張力腿平臺干塢內(nèi)合攏建造方案初探

于 洋，王曉華，李志強，張 興，李 思，王 超

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

張力腿平臺干塢內(nèi)合攏建造方案初探

于 洋，王曉華，李志強，張 興，李 思，王 超

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

描述了張力腿平臺的典型形式，分別闡述了上部組塊和船體的建造方案。選取船塢為上部組塊和船體總裝合攏場地，提出3種總裝合攏方案，與海上合攏方案進行比較，并論述了張力腿平臺合攏后的出廠方案，指出干塢內(nèi)建造、總裝合攏方案與陸地建造、海上合攏相比，可節(jié)省大量資源，避免海上操作不確定因素對其的影響。

張力腿平臺；船塢；船體；合攏方案

在20世紀90年代前，世界油氣開發(fā)主要集中在400 m以內(nèi)常規(guī)水深范圍。淺水油氣開發(fā)技術(shù)、工藝和裝備的完善，為相關(guān)部門向深水和超深水采油提供了必要的條件。據(jù)已有統(tǒng)計，世界上約有65座可以在750 m以上深水區(qū)作業(yè)的半潛式平臺和鉆井船，而能在千米以上深水海域有效工作的僅有25座。隨著深海開發(fā)形勢的不斷推進，適應(yīng)深海作業(yè)的海工制造業(yè)面臨著異常嚴峻的挑戰(zhàn)。

經(jīng)國內(nèi)外海洋工程專家潛心研究而設(shè)計出具有高強度、低造價順應(yīng)式平臺（Compliant Platform）在隨后幾十年中迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用，而適用于300～1 500 m較深水域的張力腿平臺（Tension Leg Platform,TLP）便是其典型形式。經(jīng)過近幾十年的生產(chǎn)實踐，張力腿平臺被證實是深海油氣生產(chǎn)的最佳形式。

本文第一部分簡要敘述了張力腿平臺的類型，并選取典型形式作為本文的研究對象；第二部分分別描述了上部組塊和船體兩部分的建造，選定船塢為總裝建造和合攏場地，提出3種方案，并與傳統(tǒng)陸地建造、海上合攏方案進行優(yōu)缺點比較；最后簡要論述了平臺出塢方案，并總結(jié)全文。

1 TLP典型結(jié)構(gòu)形式

張力腿平臺作為典型順應(yīng)式平臺，按結(jié)構(gòu)形式可分為一代平臺和二代平臺，其中，一代平臺上部組塊輪廓均為四邊形，體積大且造價高，適用于大型油氣田開發(fā)，Hutton TLP便是一代平臺的典型案例；二代平臺在一代的基礎(chǔ)上優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使其更適應(yīng)于惡劣的海洋環(huán)境，其造價大大降低。二代平臺主要包含Extended TLP、MOSES TLP和SeaStar TLP3個系列，而Extended TLP具有相對對稱的結(jié)構(gòu)形式，易于模塊化建造，是目前較為流行的平臺形式。張力腿平臺一般由五大部分組成，分別是平臺上體、立柱、下體（浮箱）、張力腿系泊系統(tǒng)和錨固基礎(chǔ)，本文將平臺上體稱為上部組塊，立柱和浮箱下體統(tǒng)稱為船體。張力腿平臺如圖1所示。

圖1 張力腿平臺示意圖

2 張力腿平臺建造、合攏及出廠方案

2.1 上部組塊和船體建造、總裝流程

上部組塊一般包括原油處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、鉆井系統(tǒng)和化學注入系統(tǒng)等，與一般海洋上部平臺組塊無較大區(qū)別，且目前海工平臺上部組塊建造技術(shù)已經(jīng)相當成熟。為了節(jié)省運輸資源，這里提出建造流程“單向性原則”，即應(yīng)保證每一建造環(huán)節(jié)在整個流程中出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次，以最大程度節(jié)省運輸?shù)荣Y源。因此，在上部組塊各層甲板預(yù)制完成并舾裝結(jié)束后，運輸至干塢吊裝區(qū)域進行一體化建造，其后由龍門配合進行上部組塊總裝建造，主要建造流程如圖2所示。

對于船體部分，每個立柱分為柴油艙、壓載艙、機械艙和淡水艙等艙室，可以在允許范圍內(nèi)利用平面分段流水線進行分段預(yù)制。分段預(yù)制完畢并舾裝后，在塢外場地進行一體化建造，船體合攏工作同樣在塢內(nèi)進行，其建造流程如圖3所示。

2.2 上部組塊與船體合攏方案

圖4為張力腿平臺海上合攏方案，主要分為浮吊法和浮拖法。不難看出，此方式對浮吊及船舶資源的要求比較高，同時，受海上因素的影響，風險高且船舶租賃費用不菲。鑒于此，本文充分利用陸地資源，以干塢為總裝合攏場地，提出不同的上部組塊和船體合攏方案。

圖2 上部組塊建造流程

圖3 船體建造流程

圖4 張力腿平臺傳統(tǒng)合攏方案

就一般海工建造場地而言，船塢通常配有千噸級龍門吊，塢外配有門機起重機，可覆蓋船塢內(nèi)外上萬平方米的吊裝作業(yè)區(qū)域，為上部組塊和船體一體化建造、合攏提供充足的建造資源。此外，船塢自帶引船系統(tǒng)，可為合攏后的張力腿平臺的引航出廠作業(yè)提供便利?；谝陨辖ㄔ熨Y源，對于上部組塊與船體的合攏作業(yè)，提出以下3種方案。

2．2．1 上部組塊頂升，船體分段滑移

以上部組塊建造區(qū)域為中心，將船體分為兩部分分布于上部組塊兩側(cè)，分別進行總裝建造，然后利用ALE重型升降裝置將上部組塊頂升至合適高度，利用液壓滑移系統(tǒng)將船體向上部組塊下方中心滑移，進而完成合攏，如圖5所示。

2．2．2 上部組塊提升，船體整體滑移

與方案一思路類似，同樣利用船體滑移和上部組塊頂升方式完成合攏，但是上部組塊的提升方式略有差別，且船體作為一個整體滑移至上部組塊下方完成合攏，如圖6所示。

2．2．3 上部組塊滑移后提升

與前2種方案思路不同，方案3滑移對象為上部組塊，將ALE提升油缸裝置安裝在船體立柱上方，利用船體立柱結(jié)構(gòu)高度將上部組塊提升至設(shè)定位置，進而完成兩部分合攏，如圖7所示。

圖5 方案一合攏示意圖

圖6 方案二建造示意圖

對于這3種建造方案，上部組塊和船體均在干塢內(nèi)利用船塢自身及其配套資源完成總裝建造，結(jié)合滑移和提升技術(shù)完成兩部分合攏。相比于浮吊法和浮托法，這些建造方案可充分利用陸地資源，排除了海上作業(yè)風險，避免了操作條件的限制，在一定程度上降低了建造成本。

圖7 方案三建造示意圖

圖8 出塢流程示意圖

2.3 張力腿平臺出廠方案

張力腿平臺在干塢內(nèi)完成合攏，在平臺出廠問題上，在船塢水位和港池潮位滿足張力腿平臺干重吃水的情況下，可利用船塢配套的船舶引航系統(tǒng)（卷揚機和引船小車）配合平臺出塢，如果不滿足，可考慮在張力腿平臺船體兩側(cè)增加臨時浮箱，以滿足出塢水位條件。當平臺接近塢門區(qū)域時，可利用拖輪配合絞車共同牽引平臺出塢，出塢情況如圖8所示。

3 結(jié)束語

本文簡要介紹了張力腿平臺，選取典型張力腿平臺形式分別對上部組塊和船體建造、總裝進行簡析，選定干塢為兩部分合攏場地，給出3種不同的合攏方案，并與傳統(tǒng)海上合攏方案進行了比較，敘述了張力腿平臺合攏后的出廠流程。

本文僅從筆者角度描述張力腿平臺建造方案，其中仍有需進一步計算和研究的問題。相信隨著深海開發(fā)的發(fā)展，張力腿平臺的研究也必將成為海洋平臺研究開發(fā)的主要方向。

［1］邢宏巖，宋友良.SeaStar系列張力腿平臺的建造與安裝初探［G］//第四屆全國船舶與海洋工程學術(shù)會議論文集.鎮(zhèn)江：中國造船工程學會，2009：518-523.

［2］董艷秋，胡志敏，張翼.張力腿平臺及其基礎(chǔ)設(shè)計［J］.海洋工程，2000，18（4）：63-68.

［3］吳家鳴.不同類型張力腿平臺的主要結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)特點［J］.海洋科學，2014，38（4）：101-108.

［4］張智，董艷秋，唐友剛，等.1990年后世界TLP平臺的發(fā)展狀況［J］.中國海洋平臺，2004，19（2）：5-11.

［5］楊雄文，樊洪.TLP平臺結(jié)構(gòu)型式及其總體性能分析［J］.石油機械，2008，36（5）：70-73.

［6］董艷秋，胡志敏，馬馳.深水張力腿平臺的結(jié)構(gòu)形式［J］.中國海洋平臺，2000，15（5）：1-5.

［7］孔詳鼎，夏炳仁.海洋平臺建造工藝［M］.北京：人民交通出版社，1993：124-126.

［8］魏成革，張秋華，馬青軍，等.一體化建造在海洋石油平臺建造過程中的應(yīng)用［J］.石油和化工設(shè)備，2015，18（6）：19-22.

［9］吳國賓.淺談平面分段流水線的生產(chǎn)管理［J］.建造工藝，2011，30（3）：70-73.

［10］李達，范模，易叢，等.海洋平臺組塊浮托安裝總體設(shè)計方法［J］.海洋工程，2011，29（3）：13-22.

［11］Dagang Zhang，Weiying Sun，Zhixia Fan.Application of a Newly Built Semi-submersible Vessel for Transportation of a Tension Leg Platform.Journal of Marine Science and Application，2012（3）：341-350.

［12］“典型深水平臺概念設(shè)計研究”課題組.張力腿平臺安裝分析［C］//2005年度海洋工程學術(shù)會議.北京：中國造船工程學會，2005：457-463.

［13］連政忠，朱剛，鄧智勇，等.某船塢加裝引船防護系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)［J］.船海工程，2013，42（3）：177-181.

〔編輯：白潔〕

TE952

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.018

2095-6835（2017）13-0018-03