FPSO单点上部组块维修改造的实践应用

胡双

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

某油田单点位于渤海西部海域，水域水深约24m，采用水下软钢臂式系泊系统。该油田及其系泊的FPSO于2004年投产服役[1]。由于该单点上部组块在恶劣天气下会出现异常噪音，液滑环也伴有轻微原油泄漏，对油田的安全生产造成了一定隐患。为解决单点系泊系统存在的问题，保证油田正常稳定生产，防止溢油事故发生，油田生产方实施了FPSO单点维修改造项目，即将上部组块海上整体拆除后运回陆地，在陆地对上部组块进行维修改造，改造内容包括对高压电滑环、液滑环、扭矩筒、轴承的更换安装及其附属管线的维修改造等。

本文以水下软钢臂式单点系泊系统上部组块陆地维修改造项目为背景，针对单点上部组块维修改造工序复杂、安装面多、滑环、扭矩筒安装精度高等施工特点，论述了世界首例水下软钢臂式单点系泊系统维修改造施工流程。并通过项目实践应用，介绍了滑环更换、扭矩筒安装、旋转试验等关键工序，其施工流程对今后涉及FPSO单点上部组块维修改造类项目提供了工程借鉴作用，具有重大意义[2]。

1 单点上部组块

图1 单点上部组块示意图

某油田FPSO单点上部组块由外部旋转部分和内部固定部分组成，旋转部分与固定部分通过轴承实现动静结合[3]。单点上部组块的总体重量为323.6t，总高为27.945m，上部组块示意图如图1所示。

单点上部组块由外部旋转框架、弧板、扭矩筒、滑环堆栈及其附属管线及单点吊机等设备构成，实施上部组块陆地维修改造即在大型吊机的配合下完成相关设备的更换、维修作业。其主要改造的设备见图2所示，其设备主要规格见表1。

图2 上部组块要改造的主要设备

表1 单点上部组块主要的设备结构信息

2 施工程序及关键工序

2.1 施工流程

单点上部组块维修改造的施工流程共分四个阶段，分别是前期准备、拆除阶段、回装阶段及调试阶段[4]。施工流程如图3所示。

2.2 前期准备

2.2.1 上部组块防倾覆固定由于单点上部组块高达约28m，为防止上部组块倾覆，同时便于陆地维修改造施工，设计了专用临时垫墩和防倾覆支撑杆，专用临时垫墩设置了四个配重块，如图4(a)所示。防倾覆四条支撑腿呈十字对称布置，如图4(b)所示。

图3 上部组块维修改造施工流程

图4 上部组块防倾覆固定

2.3 拆除阶段

2.3.1 拆除滑环附属设施

滑环的附属设施包括与滑环连接的驱动臂、电缆及仪表管线等，拆卸滑环前，必须按照顺序对其附属设施进行拆除，拆卸的内容包括：

(1)拆除与扭矩筒连接的电缆支架、工艺管线支架；(2)拆除低压电滑环进口动力、仪表和光纤电缆，电缆拆除时测试电缆绝缘，电缆头注意做好标记、保护、固定；(3)拆除高压滑环进出口高压电缆，电缆头做防水、密封；(4)拆除扭矩筒与滑环之间连接的滑环驱动臂；(5)拆除与液滑环连接的润滑油路、仪表管线；(6)拆除与液滑环连接的进口管线、出口管线、泄漏管线接口法兰等；(7)拆除扭矩筒内的仪表、探头等电仪设备及其电缆。

由于拆除的附属设备种类繁多，且拆卸后的大部分管线、仪表都要再次使用，因此在拆卸时，需对照清单表逐项检查，以免遗漏，并妥善保管。

2.3.2 拆除扭矩筒

扭矩筒总高为12.6m，其顶部设置有3个吊点，要保证顺利拆除扭矩筒，大型吊机应至少满足30m吊高要求[5]。扭矩筒的拆除步骤如下：

(1)确认低压电滑环、高压滑环与扭矩筒之间连接的驱动支撑已拆卸完成；(2)确认滑环减震器已拆卸完成；(3)在上述结构物确认拆卸无误后，方可拆除扭矩筒顶部限位板螺栓，拆除扭矩筒限位顶板；(4)安装吊装索具及控制牵引绳；(5)用大型吊机将扭矩筒吊离，放置在场地指定区域，见图5所示。

2.3.3 拆除滑环堆栈

滑环堆栈的拆卸是拆卸阶段的关键工作，因低压电滑环拆卸后要重新利用，对低压电滑环拆除时的保护显得异常重要，滑环堆栈拆卸步骤如下：

(1)拆除低压电滑环底座与高压电滑环间的连接螺栓，拆卸的螺栓妥善保管；(2)检查吊装通道路径是否有影响吊装的结构，如有先拆卸；(3)安装吊装索具及控制牵引绳；(4)大型吊机将低压电滑环吊离2m左右时停止，对电缆进行抽拉，确保电缆能顺利抽出，并检查电缆网套是否有损坏；(5)将拆卸的低压电滑环固定在专用支架上并盘好电缆，用帆布将低压电滑环整体包裹，做好防护，储存在库房等待回装；(6)拆除高压电滑环与通道假节之间的连接螺栓，检查吊装通道路径周围是否有影响高压滑环吊装的因素，检查电缆向上抽拉是是否有阻碍；(7)吊机将高压电滑环吊离单点，安装固定在专用支架上并储存在库房；(8)用同样的方式拆卸通道假节和液滑环，将其放置在场地指定区域，如图6所示。

图5 扭矩筒拆除示意图

图6 滑环堆栈拆除

2.4 回装阶段

2.4.1 回装滑环堆栈

回装滑环堆栈是滑环堆栈拆除工序的逆过程，但由于安装空间狭小且涉及到昂贵的新高压电滑环和液滑环的安装，回装滑环堆栈工序显得异常重要。回装的难点在于滑环安装精度要求高，对吊机的控制要求高。滑环堆栈回装步骤如下：

(1)将新液滑环、新通道假节、新高压滑环运至现场，安装吊装框架及吊装索具；(2)通过两台吊机吊装液滑环的吊装框架，将液滑环扶正，使之处于直立状态；(3)安装液滑环之前，清洁滑环表面，并旋转液滑环使滑环的扭矩臂转动到安装后可以与扭矩筒相吻合的位置；(4)大型吊机将液滑环整体吊至单点，根据方位调整到位后安放在单点上；(5)调整好位置，使液滑环与底座吻合，安装并紧固螺栓将液滑环固定在底座上，螺栓必须有扭矩记录，用同样的方法安装通道假节；(6)吊装高压电滑环之前，将高压滑环的电缆接线完成；(7)安装高压电滑环护罩的吊点，吊装滑环护罩，将滑环护罩回装至滑环上；(8)吊机将高压电滑环吊至假节上方，缓慢垂直下放至滑环筒体上，安装高压电滑环底部与假节的连接螺栓；(9)用同样的方法回装低压电滑环，并完成低压电滑环的电缆接线。

2.4.2 安装新扭矩筒

新扭矩筒的尺寸与旧扭矩筒大体一致，但局部细节略有不同，因此在新扭矩筒未喷漆安装前，应进行新扭矩筒的试装，以检验新扭矩筒与滑环之间的配合间隙无偏差，其安装步骤如下：

(1)安装扭矩筒吊装索具和辅助控制方位的索具，通过两台吊机配合，将扭矩筒由水平状态吊装至直立状态；(2)解除控制扭矩筒方位的吊索具，大型吊机将扭矩筒以垂直状态缓慢吊至单点上方，并沿扭安装位置缓慢下放到位；(3)在扭矩筒下放到安装位置卡槽内后，如果液滑环扭矩臂与扭矩筒裙摆缺口不对中，则用倒链调整液滑环扭矩臂位置，使之对齐；(4)在吊机不摘钩的情况下，在扭矩筒顶部利用水平尺测量水平度，在满足三点位置水平后，用倒链保持扭矩筒的安装位置不动；(5)安装扭矩筒顶部固定螺栓及限位顶板，吊机摘钩；(6)安装液滑环、高压滑环及低压电滑环扭矩臂限位块。

2.5 调试阶段

2.5.1 旋转试验

图7 滑环堆栈回装

为检查轴承更换后的运行状况及滑环堆栈安装之后，整个单点系统的运行状况，将分两次进行旋转试验以检测轴承更换的状况及整个单点上部组块的运行状况[6]。旋转试验的要求是保证上部组块能够360°顺时针和逆时针旋转无异常，旋转试验步骤如下：

(1)按照图8所示布置进行，在旋转辅助胎具上焊接八个临时吊点，用于旋转时钢丝绳的挂扣，每旋转45°，换临时吊点挂扣，由此完成360°旋转。

(2)在50t汽车吊的拉动下，旋转辅助胎具带动上部组块旋转，如图9所示。

(3)记录下施加的最大启动拉力与连贯拉力，逆时针方向旋转时，将插销插至相反的一侧，重复上述步骤即可。

图8 旋转试验布置图

图9 上部组块旋转示意图

3 结论

某油田FPSO单点维修改造项目是国内首次进行水下软钢臂式单点系泊系统上部组块陆地维修改造施工，没有类似经验可以借鉴，技术难度较高，单点滑环系统安装精度要求高，作业环境苛刻，通过专项施工程序，充分分析和辨识了作业的难点和风险点，保证了维修改造的顺利实施，通过优秀的方案设计和施工组织，将维修改造的施工工期从计划58天缩短至47天，大大缩短了施工工期，满足了油田尽快复产的需要，整个项目的质量、安全、进度均满足业主要求，该项目的标准施工对今后类似维修改造项目具有借鉴意义。

◆参考文献

[1] 胡双，杨洪所，张群. FPSO单点上部组块轴承更换技术的研究与实践[J].石油和化工设备，2017，(10)：47-51.

[2] 《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程FPSO与单点系泊系统设计[M].北京：石油工业出版社，2007，321-322.

[3] 胡双，刘震，吕士济，等. FPSO单点在役滑环密封更换技术的研究与实践[J].天然气与石油，2018，36(3)：16-22.

[4] 赵德雷，刘晓清. FPSO单点系泊系统（SPM）结构改造的研究[J].化学工程与装备，2016，(3)：57-60.

[5] 景勇，孟晓登. 浅谈FPSO单点系泊系统工程实践[J].资源节约与环保，2012，(5)：142-148.

[6] 胡双. FPSO单点滑环安装技术的研究与应用[J].天然气与石油，2017，35(6)：101-106.