生產(chǎn)平臺(tái)大型膨脹彎落物保護(hù)系統(tǒng)安裝研究

張亞雷 劉耀江 盧維強(qiáng) 黃佳瀚 薛大智

（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518054）

0 引言

海洋平臺(tái)作為海上石油勘探、開(kāi)采、處理和輸送的重要設(shè)施，具有重大的國(guó)民經(jīng)濟(jì)意義。海洋平臺(tái)吊機(jī)起吊貨物以及供貨船舶裝卸貨物等作業(yè)活動(dòng)頻繁，由于超載起升、操作人員的判斷及工作失誤等原因，可能引發(fā)吊裝物體意外墜落事故[1]。落物既可能直接墜落在甲板上，也可能墜落在海中，海底管道在平臺(tái)附近布置密集，防護(hù)較少，墜落在海中的物體可能對(duì)水下管道、立管和設(shè)備造成損害，直接影響平臺(tái)和油田系統(tǒng)安全生產(chǎn)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。海洋工程本身具有非常高的風(fēng)險(xiǎn)，一旦出現(xiàn)惡性事故，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重污染環(huán)境。

鑒于此，在海洋平臺(tái)周圍水下管道和設(shè)備安裝落物保護(hù)系統(tǒng)，可以有效降低海洋平臺(tái)落物對(duì)水下管道和設(shè)備造成損傷的風(fēng)險(xiǎn)，使平臺(tái)和油田系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)得到保障。

1 項(xiàng)目概況

南海某氣田的主要生產(chǎn)管線為2根0.558 m的海底管道，該氣田中心平臺(tái)海底管道與平臺(tái)立管底部連接的膨脹彎和一般的平臺(tái)底部水平膨脹彎不同，其為大型、立式、三維走向的膨脹彎，是平臺(tái)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，一旦發(fā)生落物碰撞該膨脹彎并造成海管損傷，極易導(dǎo)致油氣泄露或平臺(tái)停產(chǎn)。因此考慮到平臺(tái)吊機(jī)日常作業(yè)的落物風(fēng)險(xiǎn)，需要在該膨脹彎上部安裝落物保護(hù)系統(tǒng)，以保證設(shè)施和生產(chǎn)的安全。鑒于該大型膨脹彎的長(zhǎng)度（約100 m）和高度（約10 m）較大，且2根膨脹彎既靠近，走向卻又不同，所以膨脹彎保護(hù)系統(tǒng)考慮分段設(shè)計(jì)和制造，并在水下進(jìn)行連接安裝。此類保護(hù)框架安裝在國(guó)內(nèi)尚屬首次，該文主要描述膨脹彎落物保護(hù)系統(tǒng)的海上安裝過(guò)程和注意事項(xiàng)。

2 落物保護(hù)系統(tǒng)施工方案的確定

2.1 落物保護(hù)系統(tǒng)的組成

在平臺(tái)落物保護(hù)系統(tǒng)海上安裝項(xiàng)目中，落物保護(hù)系統(tǒng)是由分段的19個(gè)保護(hù)框架組成的，如圖1所示。保護(hù)框架信息見(jiàn)表1。

表1 保護(hù)框架數(shù)據(jù)表

2.2 落物保護(hù)系統(tǒng)施工方案

針對(duì)項(xiàng)目自身的特點(diǎn)，選擇合適的、可行的施工方案是整個(gè)工程的重中之重。該項(xiàng)目的特點(diǎn)是：水下200 m 左右，屬于較深水，因?yàn)閲?guó)內(nèi)無(wú)法利用飽和潛水系統(tǒng)進(jìn)行安裝，只能采用作業(yè)級(jí)水下機(jī)器人進(jìn)行安裝就位，所以該項(xiàng)目所有保護(hù)框架設(shè)計(jì)均帶有水下機(jī)器人操作把手，可以利用作業(yè)級(jí)水下機(jī)器人進(jìn)行保護(hù)框架安裝。

圖1 保護(hù)框架安裝效果圖

落物保護(hù)系統(tǒng)施工方案有3個(gè)：1）19個(gè)保護(hù)框架分別預(yù)安裝吊裝索具。2）主作業(yè)船和運(yùn)輸駁船共同將保護(hù)框架運(yùn)輸至作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。3）在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)利用作業(yè)級(jí)水下機(jī)器人依次將保護(hù)框架安裝到位。

3 落物保護(hù)系統(tǒng)海上安裝

該項(xiàng)目保護(hù)框架安裝位置處于平臺(tái)附近，需要選用至少具有船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)（DP）的、配置2臺(tái)作業(yè)級(jí)水下機(jī)器人的船舶作為主作業(yè)船，并且主作業(yè)船需要長(zhǎng)時(shí)間在平臺(tái)附近作業(yè)，與平臺(tái)有較高的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，所以在平臺(tái)上安裝激光反射板，主作業(yè)船駕駛室可以實(shí)時(shí)接收平臺(tái)發(fā)來(lái)的信號(hào)，以此來(lái)確定主作業(yè)船與平臺(tái)之間的距離，可以時(shí)刻保證主作業(yè)船與平臺(tái)任何突出部位保持10 m的最小安全距離。

對(duì)于水下結(jié)構(gòu)物的安裝，最主要的是要滿足精度要求。在該項(xiàng)目中，待保護(hù)管段存在多段彎曲轉(zhuǎn)折處，保護(hù)框架需要按照一定的安裝順序?qū)⑾尬汇^、銷連接成一體，如果前面的保護(hù)框架安裝誤差較大，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)保護(hù)框架無(wú)法安裝；同時(shí)，由于平臺(tái)樁腿和水泥支撐等結(jié)構(gòu)物也會(huì)限制保護(hù)框架的安裝空間，所以需要保持較高的安裝精度。雖然長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)具有很高的定位精度，但是考慮到布置長(zhǎng)基線基陣需要較長(zhǎng)的時(shí)間，工期和項(xiàng)目成本會(huì)增加很多，最終沒(méi)有選用長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)。超短基線定位系統(tǒng)與長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)相比定位精度較低，但是配合一些定位輔助結(jié)構(gòu)，在安裝過(guò)程中也可以得到充分的應(yīng)用，如圖2所示。

定位輔助結(jié)構(gòu)貼近平臺(tái)樁腿放置以后，就可以進(jìn)行保護(hù)框架安裝。

在安裝保護(hù)框架類型1A、類型1B和類型2時(shí)，由于這3種保護(hù)框架質(zhì)量分別為35.8 t、32.3 t和29 t，重量較大，并且其中一條管線處于生產(chǎn)狀態(tài)，有較大的安裝風(fēng)險(xiǎn)，因此需要平臺(tái)停產(chǎn)，將管線內(nèi)壓力泄壓至低于20 bar。另外，由于水下機(jī)器人通過(guò)水下機(jī)器人操作把手不能很好地控制這3個(gè)保護(hù)框架的艏向角，因此設(shè)計(jì)了水下機(jī)器人對(duì)接面板，如圖3所示。利用水下機(jī)器人將對(duì)接頭插入并鎖定對(duì)接面板中控制保護(hù)框架的艏向角，水下機(jī)器人對(duì)接頭如圖4所示。

準(zhǔn)備工作完成后，主作業(yè)船靠近運(yùn)輸駁船，吊機(jī)吊鉤連接保護(hù)框架預(yù)安裝索具，起吊到距離運(yùn)輸駁船甲板5 m的位置，主作業(yè)船遠(yuǎn)離運(yùn)輸駁船100 m，保護(hù)框架穿過(guò)飛濺區(qū)下放至水深30 m位置，水下機(jī)器人靠近觀察保護(hù)框架，繼續(xù)下放至距離海底20 m位置，開(kāi)啟吊機(jī)升沉補(bǔ)償，移船至保護(hù)框架安裝位置上方，繼續(xù)下放保護(hù)框架，安裝到位，下放速度為0.2 m/s，水下機(jī)器人通過(guò)對(duì)接面板控制保護(hù)框架的艏向角，以保證保護(hù)框架的安裝精度。

保護(hù)框架安裝就位后，需要解除保護(hù)框架連接索具。為了方便水下機(jī)器人操作，保護(hù)框架吊裝索具通過(guò)水下機(jī)器人操作鉤與吊機(jī)，操作卸扣與保護(hù)框架相連以達(dá)到解除連接的目的。在實(shí)際施工中，水下機(jī)器人操作鉤和水下機(jī)器人操作卸扣的應(yīng)用，很大程度地縮短了海上施工工期，節(jié)省了項(xiàng)目成本。

圖 2 保護(hù)框架安裝定位輔助結(jié)構(gòu)

圖3 水下機(jī)器人對(duì)接面板

圖4 水下機(jī)器人對(duì)接頭

4 保護(hù)框架安裝風(fēng)險(xiǎn)

4.1 其他類型保護(hù)框架安裝風(fēng)險(xiǎn)

其他類型保護(hù)框架（保護(hù)框架類型1A、1B和類型2除外）距離平臺(tái)很遠(yuǎn)，且尺寸及質(zhì)量較小，安裝時(shí)有較小的風(fēng)險(xiǎn)，可以采取以下4種措施控制其他類型保護(hù)框架的安裝風(fēng)險(xiǎn)：1）細(xì)化其他類型保護(hù)框架的安裝程序，做好與現(xiàn)場(chǎng)施工人員的技術(shù)交底，識(shí)別其他類型保護(hù)框架安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)控制。2）設(shè)置合理的保護(hù)框架吊裝安全操作區(qū)域和保護(hù)框架安裝船舶移位路由。3）與平臺(tái)做好溝通，作業(yè)許可證、班前會(huì)及其他安全措施和文件準(zhǔn)備齊全，并嚴(yán)格按照平臺(tái)和船舶施工作業(yè)的安全要求和流程進(jìn)行作業(yè)。4）在保護(hù)框架上設(shè)計(jì)水下機(jī)器人操作把手，由水下機(jī)器人通過(guò)操作把手控制保護(hù)框架的艏向角，以保證保護(hù)框架的安裝精度。

4.2 保護(hù)框架類型1A、1B和類型2安裝風(fēng)險(xiǎn)

保護(hù)框架類型1A、1B和類型2距離平臺(tái)很近，且尺寸及質(zhì)量較大，安裝時(shí)有較大的風(fēng)險(xiǎn)，除了采取4.1中（1）、（2）和（3）所描述的控制措施，還需要采取以下2種措施控制保護(hù)框架類型1A、1B和類型2的安裝風(fēng)險(xiǎn)：1）由于保護(hù)框架類型1A、1B和類型2安裝時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較大，安裝時(shí)需要平臺(tái)暫時(shí)停產(chǎn)；2）設(shè)計(jì)保護(hù)框架類型1A、1B和2的對(duì)接面板，由水下機(jī)器人通過(guò)對(duì)接頭控制保護(hù)框架的艏向角，以保證保護(hù)框架的安裝精度。

5 結(jié)語(yǔ)

此次在200 m左右水深的落物保護(hù)系統(tǒng)安裝作業(yè)圓滿完成，深水操作水下機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)物安裝得到實(shí)練，水下機(jī)器人操作把手、水下機(jī)器人對(duì)接頭、水下機(jī)器人對(duì)接面板、水下機(jī)器人操作鉤和水下機(jī)器人操作卸扣等便于水下機(jī)器人操作的設(shè)計(jì)和工具得到了充分應(yīng)用，為今后平臺(tái)附近海底管線保護(hù)提供了新的解決方案。