海洋石油201深水鋪管起重船

“海洋石油201”船長204.65米，型寬39.2米，型深14米，獨特的雙層甲板面積超過兩個標(biāo)準(zhǔn)足球場面積；安裝深水托管架后船長約280米，主起重機作業(yè)時從船底到主起重機頂高度達(dá)136.77米，相當(dāng)于45層樓高；定員達(dá)380人，是中國海洋石油大型裝備和設(shè)施中定員最多的；續(xù)航能力達(dá)12000海里，自持力達(dá)60天；船舶自重達(dá)34832噸，排水量達(dá)59101噸，甲板可變載荷達(dá)9000噸。

作為世界級的3000米深海鋪管起重船，“海洋工程201”總體技術(shù)水平和綜合作業(yè)能力在國際同類工程船舶中處于領(lǐng)先地位，技術(shù)復(fù)雜和建造難度之大，前所未有。面對重重困難，中國熔盛重工在該船建造過程中，隨時做好建造技術(shù)攻關(guān)的準(zhǔn)備，對該船的總體建造方案和精度控制技術(shù)進行優(yōu)化研究，克服了艏艉復(fù)雜線型分段和特型結(jié)構(gòu)建造的精度控制、和對超高強度、超厚板的焊接工藝和焊接收縮量研究的難題。3000米深水鋪管起重船海洋石油201和外高橋建造的海洋石油981鉆井平臺的投用，也標(biāo)志著以中國熔盛重工為代表的一批國內(nèi)大型船企在海洋工程裝備領(lǐng)域已經(jīng)具備了自主研發(fā)能力和國際競爭資格，海工生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到世界高端水平，將為中國自主開發(fā)深海能源奠定了裝備基礎(chǔ)。 2100433B

2012年5月15日從青島起航奔赴中國首個深海氣田“荔灣3-1”，與早前已開鉆的海洋石油981鉆井平臺會合，進行1500米深水鋪管作業(yè)。在此之前，海洋石油201和海洋石油981都經(jīng)歷了1年的調(diào)試期，海洋石油201的狀態(tài)非常好，船上各設(shè)備運作正常，為保障中國國能源安全、推進海洋強國戰(zhàn)略和維護中國領(lǐng)海主權(quán)做貢獻。

海洋石油201設(shè)有世界上最先進的DP3動力定位系統(tǒng)，全船采用全電力推進并設(shè)置了7個推進器，通過衛(wèi)星定位精確確定船的位置，再根據(jù)推進器的反作用力抵消風(fēng)、浪、流等對船體的作用力，從而保持船舶的位置和航向。　海洋石油201是深海洋油氣田開發(fā)過程中不可或缺的重要裝備，它不僅可適用海上石油平臺上部模塊等大件的吊裝與拆除、導(dǎo)管架的輔助下水與就位、最重要的將用于進行深海海底油氣管道的鋪設(shè)、維修等作業(yè)。海洋石油201的正式投用，不僅填補了國內(nèi)深海鋪管裝備領(lǐng)域的空白，還將中海油的作業(yè)深度從300米提升到3000米，并與其他深海裝備一起，幫助中海油深海裝備水平大幅提升并躋身世界一流深海能源開發(fā)商的行列?！　昂Ｑ笫?01”是世界上第一艘同時具備3000米級深水鋪管能力、4000噸級重型起重能力和DP-3級動力定位能力的船型深水鋪管起重船，能在除北極外的全球無限航區(qū)作業(yè)；集成創(chuàng)新了多項世界頂級裝備技術(shù)，其總體技術(shù)水平和綜合作業(yè)能力在國際同類工程船舶中處于領(lǐng)先地位。

SSCV（Semi-Submersible Crane Vessel ）是半潛式起重船的英文縮寫。 半潛式起重船是具有半潛、自航、重型吊載功能的起重工程船，相對于傳統(tǒng)形式的起重船它提高了吊載重量，工作時它通過自身壓載水的調(diào)整及借助于船體形式和船艉的特殊設(shè)計可在吊載過程中提供良好的穩(wěn)性。

概述

深水鋪管船(pipelaying vessel)是深水油氣田開發(fā)建設(shè)的主要施工裝備, 它擔(dān)負(fù)著浮式生產(chǎn)平臺的安裝、海底管線的鋪設(shè)以及立管系統(tǒng)安裝任務(wù)。隨著世界海洋石油的大面積開發(fā),對深水起重鋪管船的需求量越來越大。隨著世界海洋石油不斷向深水發(fā)展,對深水起重鋪管船的性能要求也越來越高。世界海洋石油工業(yè)的高速發(fā)展推動了深水起重鋪管船的快速發(fā)展,也帶動了起重鋪管船裝備的快速發(fā)展。

我國的深水油氣開發(fā)雖然起步較晚,但發(fā)展勢頭之猛、發(fā)展速度之快, 令世人矚目。但我國的深水油氣田開發(fā)的施工裝備與國外仍有一定的差距。近年來,國家加大了研發(fā)投入力度,相關(guān)的企業(yè)也加快了市場開發(fā)步伐,希望能夠為此提供一些有益的參考。

1深水鋪管方法

深水鋪管方法主要有S 形鋪管法(S-lay)、J 形鋪管法(J-lay)、卷筒式鋪管法(Reel lay and Carousel lay)以及垂直鋪管法(vertical lay)。其中,S-lay是淺水鋪管法的延伸, J-lay和Reel lay則是專為深水開發(fā)的兩種新的鋪管方法 ,而 Vertical lay 和Carousel lay 主要用于柔性管和臍帶纜的鋪設(shè)。

1 .1 S 型鋪管法

S-lay 鋪管時,管線在甲板或船艙內(nèi)完成焊接和焊縫的防腐保溫層/混凝土重力層施工,然后經(jīng)過懸掛在船體外的托管架入水。托管架上的管線稱為上弓段(overbend), 托管架末端至海底的管線稱為懸垂段(sagbend)。上弓段的曲線形狀是受托管架的形狀控制的, 因此, 是位移控制的。而懸垂段的曲線形狀是張力和彎矩控制的, 因此, 是荷載控制的。上弓段和懸垂段的應(yīng)變(應(yīng)力)是S-lay 的關(guān)鍵控制參數(shù)。因此,S-lay 鋪管船的托管架和張緊器決定了鋪管能力———直徑和水深。

由于上弓段的張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于懸垂段,因此,上弓段的應(yīng)變是S-lay控制的關(guān)鍵, 它取決于托管架形狀和控制懸垂段應(yīng)變所需的張力。深水鋪管時,上弓段的應(yīng)變通常大于彈性應(yīng)變,產(chǎn)生一定的塑性應(yīng)變, 因此, 現(xiàn)行規(guī)范要求將累計塑性應(yīng)變控制在0 .3%以下。

1 .2 J 型鋪管法

J-lay 鋪管法是為解決S-lay 的上弓段大應(yīng)變問題而發(fā)展起來的一種深水鋪管法,它將管線的接長作業(yè)由S-lay 的水平位置調(diào)整為豎直位置,在豎直的J-lay 塔上完成管線連接后直接入水。通過調(diào)整J-lay 塔的傾角,使管線的連接作業(yè)姿態(tài)與入水姿態(tài)相同,從而消除了S-lay 的上弓段。由于受到J-lay 塔高度的限制,J-lay 鋪管時,管線在甲板上接長至J-lay 塔可以容納的長度,然后吊至J-lay 塔完成與已鋪設(shè)段的連接,因此,J-lay 法的鋪管速度較慢。

1 .3 卷筒鋪管法

卷筒鋪管法是柔性管鋪設(shè)方法的直接拓展,它采用陸地上一次完成管線接長并纏繞到卷筒上,然后在海上展開并拉直后連續(xù)鋪入海底。根據(jù)卷筒在鋪管船上的放置方式, 卷筒鋪管法分為垂直Reel lay和水平Carousel lay。Reel lay 的卷筒立式放置 。Carousel lay 的卷筒臥式放置。由于沒有管線接長作業(yè), 從而鋪管船不需要錨泊, 因此,Reel lay法的鋪管速度快。同時,陸地的管線接長作業(yè)也大大提高了焊接質(zhì)量。但是, 由于管線的纏繞和拉直引起塑性變形, 因此, Reel lay法對管線的損傷較大,必須經(jīng)過大量的計算來確保管線的塑性應(yīng)變和橢圓變形滿足規(guī)范要求。Reel lay 法的鋪管長度和直徑均受到卷筒尺寸的限制,鋪管長度是卷筒的可纏繞管線長度, 直徑則必須滿足彎曲應(yīng)變和橢圓變形要求。

1 .4 其他方法

上述三種鋪管方法主要用于剛性管(rigid pipe)的鋪設(shè), 其中Reel lay也可用于柔性管鋪設(shè)。對于柔性管和臍帶纜的鋪設(shè), 還有Carousel lay和Verti-cal lay兩種方法,其中,Carousel lay 也可用于剛性管鋪設(shè)。Carousel lay 和Vertical lay 鋪管法與Reel lay 鋪管法相似,管線展開后經(jīng)過一個矯直機構(gòu)入水。Carousellay 的入水方式與S-lay 相似,管線矯直后經(jīng)托管架入水。Vertical lay 的入水方式與Reel lay 相似,但矯直機構(gòu)是垂直的,且管線是通過鋪管船中部的月池(moon-pool)入水的。

1 .5 鋪管方法比較

基于鋪管船,S-lay的鋪管直徑最大,Reel lay的鋪管直徑最小。Reel lay的鋪管速度最快,J-lay的鋪管速度最慢。鋪管速度的快慢主要取決于管線的接長方式,S-lay的管線接長是水平位置施工的,因此,可同時進行多條焊縫的焊接,且不同連接段的焊接和防腐保溫層/混凝土重力層施工可同時進行。J-lay的管線連接是在J-lay 塔上完成的,同時只能進行一條焊縫的焊接,而Reel lay 法在海上沒有焊接作業(yè)。

2深水鋪管船

按照鋪管方法分類,深水鋪管船可分為S-lay鋪管船、J-lay鋪管船和Reel lay鋪管船三種類型。其中, Reel lay 包括了Vertical lay 和Carousel lay 。如果按照船型分類,則可分為船型和半潛式兩種類型。

2 .1 S-lay 鋪管船

由于S-lay 鋪管法的鋪管直徑大、鋪管速度快,因而得到了廣泛的應(yīng)用。世界上最多的鋪管船是S-lay鋪管船。S-lay 鋪管船有船型和半潛式兩種類型。船型S-lay 鋪管船多為商船改裝而成,如Allseas公司的Audacia系由Geeview號散貨船改裝。根據(jù)艙容的大小,深水S-lay鋪管船上一般設(shè)有7～12個工作站(work station), 包括焊接、檢測和焊縫的混凝土重力層作業(yè)工作站 。工作站中最多的是焊接站, 如Audacia的12個工作站中, 焊接站多達(dá)8 個。最少的為5 個,如Allseas 公司的Solitaire(10 個工作站)和Saipem 公司的Crawler(7 個工作站)。工作站中最少的是檢測站,一般為1個,最多也只有2個, 如Saipem公司的Castoro Otto號。

現(xiàn)場接頭的防腐保溫涂敷層/混凝土重力層工作站一般為1個,大型鋪管船最多為4個, 如Solitaire號的10個工作站中就有4個混凝土重力層工作站。工作站的數(shù)量是鋪管船的一個重要指標(biāo), 它決定了鋪管船的鋪管速度。管線接長作業(yè)中,焊接作業(yè)時間較長,因此,鋪管船上焊接站的數(shù)量最多。S-lay 鋪管船的關(guān)鍵設(shè)備是托管架和張緊器,它們決定了S-lay 鋪管船的作業(yè)水深和鋪管直徑。為了適應(yīng)不同水深的作業(yè)需要, 托管架必須能夠調(diào)整曲率半徑,以調(diào)整管線的入水角。因此,托管架一般由三段組成。在調(diào)整托管架的同時,也必須調(diào)整托管架上的滾軸高度和間距, 使管線的上弓段曲率保持一致。張緊器是保持鋪管曲線形狀的主要設(shè)備,它提供平衡管線重力和控制懸垂段曲率所需的張力。因此,張緊器的能力代表了鋪管船的鋪管能力。

2 .2 J-lay 鋪管船

J-lay 鋪管船也有船型和半潛式兩種船型 。其工作站位于J-lay 塔上,J-lay 塔的傾斜角度可根據(jù)水深和張力條件調(diào)整,以確保管線的入水角與懸垂段在J-lay塔末端的切線保持一致, 形成一條光滑的J 形曲線,從而滿足懸垂段應(yīng)變控制要求。具有最大J-lay塔傾角可調(diào)整范圍的鋪管船是Coflexip Stena Offshore公司的CSO Deep Blue鋪管船,這是一條J-lay 和Reel lay 兩用船型鋪管船,其J-lay 塔傾角可調(diào)整范圍為30°～90°;Heerem 公司的Balder 半潛式鋪管船的J-lay 塔傾角可調(diào)整范圍為50°～90°;而Saipem 公司的Saipem7000 半潛式鋪管船的J-lay 塔傾角可調(diào)整范圍為90°～110°。J-lay 鋪管船的甲板和J-lay 塔上均設(shè)有焊接站,管線在甲板上接長至J-lay 塔的長度,然后由專用吊架將管線放入J-lay 塔，并由J-lay 塔上的焊接站完成管線的整體接長后鋪設(shè)入水。

2 .3 Reel lay 鋪管船

Reel lay鋪管法的連續(xù)移動性質(zhì)要求鋪管船的移動性好,因此,Reel lay鋪管船均采用船型結(jié)構(gòu),Reel lay 鋪管船的鋪管能力主要取決于卷筒的尺寸和管線矯直機構(gòu)(ramp), 卷筒軸的直徑?jīng)Q定了最大鋪管直徑, 卷筒翼緣的直徑?jīng)Q定了鋪管長度。Reel lay鋪管船上沒有焊接站, 因此, 鋪設(shè)剛性(鋼)管時,最大鋪管長度為卷筒儲管能力。而鋪設(shè)柔性管或臍帶纜時,通?？刹捎脙蓚€卷筒。管線矯直機構(gòu)的能力取決于矯直機(straightener)的噸位。Reel lay 鋪管船分為剛性管鋪管船和柔性管鋪管船,一般的鋼性管鋪管船也可鋪設(shè)柔性管或臍帶纜,但柔性管鋪管船則不能鋪設(shè)剛性管, 一般的柔性管鋪管船均裝載兩個以上的卷筒。

2 .4 其它鋪管船

其它鋪管船主要包括Carousel lay 鋪管船和Vertical lay 鋪管船。 Sealion 公司的Toisa Perseus 號多功能工程船,它配有2 個Carousel lay 卷筒和5 個Vertical lay 卷筒,因此,具有Carousel lay 和Vertical lay 鋪管能力。

3 結(jié) 語

基于對深水鋪管方法和國外深水鋪管船及其裝備的分析, 介紹了國外深水鋪管技術(shù)和鋪管船的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢,分析了不同鋪管方法的鋪管種類和適用范圍, 比較了不同鋪管方法的特點和用途。在對深水鋪管方法分析比較的基礎(chǔ)上,通過對國外的深水鋪管船及其部分裝備進行了較詳細(xì)的介紹。希望能夠?qū)ξ覈暮Ｑ蠊こ?特別是深水海底管線和立管工程的研究與工程應(yīng)用提供借鑒和參考。