导管架海上安装施工

导管架海上安装施工

摘要：钢制导管架式结构是目前海上油气田运用最广泛的一种

平台结构，它的优点是结构简洁、平安牢靠、造价低廉、适应性强。

在国外导管架平台已有一百多年的历史，与此相关的工艺技术非常

成熟。在国内海洋石油开发起步较晚，相应的设备和技术与国外相

比还很落后，导管架的作业局限于浅海领域，水深均不超过200米。

我国的东海、南海隐藏有丰富的油气资源，随着国内对海上油气进

一步的开发，迫切须要驾驭深水导管架的安装技术。本文将介绍国

内导管架施工的一般方法和创新方法与运用实例。

关键词：导管架，分立式组装，结构形式，吊装，拖航

一.绪论

海洋平台结构形式众多，大致可以分为三大类：一类是浮式结

构，结构主要靠自身的浮力漂移于海面，比如半潜式平台；其次类

是固定式结构，结构坚固地干脆与海底连谖，如导管架式平台，重

力式平台等；第三类是顺应式结构或称半固半浮态结构，此类结构

既处于漂移状态，底部又与海底相连（包拈由张紧地锚索与海底相连

的结构），如张力腿平台，各类单点系泊和立管系统。

目前大型深水导管架常用的海上安装方法有两种：一是吊装，

采纳大型的浮吊作业，比如国外Saipem7000安装有双7000吨浮吊，

起重实力达到14000吨，国内有蓝疆号，起重实力是3800吨，二是滑

移下水，下水驳船压载倾斜肯定角度，导管架在自身重力作用下克

服摩擦力沿滑道运动入水。下水之后浮正方法也有两种：一是通过

浮吊钩头吊起，导管架底部注水浮正，二是由导管架顶部浮筒供应

浮力自浮正的方法。由于深水导管架重量远远超过现有浮吊起重实

力，现今滑移下水自浮正的方法能克服这一难题；20世纪70年头初

在国外己起先有在海上实施胜利的先例，80年头初，相关的设计、

安装方法和数值模拟软件已趋于成熟，随着国内向海上深水油田的

进一步开发，驾驭这方面的安装方法并使之应用于深水项目尤为重

要。

二.分立式组装法

海上采油平台大吨位导管架高度为19.2m,最底部的中心框架

尺寸为25.92mX24m,因此，陆地预制时需采纳分片立式组装法，

即土结构采纳“分片预制，立式组装"，井口胎架“分片预制、两

侧同层同时安装”的方法。此方法在满意以上原则的同时，能够最

大限度地提高各施工环节的工作效率，保证质量、平安和工期的须

要。其主要特点包括：

⑴合理利用人力资源、场地资源、设备费源，多点绽开，提高劳动

效率；

⑵降低预制总高度，削减高空作业量；

⑶陆地预制平面布置（导管架轴向）有利于靠船和装船作业；

⑷提高导管架的防腐涂装作业效率；

⑸有利于保证导管架附件安装质量；

（6）导管架海上吊装就位时避开多次调整船位和重复吊装，节约海上

施工时间。

导管架施工采纳预制A、B、C三个立面（见图1）,预制完成后再

立片，完成A、B、C立面之间水平横撑、斜撑与层间菱形撑安装，随

后完成立面导管安装和附件的安装（部分附件可穿插进行）。

图1主体结构效果图

先将A、B、C立面进行水平预制，无损检测完成并经业主、第三

方检验单位、监理单位等检验完成后起先打算单片吊装。组装

先进行B、c立面的组装，完成后再进行A立面的组装。导管架中心主

框架组装完成后，依次进行井口胎架组装和立面导管安装（见图4）。

单片吊装前，在测量精确的水平撑管，立置固定好揽风绳，并将

其沿直线方向摆放在预固定位置，吊装时运用两台150t履带吊首先

对c立面进行吊装立片作业，在吊装至桩靴后运用钢丝绳和手拉葫芦

对其固定，并将导管架底部与桩靴加固。c立面固定后，150t履带吊

撤离，吊装B立面。

单片索紧固定采纳中25.4ram钢丝绳和10t手拉葫芦索紧，下部

手拉葫芦固定点选择在滑块（地锚）中心孔上，上部钢丝绳固定点选

择在导管架上部横撑与导管的连接处。

Aii

叫MMT

图5联合吊装图

三.浮托安装的新型导管架

海上中心处理平台或多井口钻井平台导管架通常都具有超大型

组块，其安装基本采纳大型浮吊吊装或大型驳船浮托安装2种方式。

位于我国渤海的有些油田，如锦州9-3油田海图水深只有8.9m,

难以满意大型浮吊吊装作业的水深要求。若将大型组块分割成多块

后再利用小型浮吊完成吊装，会增加海上连接调试等作业时间，大

幅度增加海上施工费用，也影响到油田的投产时间，而且海底疏浚

已经被越来越严格的环保要求所限制。浮托法作为一种成熟的大型

组块的海上安装方法[1],在浅水区常规的导管架型式无法适用。

以锦州9—3油田综合调整项目中CEPD的导管架设计为基础，打

破了渤海浮托平台的常规模式，研发出了一种新型导管架型式，即

大型组块在2个小导管架间进行浮托作业。实践证明，这种新型导管

架型式不仅满意了浮托安装所需的大跨度通道，而且满意了大型综

合平台的支撑强度要求，从而为浅水区油田开发供应了一种新的方

式。

对于这种新型导管架，浮托法安装时除静力、地震、疲惫等在

位分析必需满意规范要求之外，还需完成装船、拖航、吊装、碰撞

等关键技术分析（表1）,其中导管架的吊装是须要解决的最大难题。

由图可见，锦州9—3油田新型导管架在位状态为2个相对独立的四腿

导管架，浮托平台安装时对导管架的精度要求很高，2个导管架共8

个支撑腿柱的高程与相对位置必需在严格的限制范围内，以便于组

块与之完整对接。为解决此问题，在设计中采纳了协助吊装框架。

该吊装框架具有以下几个特点：

(1)吊装过程中能够将2个导管架连接为整体，达到整体安装。

(2)为满意浅水区浮吊吊高实力，吊点设置在水面以下，须配置液

压卡环。

(3)框架构件本身要满意吊装计算的规范要求。

(4)保障安装完成的2个四腿导管架保持在同一水平面，确保浮托安

装时甲板组块的精确就位。

(5)该吊装框架采纳了水下为插尖套筒连接，水上为焊接的连接短

桩(STUB),因此安装与调平之后能够较便捷地拆除。

(6)吊装框架设置在主轴外侧，既不挤占槽口空间和船舶空间，又

便利切割；同时，该框架下端设置为套筒型式，有效避开了水下切

割，提高了施工效率，消退了在气温较低的月份潜水工作的危急性。

此外，锦州9—3油田新型导管架在设计中还实行了以下技术措

施：

(1)为保证驳船进退船的空间满意要求，位于重冰区的导管架须将

通道内的抗冰锥体后安装。

(2)靠船件与栈桥等附属结构布置满意浮托要求。

(3)若采纳先期打井，则浮托平台井口区的构件须考虑与采油树的

平安避让问题，尽量将工作甲板放置的设备与甲板置于进船方向的

后侧。当新型导管架安装就位、桩与隔水套管安装完毕、灌浆强度

满意要求后，首先将吊装框架的上层水平构件连接切割(图4),然

后将主腿轴南北两侧连接立片框架的4个STUB切割，再将协助框架

从套筒中提出移走；拆除完成后检测钢桩工作点标高处的跨距，进

行组块的浮托安装。

图3锦州9-3油田新型导管架型式辅助吊装框架

1、出.3Auxiliaryliftingframefortheiwwjacketpintfern】

inJZ9-3oilfield

图4锦州9-3油田新型导管架安装辅助框架拆除

Fig.4RemovingtheauxiliaryliftingframeforthenewjacketplatforminJZ9-3oilfield

四.导管架和组块的吊装与拖航

4.1吊装

吊点的形式

目前工程建立中运用的吊点有2种：板式吊点和管子轴式吊点。

它们在以往导管架和组块的吊装施工中都运用过，在结构物安装完

毕后一般被割除。考虑到将来有可能用于搬迁组块或平台，笔者建

议把吊点保留下来。假如把吊点设计成下潜式，使其低于甲板平面

或布置在甲板边缘或外侧，就可避开切割。当被吊物体的质量较大

时，可采纳管子轴式吊点。这不仅可避开卡环承载实力的限制，而

且可简化对吊点板困难构造形式的设计和其投影关系的计算，使枇

杷头增大受力状态下的曲率半径，使钢丝绳在结点处受力更合理。

吊点的布置与数量

被吊结构物的吊点布置涉与3方面问题：

(1)吊点的数量和住置这与结构物的吊装质量、重心位置和结构形式

有关，海洋工程结构吊装中常用的吊点数量为4、6、8等几种，依具

体要求而定。

⑵吊索的拉力吊索拉力假如较大，与吊点相邻的杆件和局部构造须

要特别处理。

⑶吊索的长度规范规定吊索与吊点平面间的夹角应等于或大于60。，

对此要视结构施工的具体状况而定，不能一概而论。例如，在绥中

36—1油田II期工程井口平台上部组块吊装中，原设计方案选用BH

108船进行吊装，由于施工时组块质量增加了，后来改用上海打捞局

的大力号浮吊完成了吊装作业。这2艘浮吊的吊高存在很大差异，最

大起重高度相差12rn；这样一来，吊高就成了应解决的首要问题，

调整吊索长度成为解决吊高不足的主要方法。

吊装质量大小的限制

关于质量大小的限制，无论是结构设计质量，还是材料、设备

等其他设计质量，原则上都应当是“概念设计包住基本设计，基本

设计包住具体设计，具体设计包住加工设计”，随着设计工作的进

一步开展，吊装质量应一步步细化，愈来愈清晰。总之，基本设计

的质量安排是不能轻易突破的，否则会造成对原定方案的修改，从

而引发一系列的问题，使工作处于被动中。即使结构物(组块)建立

完工后可以称量，所得的精确的组块质量和重心位置，也只是用于

确认浮吊的最大起重实力或起重前的限制质量。假如称量结果与原

设计值相差较大，那么对原设计的吊装分析就须要重新校核。这样

不仅影响工程进度，而且可能使原设计的吊装方案无法实施。

4.2拖航

拖航力是一种往复周期性荷载，假如拖航的时间、航程比较长,

那么这种荷载是不容忽视的。国外曾有深水导管架拖航还没拖到就

位现场，某些构件的焊缝就出现裂纹，其中有些是风振疲惫损伤的

事例。目前对渤海海疆内拖航有2种分析方法：一种是简化成准静力

的计算方法，采纳保守的10/20方法计算花航力；另一种是运用

OSCAR程序先计算出船舶的运动特性，然后再计算拖航力。2种方法

的计算结果表明，在相同的环境条件下，用第1种方法求得的拖航作

用力比用第2种方法大。在环境数据不全或没有环境数据的状况下。

用10/20方法进行拖航分析，既简便，又牢靠。

事实上在渤海海疆内拖航，一般只需两三天就到达施工现场；

即使赶上大风天气，将驳船拖离现场到港湾或浅水区避风，用1昼夜

的航行时间也就够由于航程短，对结构物不作具体的疲惫分析

是可行的，也就是说，在渤海海疆内进行施运作业，结构物不会出

现疲惫问题；但须要考虑以下3点：

（1）结构物装船后除原设计的支撑外还要增加协助支撑，其目的在

于加强连接、固定，但这要经过整体分析来确定；因为变更原设计

结构支撑的布置，作用力就会重新分布，这对结构物（导管架或组块）

不肯定有益。

（2）要留意连接点的固定和支撑垫堆的设置。在吊装与拖航施工中,

每个阶段都有其各自的关键点。如具体设计阶段，关键点为平台结

构所具备的承受外力的实力；施工设计阶段，关键点为施工过程和

施工设备的平安；拖航阶段，关键点为船体的强度和连接固定点的

平安（尤其对外租驳船或不是用于运输大件一一组块和导管架的专用

驳船）。

（3）关注质量大小不精确系数的选用。对同一导管架或组块无论是

吊装还是拖航，选用的质量不精确系数是一样的。这里包括2部分内

容：一是不行预料的质量，二是原设计数据的放大或发展。

4.3结论与建议

（1）吊点数量的选择，要依据具体条件而定。吊点少，受力简洁，

但各吊点受力大，因此强度要求高。假如适当地增加吊点的数量，

可缓解这一冲突。

(2)拖航施工分析的重点，是驳船的强度校核和垫堆、固定点的设

计。

(3)进行吊装分析，需适当考虑动力放大系数与质量大小等级的对

应关系。

(4)需保留吊点时，把吊点布置在不影响后续工作的位置，即可省

去海上切割吊点作业，又可将吊点用于以后的整体结构搬迁。

(5)组块整体称量通常发生在最终的完工阶段，这样做会把问题压

到最终考虑，而届时又来不与进行；最好各专业实行质量大小安排

和限制；质量大小不清晰的设备或散料则全部称量后再上平台施工。

(6)随着组块整体质量的增加，吊点的预制和其厚板的焊接问题会

愈来愈突出。应研制出专用设备进行厚板焊接前后的热处理。

参考文献

[1],王文科，深水导管架的海上安装设计分析[学位论文]硕士2006

[2].牛煜.汤海东.王绍智.唐元海上采油平台大吨位导管架采纳分

立式组装法安装施工[期刊论文]-石油化工建设2013(5)

[3].王丽勤.李达.王