闫　斌

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)



软钢臂式单点系泊系统跨接软管和电缆安装连接方法探讨

闫斌

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

在总结软刚臂单点系泊系统和浮式生产储油装置FPSO间跨接软管和跨接电缆的连接方式的基础上，以渤海蓬莱19-3Ⅱ期开发项目“海洋石油117”30万t大型FPSO软管和电缆连接为例，从技术可行性、成本、作业风险及可调动船舶资源等方面对预布安装法、浮吊安装法和驳船安装法等3种跨接软管和跨接电缆连接方法进行分析、探讨。

跨接软管；跨接电缆；软钢臂；单点系泊系统；海上安装

跨接软管和跨接电缆是单点系泊系统的重要组成部分，它连接单点结构和浮式生产储卸油装置(简称FPSO)并进行电力、通信及油水气的传输[1-3]，是保证海上油田和FPSO正常生产的重要环节。跨接软管和电缆价格昂贵，在安装过程中对弯曲形状、受力，以及连接点位置和角度都有严格要求，不合适的海上安装方法将造成软管和电缆结构的损伤，导致使用寿命的降低，危及海洋油气输送的安全和海洋环境。针对海洋石油工程中跨接软管和电缆的安装，尽管国内许多学者和工程技术人员采用拖船[4-5]、绞车[6-8]、浮吊[9]等方法获得了实践的成功，也通过建立模型对安装过程和方法进行模拟优化[10-12]，但并没有对软钢臂式单点系泊系统跨接软管和电缆的安装方法进行系统性梳理，也没有对各种方法的适用性进行详细的探讨和比较。针对渤海蓬莱19-3油田Ⅱ期油田开发项目软钢臂式单点系泊系统跨接软管和电缆的安装，提出预布安装法、浮吊安装法和驳船安装法等3种安装方法，并从技术可行性、成本、作业风险、可调动船舶资源等方面进行分析、比较和探讨，以期为工程实践提供帮助。

1　蓬莱19-3Ⅱ期单点系泊系统及跨接软管和电缆介绍

蓬莱19-3油田Ⅱ期开发项目采用荷兰Bluewater公司设计的塔架式软钢臂单点系泊系统(见图1)，其浮式生产储卸油装置海洋石油117 FPSO载重量30万t，是世界上最大的浮式生产储油装置之一。该FPSO总长323 m、垂线间长313 m、型宽63 m、型深32.5 m、设计吃水14 m。FPSO和单点结构(SYMS)之间通过14根软管和4根电缆进行油、气、水输送及电力、通信传输，软管和电缆参数见表1。

图1　Bluewater公司设计的塔架式软钢臂单点系泊系统

当跨接软管和电缆在单点结构和FPSO之间安装连接时，FPSO处于空载状态，其吃水深度为14 m时，单点与FPSO间距为51 m。跨接软管和电缆在FPSO侧的连接点位置即软管安装平台距离海平面42.4 m，软管、电缆悬垂最低点距海平面13.7 m，安装设计的各项参数见图2。

表1　跨接软管和电缆的编号和参数

图2　跨接软管和电缆连接设计

2　预布安装法

预布安装法是指在FPSO拖航、就位之前，将跨接软管和电缆预先布置在FPSO船艏平台或甲板上，使用FPSO和单点上的绞车同时牵引安装跨接软管和电缆的方法。它要求FPSO船艏结构满足两项要求：第一，必须能够满足软管/电缆的长度要求；第二，软管/电缆安装平台宽度必须满足软管/电缆排布和固定的需要。对于海洋石油117 FPSO，在船艏结构长度方面，直升机平台为20 m×20 m，软管安装平台20 m×20 m,安装平台弧板13 m长，弧板末端距船艏平面5 m高。由于软管/电缆长度较长，为78 m，因此需要将软管/电缆一部分置于直升机平台。为此要在直升机平台和软管安装平台搭接栈桥，长度为8.4 m。此时从船艏到软管固定处到直升机平台远端总长66.4 m，软管还剩余11.6 m没有预布。

多出的软管放置方法有3种：①将软管呈“U”形悬挂在船头，并用绳索对软管“U”形下端进行固定；②将软管剩余长度在允许弯曲半径下盘布在直升机平台支撑结构中；③在直升机平台远端在允许弯曲半径下安装弧形板。由于软管和电缆数量多达18根，而安装平台弧板宽度仅有20 m，并且软管弯曲半径较大(最大5.79 m，最小1.43 m)，如果将软管/电缆呈“U”形排布、悬挂在FPSO船艏，14根软管和4根电缆势必会交叉重叠，交叉重叠之后的固定问题以及远途拖航过程中软管、电缆间接触摩擦问题成为“U”形排布的难点。同样，在直升机平台支撑结构也不能满足众多软管盘布及固定的需要。因此只能在直升机平台结构远端安装弧形板，弧形板最小弯曲半径为5.79 m，长度为9.1～10.0 m时即可满足需要。

预布之后，软管头部经过安装平台弧板伸出船艏，用2根钢丝绳在船艏左右2舷固定，软管尾部经过弧形板伸出直升机平台远端，用2根钢丝绳在直升机平台支撑结构上固定，软管/电缆之间使用保护泡沫进行固定，保证在拖航时软管的稳定性，见图3。

图3　软管预布示意

FPSO就位并与单点连接后即可进行跨接软管的连接。首先用拖拉网套将软管头部和尾部套住。松开固定绳索，将单点和FPSO 的绞车缆绳分别与软管头部和尾部牵拉头连接。启动单点上的绞车，同时慢慢放松软管尾部牵拉缆绳，将软管向前拖动。软管拖拽过程中，在软管下放置滑靴，防止造成软管磨损和撞伤。软管头部拖拽到单点处软管连接法兰位置后，使用倒链将软管临时固定住。拆除软管牵拉头，将软管法兰和单点对应法兰对接，紧固螺栓，完成软管在单点侧的连接。然后直升机平台下方绞车释放软管尾部到达FPSO船艏处连接法兰位置，临时固定软管尾部，完成软管在FPSO端的连接。拆除索具和拖拉网套。重复上述步骤，连接剩余软管。

预布安装方案在施工过程中不需要调动拖船、浮吊、驳船等船舶资源，在预布之前对船艏结构以及直升机平台的改造也基本都在船坞、码头进行，跨接软管和电缆安装过程中，施工风险最小，也更容易实施，成本也比较低。预布安装法进行跨接软管和电缆的安装已经成功的在渤海友谊号、渤海长青号、渤海明珠号、渤海世纪号、海洋石油112及海洋石油113等FPSO上实施，具有丰富的施工经验和成熟的施工队伍。缺点是预布之前对船艏进行改造移除安装平台栏杆，安装栈桥和弧形板以及对直升机平台支撑结构进行部分改造；在跨接软管和电缆安装连接后再拆除栈桥和弧形板，恢复船艏原来结构，这将延长FPSO的建造工期以及跨接软管和电缆在海上安装连接的工期。然而，业主期望能够尽快完工投产，同时也不愿意对HYSY117 FPSO船艏进行任何改造，因此否决了第一方案提出的预布安装方案。

3　驳船安装法

由于FPSO船艏与单点之间有一定的距离，YOKE到水面也有一定的距离，如果驳船干舷与滚子的高度小于YOKE到水面的距离，则可以用拖船将装有软管和电缆的驳船/拖船(或直接使用DP动力定位船)推/拉到单点与FPSO之间的空隙中，利用FPSO船艏和单点上的绞车将软管两端分别提升到FPSO船艏和单点上，然后进行软管的安装连接。这称为驳船安装法。

驳船安装法要求FPSO与单点之间的距离以及YOKE到水面的距离能够满足装有软管辊子的驳船自由出入。HYSY117 FPSO吃水为14 m时，FPSO跨接软管最高点(软管安装平台)距离海平面42.4 m，最低点距海平面13.7 m，FPSO距单点内侧51 m。软管/电缆辊子的最高安装高度为9.34 m，最大宽度为5.58 m，理论上只要驳船船宽大于9.34 m，干舷高度小于4.36 m即可使用驳船安装法进行跨接软管的安装连接。在施工过程中应保持干舷高度为2 m或是辊子顶端距单点或跨接软管最低点2～3 m。

驳船的选取有3种：①可选下水驳或半潜水驳，使用拖船将驳船拖至FPSO与单点之间的空隙中，并使用2～4条拖船定位后进行软管的连接安装；②可选多功能定位船，由于其具有自航和定位能力，不需要拖船辅助拖拉定位；③在驳船或动力定位船工期紧张的情况下可以选择合适的拖船进行软管的跨接安装，此时的工作拖船可作为驳船使用。

为了将驳船定位于FPSO与单点之间的空隙中，需要配备两条拖船进行辅助，一条靠在驳船尾部，另一条在驳船前方，用直径60 mm尼龙绳牵引驳船前进。驳船前方的拖船主要提供驳船前进的动力。靠在尾部的拖船将船体的后1/3超出驳船尾部，以便更好地发挥拖船舵效，控制驳船的方向，见图4。

图4　拖船辅助驳船拖拉定位示意

在前拖船拉力和后拖船的导向作用下，将驳船慢慢拉进FPSO与单点之间的空隙。DP动力定位船进入FPSO与单点之间的空隙则不需要如此复杂的操作，因其本身就具有航行和定位能力，但是，DP船费用要比选用驳船高的多，因此，一般情况下都选取驳船附带2艘拖船进行作业。如果驳船及动力定位船都紧张的话，可以选用1艘甲板面积较大的拖船代替驳船和动力定位船。

驳船就位后，进行软管的拖拉到位和连接。启动软管/电缆滚子驱动，将盘在软管滚子上的软管拉出一段。在拉出的软管上安装Chinese Finger、卡环，并将将卡环连接到FPSO绞车的钢丝绳上。启动绞车，提升软管到FPSO的软管托架上直到软管的尾部脱离软管滚子。这时软管头部会在FPSO侧有较长的冗余，注意防止软管的刮伤。在软管尾部安装Chinese Finger、卡环，并将卡环连接到单点侧绞车的钢丝绳上，缓缓提升软管尾部，使软管脱离驳船。通过控制FPSO及单点上的绞车，使软管/电缆达到自己的安装位置，完成跨接软管/电缆在FPSO和单点间的安装连接。见图5。

图5　驳船安装法软管/电缆安装连接示意

驳船安装方案和预布安装方案相比，不需要较多的前期准备工作，所需的船舶资源也比较容易满足，并且成本和费用较低。但是此方案驳船上次只能安装1～2个软管/电缆辊子，每安装1或2根软管/电缆后，拖船必须离开FPSO与单点间空隙，到附近停泊的装有软管/电缆辊子的作业支持驳船旁，使用浮吊更换软管/电缆辊子；同时在跨接软管安装过程中应密切注意流向变化，及时调整作业船位置，使其与FPSO船艏方向保持一致。虽然驳船安装方案为业主提供的施工方案，但是此方案施工空间狭小，作业条件苛刻，操作难度大，作业风险高，如果没有良好的气候窗口将大大延长安装周期，项目组和业主经过多次讨论论证，最终没有采取此方案。

4　浮吊安装法

浮吊安装法是使用旁靠在FPSO船艏或一侧的浮吊将旁靠浮吊的工作驳船上装载的软管整根吊起，然后进行空中连接的一种方式。采用浮吊安装方案时所选用的浮吊必须满足跨距、吊高和吊重三个方面的要求。

HYSY117 FPSO吃水14 m时，软管安装最高点(FPSO侧软管安装平台)高42 m，天线平台高50.6 m，SYMS软管安装平台高40.5 m；吊装软管时吊扣为5 m，软管长度为78 m，若“U”形起吊时吊高为：软管长度/2+吊扣+YOKE最高点距水面距离=39+5+26=70 m。因此理论上浮吊吊高应大于70 m；若单管起吊，理论上浮吊吊高应大于109 m。

浮吊靠泊到FPSO船艏时，浮吊船舷应当悬挂撞球，撞球直径3 m。因此浮吊转塔中心距单点软管/电缆安装平台最远侧安装软管/电缆法兰处距离，即所需最大跨度Lmax为

式中：L——浮吊转塔中心到最远作业点的横向距离，为最远侧安装软管法兰处到FPSO右舷水平距离、撞球直径、浮吊靠泊侧到浮吊转塔中心距离(浮吊船宽的一半)3项之和；

V——浮吊转塔中心到最远作业点的纵向距离，根据所选浮吊船体参数及浮吊靠泊HYSY117的位置确定；

Bf——浮吊船宽。

经过可用船舶资源比较，蓝疆号和蓝鲸号满足条件，但出于成本考虑选用蓝疆号浮吊进行跨接电缆和软管的安装。蓝疆号全旋转起重船长157.5 m，型宽48 m，型深12.5 m，设计吃水8 m。

一般情况下，浮吊靠泊FPSO时将浮吊船长的2/3旁靠在浮吊上以保持浮吊的稳固，并使浮吊与FPSO保持一致。由于HYSY117 的YOKE浮筒外侧超出FPSO左右舷1.5 m，距FPSO船艏30 m，YOKE中部高出水面21～26 m，因此，为了减小浮吊跨距并保证安全，蓝疆号船艉超出FPSO船艏25 m左右即可。此时，浮吊转塔中心到最远作业点的纵向距离为7.5 m。见图6。

图6　蓝疆号浮吊靠泊海洋石油117 FPSO

根据公式可得浮吊工作时所需最大跨距为68.9 m。查蓝疆号吊重曲线图可知，最大吊高为103 m，小于理论吊高109 m，并且在浮吊吊起软管后要越过YOKE臂及压载舱平台，因此浮吊吊软管时只能采用“U”形起吊的方式。浮吊吊钩选择蓝疆的1号钩和小钩，为了保证在吊装过程中软管弯曲半径大于软管最小弯曲半径，从浮吊转塔上的绞车上引出一根拖缆拖带浮吊小钩；同时，为了避免主钩在小钩起吊过程中摩擦软管/电缆，需将主钩摘下。

蓝疆号浮吊作业时，先用1号钩将软管/电缆完全从辊子中抽出，然后软管末端挂上带有拖缆的小钩。蓝疆号靠泊FPSO，以及驳船靠泊蓝疆号后即可进行跨接软管的连接。

首先，将蓝疆的扒杆移动到软管驱动的正上方，连接吊钩吊索到软管头部的拖拉头上，吊车提升软管到极限位置，将软管末端连接在蓝疆号转盘的绞车上。转动扒杆到YOKE压载舱上后，提升1号钩，释放小钩，将软管末端连接SYMS绞车和FPSO绞车的钢丝绳上并解脱小钩。调整蓝疆扒杆处于单点正前方，开动SYMS绞车和FPSO绞车将软管末端拖至SYMS安装平台完成跨接软管在SYMS侧的安装。最后，调整浮吊扒杆靠近并降低吊钩到FPSO安装平台，将软管头部拖拉头连接到绞车上并解脱浮吊1号钩，开动FPSO船艏绞车将软管拖拉至安装平台完成安装。

浮吊安装方案与前两种方案相比要调一艘大型浮吊以及两条拖船辅助靠泊，因此成本费用较高。但是，使用浮吊吊装时作业风险较小；蓝疆号这艘大型浮吊旁靠着30万t的巨型FPSO，即便是恶劣的天气条件下仍然能够进行施工作业，因此能够大大缩短软管安装工期；作业过程中要通过浮吊和绞车来进行安装，因此作业难度小，容易实施。这一方案最终获得业主认可，在跨接软管/电缆项目中实施，并在短短的7天时间内安全、顺利、成功地完成了14根软管和4根电缆的安装连接。

5　结束语

1)尽管预布安装方案需要对FPSO船艏进行改造以及安装连接后恢复FPSO船艏原来结构，工期相对延长，但是，预布安装方案简单快捷，成本低，不需要驳船、拖船和浮吊等大型船舶，节约资源，并且能适应各种恶劣海况，作业风险也较低，为预布安装方案、驳船安装方案及浮吊安装方案3种方案中的最优方案。

2)驳船安装方案成本同样也比较低，不需要浮吊等大型船舶辅助作业；然而，此方案对施工海洋环境以及施工操作的技巧和配合要求较高，但对于富有经验的安装施工队伍来说并不难。因此，该方案可作为备用方案。

3)浮吊安装方案要求驳船、拖船和浮吊等大型船舶联合作业，成本较高，但是简单快捷，能够在各种恶劣海况下进行高难度、高风险的海上施工作业。

“海洋石油117”FPSO要连接14根跨接软管和4根电缆其中包括4根大尺寸的跨接软管，该FPSO软管和电缆数量是目前国内跨接软管最多的一次，软管尺寸大、数量多，施工难度大，作业风险高。由于施工时期海洋环境条件、跨接软管特性以及FPSO施工条件等主观、客观条件的限制，选择“蓝疆”号进行跨接软管和电缆安装的浮吊安装方案，虽然项目成本大幅增加，但却是正确、合理的选择。

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On Jumper Hose and Cable Installation of Soft Yoke Single Point Mooring System

YAN Bin

(Offshore Oil Engineering Co. Ltd., Tianjin 300451, China)

Based on summarizing the installation method of jumpers and cables installation between soft hard arm single point mooring system and floating production, ptorage and offloading system (FPSO), taking the Penglai 19-3 phaseⅡ jumpers and cables installation project as an example, three jumper hose and cable installation methods are proposed including pre-arrangement installation, floating crane installation and barge installation. These three methods are analyzed comparatively from views of technical feasibility, cost management, operation risk and motivating vessel resources.

jumper hose; jumper cable; soft yoke; single point mooring system; offshore installation

2016-01-20

2016-02-24

海洋石油工程股份有限公司蓬莱19-3Ⅱ期油田开发项目

闫斌(1981—)，男，硕士，工程师

U674.38

A

1671-7953(2016)04-0083-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.020

研究方向:海洋石油工程

E-mail:yanbin1@mail.cooec.com.cn