移动式采油平台设计优化.pdf

第 4 5卷第 5期 2 0 1 6年 lO月 船 海 工 程 S HI P 0C E AN EN GI NE E RI NG Vo 1 4 5 No 5 0 c t 2 0 1 6 D O I ： 1 0 3 9 6 3 j is s n 1 6 7 1 - 7 9 5 3 2 0 1 6 0 5 0 0 6 移动式采油平 台设计优化 穆胜军 。 许海东 ( 中海油能源发展 采油服务公 司， 天津 3 0 0 4 5 7 ) 摘要： 针对渤海湾 53 0 1 13 水深范围内的边际油田开发， 收集某移动式采油平台生产运行过程中所出 现的主要问题 ， 从设计源头探讨相关问题产生的根本原因和相应的解决方案， 通过优化设计避免同类问题的 出现 ， 为后续同类型平台的设计建造工作提供参考。 关键词 ： 动式采油平台； 自升式采油平台； 根本原因； 设计优化 中图分类号： U 6 7 4 3 8 文献标志码： A 文章编号： 1 6 7 1 - 7 9 5 3 ( 2 0 1 6 ) 0 5 - 0 0 2 5 -03 可移动的 自升式采油平 台是一座适用于渤海 湾边际油田开发生产装置 ， 可以在一个作业 区域 完成油 田开采后移动到下一个 目标油 田， 有着较 好的经济效益 。通过对 移动式采 油平 台存 在 的主要设计不足进行分析 ， 并提出改进措施 。 1 平 台概 况 移动式采油平 台是一艘插销式液压升降的四 桩腿钢质 自升式采油平台 ， 非 自航 ， 适用于渤海湾 53 0 i n水深 范围内海域 的原油 生产 、 处理 、 储 存 、 外输 。平台主要 由主体、 机械 甲板 、 液压升降 系统 、 工艺处理系统、 原油外输系统、 电热站系统 、 公用 系统 、 桩腿、 吊机和生活楼等组成 ， 在平 台主 甲板艉部布置有栈桥与井 口平台连接。 平台的桩腿为圆柱形结构， 直径 3 i n ， 高 6 7 m。 通过液压桩机实现升 、 降 、 插、 拔桩和升降平 台的 操作 。平 台升降系统的主液压系统是开式并联系 统 ， 四桩腿的油源来 自同一个液压泵站 ， 4个桩腿 并联工作 ， 各桩腿分别通过人 为在触摸屏上设 置 其主比例阀的开 口大小来选择升降速度 。 原油外输采用 2点系泊系统实现。外输作业 时 ， 运输油船通过 2点系泊系统锚泊于移动式采油 平台的一端， 由柔性输油管线与移动式采油平台连 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 71 0 修 回 日期 ： 2 0 1 6 0 81 0 基金项 目： 中海石油总公司项 目( C N O O CK J 1 2 5 Z D XM 0 8 L T D NF C Y 2 0 1 40 1 ) 第一作者简介： 穆胜军( 1 9 7 3 一) ， 男， 学士， 工程师 研究方 向： 边 际油 田开 发装 置生产管理 E - ma il： m u s h j c n o o o c c o m c n 接外输。输油完毕后将软管 内原油扫至穿梭油轮 舱内， 然后将软管 回收到移动式采油平 台滚筒上。 2主要 问题 2 1电热站系统 移动式采油平 台原设计的电热站系统采用热 电联供系统 ， 主要由 2台蒸汽锅炉 、 2台 1 2 0 0 k W 蒸汽轮机 、 1台 1 2 0 0 k W 备用柴油机组成。 蒸汽锅炉不受燃料 限制 ， 可 以充分利用油 田 伴生气 ， 振动 和噪声 小， 维护简单 ， 维修费用 低。 但是这种方案适用于负荷 比较稳定的场所 ， 并且 蒸汽锅炉升温升压缓慢 ， 启动时间较长 ， 负荷出现 波动时 ， 汽包水位变化大， 难以精确 自动控制。蒸 汽轮机从启动到并网时间较长 ， 且机组调峰性能 不好 。移动式采油平台由于设备的加载卸载以及 设备 的自动启停 ， 造成平台负荷变化较大， 再加上 平台热负荷的不断变动 ， 蒸汽锅炉 +蒸汽轮机系 统难 以 自动适应 负荷变化。特别是 当原 油外输 时 ， 2台原油外输泵( 每台电机功率 3 1 5 k W) 以及 2台制氮机 ( 功率 1 3 8 k W) 的启动、 停止 ， 对 电网 冲击较大 ， 频繁造成关停 ， 最重要的是关停后恢复 时间较长 。 双燃料内燃机 +热介质锅炉， 是热效率最高 的一种系统。但双燃料柴油机对原油的消耗量较 大 ， 不能利用油田伴生气 ， 并且维护成本较高。电 热站系统为平 台提供动力和热源 ， 如果不能正常 工作， 将严重影响平台正常生产， 建议在以后电热 站设计中尽量采用 2台双燃料主机和 3燃料热介 质锅炉的方案 ， 同时尽可能预 留出 1台天然气发 电机的安装空间 ， 以便在开发伴生气量较大 的油 田时充分利用伴生气进行发电。 2 5 2 01 6正 第 5期 穆胜军， 等： 移动式采油平台设计优化 船海工程 第 4 5卷 2 2总体设计 主 甲没有 吊装 口， 吊货到 主甲板极为不便 。 建议 以后设计时 ， 预留吊装空间， 这样可以避免生 产期间很多的吊重方面的安全隐患， 同时也能很 好地利用主甲板空间 。 生活楼位置欠佳 ， 导致 噪声超标。由于 中央 空调和制氮机安装在生活楼 的右舷 ， 主机房在生 活楼艏部 ， 其工作 的噪声导致生活楼房间噪声严 重超标 ， 建议以后设计时合理布局。 在平台原设计中， 没有在主 甲上布置锚泊系 统 ， 这给在海上就位和码头靠泊带来很大的困难。 这样的设计缺陷明显 ， 在海上就位需要非常好 的 气候窗 ， 如风力在 1 0 m s 以内， 浪高在 1 m以下 ， 能见度在 2 n mi le以上 ， 气候窗需要 4 8 h ； 同样在 码头靠泊的时候 ， 由于没有卷缆设备 ， 导致靠泊的 时候只能靠人力去紧缆， 既存在非常高的人 和船 体 的安全隐患 ， 又不能将缆绳带紧。建议加装锚 泊系统 的设计 ， 确保海上就位和码头靠泊的安全 可靠。 平 台海水泵架 为单 泵架加舷侧应 急泵 的方 式 ， 并且泵架采用平台液压升降系统的液压源， 选 用 的液压油缸升降、 插销式海水泵塔。主要 问题 有体积大、 固定面少 ， 操作 困难 ， 应急泵使用难度 大， 在使用过程中， 还出现了海水泵从塔 中脱落到 海底 ， 顶升油缸憋断、 塔架晃动撞击船体、 塔架本体 产生裂纹等问题。建议布置 2个泵架 ， 采用齿轮齿 条式升降装置 ， 同时加装导向条设计 ， 避免晃动。 2 3 平台升降系统设计 平 台采用 液压升 降系统 ， 主要 原理 见 图 1 。 控制信号用于调节主控阀的开度 ， 进而控制流人 各液压缸液压油 的总流量 ， 而主控 阀的方位 由 2 端的电磁信号控制。主油泵出口溢流阀用于控制 油泵出口压力 ， 起安全保 护作用。液压缸实现平 台的升降作业 ， 其进 出 口油路上溢流 阀用于防止 液压缸超负载 、 防爆管等安全保护作用 。液压缸 进 出口油路上液控单 向阀起液压锁的作用 ， 可使 液压缸在任意位置停止升降。压力传感器用于测 量油路压力信号 。 液压系统在实 际应用 中存在 以下 问题 ： 4个 提升油缸与定、 动环梁均为机械刚性连接 ， 且主液 压系统 回路及各油缸液压系统中又未设计流量同 步控制功能和负载平衡功能。当桩腿与平台摩擦 导致单桩 4个提升油缸负载不均衡时 ， 系统无法 26 豇 -砥 图 1平台主液压 系统 组成 自动均衡负载， 液压油会 向负载轻的桩腿流动 ， 进 而导致负载轻 的桩腿升降速度快 ， 负载重的桩腿 升降速度慢 ， 平 台易在升降过程 中倾斜。为防止 平 台在升降过程中倾斜 ， 需经通过降速 、 人工同步 干预等方式不断地调节。因此造成 了平台升降过 程操作繁琐 ， 速度不能达到原技术要求 ， 工作效率 低等问题。 针对移动式采油平台液压升降系统所存在的 问题 ， 提出相应的改进设计。 1 ) 在主液压系统 中增加基 于负载敏感 的流 量 自动分配阀组 ， 以适应负载变化时流量的 自动 调节。 2 ) 在单桩提升油缸液压 系统 中增加负载平 衡 阀组 、 油缸 同步元件及 电磁控制 阀， 以解决负载 不均而导致的平台倾斜问题 。 2 4 外输滚筒 外输滚筒的设计 主要存在 2大问题 ： 滚筒 中 心与驱动端 的万 向节 的对 中； 没 有排管器 。第 1 个 问题带来的后果就是每次收放外输软管时都必 须将滚筒与万向节之间的法兰松开 ， 然后连接上 才能开始外输 ， 如果不松开就会将该法兰面之后 的一个弯头撕裂( 已发生过此类事故 ) ； 第 2个 问 题带来 的后果就是需要人力去实现排管 ， 特别是 冬季 ， 气候恶劣的情况下 ， 收一次外输软管的时候 非常长 ， 且特别困难。 2 0 1 6年 第 5期 穆胜军， 等 ： 移动式采油平台设计优化 船海工程 第 4 5卷 1 ) 对 中问题的改进。经过多次调研分析 ， 对 中不好主要是 由于滚筒在转动过程中 ， 支架也在 发生颤动 ， 这样无论怎样调整万向节处的法兰面 ， 也不可能解决该问题 。一种措施是对滚筒支架结 构进行加强 ， 确保支架 的稳定。另一种优化措施 是外输滚筒输油硬管与旋转接头连接形式优化为 弹性橡胶软管 、 旋转接头及弹性连接装置的形式 ， 降低 了法兰之间同心度的精度要求 ， 减少振动、 应 力、 同心度差等因素对旋转接头寿命的影响。 2 ) 排管难 问题 的改进。对 于外 输软管排管 难 的问题 ， 建议在外输 滚筒下方安装辅助排管设 备， 其驱动源可以取 自外输滚筒的液压单元。这 样可以在滚筒收管 的过程 中限制软管 ， 并跟 随滚 筒收管的速度进行相应操作， 使得软管不产生过 大的倾斜角度 ， 顺利排人滚筒的沟槽 中。 2 5桩腿外加电流保护装置 桩腿外加电流保护系统在设计 中主要存在以 下 3方面的问题 。 1 ) 桩腿顶 部到固桩 室的 电缆 与桩腿 摩擦严 重 ， 并受损。 2 ) 参比电极块收放困难 ， 全靠人力实现。 3 ) 每升降一 次桩腿 ， 电缆 都得剪 断破坏 一 次 ， 不利于重复多次使用。 建议在 以下方面进行优化改进 ， 即 ： 1 ) 用以承重 钢丝绳从 桩腿顶部牵 引到 固桩 室顶部 ， 连接处采用花篮螺栓来调节松紧度 ； 电缆 采用防水防爆插座代替硬连接 ， 然后将 电缆 固定 到钢丝绳上 。这样 即可规避电缆摩擦 的问题 ， 同 时解决每次升降都会被破坏的问题。 2 ) 采用绞车来代替原来 的人力提升 ， 方便参 比电极块 的收放 ， 同时提升绳也采用一种可 以负 重的加强 电缆来代替原来 的尼龙绳和电缆。这样 既可 以降低操作难度 ， 也 可以很好地规避尼龙绳 老化 的问题 。 2 6 吊机 在原设计建造 阶段 ， 吊机未作三联动功能设 计 ， 在实际生产期 间， 由于吊机反应慢 ， 跟不上风 浪流对补给船的影响节奏， 发生 了多次安全隐患。 吊机三联动是一个 比较重要 的功能， 建议在 设计时配备三联动功能 ， 确保满足海上安全操作 要求 。 3 结 论 移动式采油平台是为海上边际油 田开发研制 的第一座新型生产平 台， 经过长期 的生产运营管 理 ， 各种问题呈现。通过对移动式采油平台原设 计中存在的主要缺陷进行分析， 并经过大量调研 提出合理改进措施 ， 将会对后续同类型平台的设 计提供一定指导 。 参 考文献 1 刘海超 分体 自升式平台对接实验模拟及分析 J 中国造船 ， 2 0 1 1 ， 5 2 ( 2 ) ： 9 8 1 0 1 2 孙东 昌， 潘斌 海洋 自升式 移动平 台设计 与研究 M 上海交通大学出版社， 2 0 0 8 3 中国船级社 海上移动平台入级规范 S 人民交通 出版社 ， 2 0 1 2 0 4 黄冬云 荔湾 31 浅水平台设备布置研究 J 中国 造船 ， 2 0 1 1 ， 5 2 ( 2 ) ： 3 2 1 3 2 6 5 尹树孟 自升式海洋平台齿轮齿条升降装置有限元 分析 J 中国造船， 2 0 1 1 ， 5 2 ( 2 ) ： 2 6 8 - 2 7 3 De s ig n Op t imiz a t io n o f t h e Mo b ile 0il P r o d u c t io n P la t f o r m MU S h e n g u n X U Ha i- d o n g ( C N O O C E n e r g y T e c h n o l o gy & S e r v i c e O i l P r o d u c t i o n S e r v i c e s C o ， T i a n j i n 3 0 0 4 5 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Mo b ile o il p r o d u c t io n p la tf o r m is s u it a b le f o r t h e d e v e lo p me n t o f t h e ma r g in a l o il fi e ld in t h e 5 3 0 m w a t e r d e p t h r a n g e in B o h a i b a y T h e ma in p r o b le ms o f a