立管卡子安装要求提前系好吊装吊带，立管卡子上系好浮力袋方便水下转运。因立管卡子在水面需要经过两次转运，吊带上应准备足够的卸扣以便潜水员在水下进行钢丝绳连接。在立管卡子下放过程中，潜水员应时刻关注卡子位置，避免卡子与导管架结构发生干涉。卡子到达预定安装位置后，若与安装位置有较大距离，可利用手拉葫芦等工具将卡子牵引至安装位置，再安装螺栓。在安装螺栓前，潜水员应认真检查立管卡子与安装位置的角度，将立管卡子角度调整到最佳位置，避免安装时螺栓孔错开产生角度差。

2.2 立管和护管安装

立管及护管预制件上吊点的设置异常关键，由于每段立管、电缆护管长度均在10 m以上，如果吊点的位置设置不合适，在吊装过程中，立管、电缆护管很可能会发生弯折甚至与桩腿碰撞产生大幅变形，更应避免预制件与吊点脱开掉落，造成人员伤亡和财产损失。在每天开展作业前，需重点关注当天的海况，根据海况及每天的施工进度，合理安排施工作业内容。在作业过程中，当海况条件不适宜时，应立刻中断作业，并有条不紊地整理现场，待条件允许时再重新开展作业。

由于平台吊机的吊装范围一般覆盖不到4个角的桩腿位置，所以还需要在平台合适位置安装绞车，方便移动立管及护管[4]，并在立管就位位置的正上方设置吊点及手拉葫芦，如图4所示。提前将立管放置在平台的吊装区，详细的立管及护管安装步骤如下：

图4 涠洲12-1PUQB平台北面侧视简图

(1) 利用平台吊机，将立管吊置于油田作业拖船上，拖船将立管运至平台北面适当位置。

(2) 安排人员到拖船上为立管调整配扣并绑扎吊带、浮力袋、导向绳等。

(3) 利用平台吊机将立管吊装到水面。

(4) 潜水员下水，将预留在立管上的浮力袋充气，立管依靠浮力袋的空气浮力浮于海面[5]，如图5所示。

图5 立管浮于海面图

图6 立管到达安装位置上方图

(5) 潜水员将1号绞车钢丝绳连接在立管预留卸扣上，解开平台吊机吊带，指挥1号绞车将立管缓慢移动至安装位置附近。

(6) 潜水员将2号绞车钢丝绳系在立管顶部，操作2号绞车将立管缓慢移动至安装位置正上方，当立管到达安装位置上方后解除浮力袋，如图6所示。

(7) 当立管到达安装位置上方后解开1号绞车钢丝绳，并将钢丝绳系在立管弯头位置。

(8) 水面人员操作2号绞车将立管缓慢下放至安装位置，在下放过程中1号绞车始终轻微带力，防止弯头方向转向导管架与导管架碰撞，如图7所示。

图7 立管下放至安装位置图

图8 立管安装完成实物图

(9) 在立管下放过程中潜水员水下观察，接近预定位置时2号绞车停止下放，潜水员利用手拉葫芦对立管进行调整,将立管导入管卡并合上立管管卡合页。

(10) 配合绞车最后调整立管整体达到设计位置，根据设计图纸调整立管弯头部分角度。

(11) 紧固管卡螺栓[6]。

(12) 完成第一段立管的安装工作。

(13) 重复上述(1)～(12)的步骤，完成后续立管段的安装工作。安装完成的实物如图8所示。

3 结束语

运用“一卡三管”技术的综合效益显著。第一，减少约30%的管卡材料，降低了材料费用；第二，充分利用平台吊机代替浮吊船，海上安装施工周期由原计划的63 d缩减为30 d，安装费用减少70%以上；第三，减少了对现有平台带来的额外载荷，为现有平台的桩基承载能力留下更多的裕量；第四，节省了2套立管预留支撑，也推动了后续新油气田继续依托中心平台实施开发；第五，为海管路由按照最优方案布置提供了基础条件，避免按其他方案布置海管路由所带来的更多费用和安全风险，整体节省费用约1 000万元。

涠洲6-13项目新增立管所采用的“一卡三管”创新设计在南海西部油田首次获得成功应用，对今后南海西部海上平台的相关立管安装工作具有很大的借鉴意义。