浮托安裝是利用海上潮汐的自然力和船舶精確調載相結合的方式進行安裝，類似于舉重運動員“挺舉”。以恩平20-4平臺安裝為例，該方式可將平臺運輸速度提高1倍，海上安裝作業(yè)所需的氣候窗口可由48小時縮短為24小時，作業(yè)效率大大提高。
海上油田建設離不開鉆采平臺，但鉆采平臺的安裝并非易事，其單層甲板面積相當于多個籃球場，重達上萬噸。安裝這個龐然大物就像在波濤洶涌的海面上進行“倒車入庫”。
日前，在廣東珠江口盆地水深近百米的海域，天津港保稅區(qū)企業(yè)海洋石油工程股份有限公司(以下簡稱海油工程)運用我國自主創(chuàng)新設計的動力定位浮托技術，成功完成恩平20-4鉆采平臺的建設，創(chuàng)造了國內(nèi)海上油氣平臺動力定位浮托安裝重量的新紀錄，同時也填補了我國這項技術的空白，這對于保障國家安全、建設海洋強國具有重要意義。
動力定位浮托安裝如在海上“倒車入庫”
恩平20-4鉆采平臺是中國海油恩平15-1油田群產(chǎn)量最高的平臺，由我國自主設計、建造及安裝，可實現(xiàn)鉆修井、智能采油、油氣水綜合處理以及伴生氣回收利用等多項功能。
平臺由上部組塊和導管架兩部分組成，其中導管架高度104米、重量近1.2萬噸。
為了讓導管架固定在百米深的海底，海油工程項目團隊將12根長度近145米、直徑2.4米的鋼樁打入120米深的海床之下，確保這個合體后總重超過2.7萬噸的鋼鐵巨人能夠在超強臺風下穩(wěn)如泰山。
底座穩(wěn)固了，但項目團隊迎來了更大的挑戰(zhàn)。
“通常來說，上部組塊會采用海上浮吊的技術來進行安裝。但恩平20-4的上部組塊單層甲板實在太大了，面積相當于9個籃球場，重達15463噸。” 海油工程恩平油田群開發(fā)工程總包項目經(jīng)理盛向明介紹說，“這個重量超過國內(nèi)海上浮吊的能力極限，因此我們選定采用動力浮托技術進行海上安裝。”
“浮托安裝是利用海上潮汐的自然力和船舶精確調載相結合的方式進行安裝，類似于舉重運動員‘挺舉’。”盛向明解釋，以恩平20-4平臺安裝為例，該方式可將平臺運輸速度提高1倍，海上安裝作業(yè)所需的氣候窗口可由48小時縮短為24小時，作業(yè)效率大大提高。
方法有了，但是把如此龐然大物“挺舉”上去難度不小。而且之前我國從未自主實施過動力浮托技術工程，從方案設計、計算分析到施工等都由外國公司負責。
“動力定位浮托安裝過程相當于開著一輛長度超過220米、寬度40多米、裝載10000輛小汽車的超級卡車，在波濤洶涌的海面上進行‘倒車入庫’，兩側間隙僅為10厘米，組塊插尖與導管對接精度要求達到毫米級。”盛向明說，這對設計計算精準性、動力定位系統(tǒng)可靠性、操作人員技術水平等均提出極大挑戰(zhàn)。
自主創(chuàng)新技術確保安裝萬無一失
為了實現(xiàn)動力定位浮托安裝，項目團隊對該技術進行了攻關，突破了大型平臺動力定位浮托精確設計分析、三維仿真模擬、精準定位操作等多項關鍵核心技術。
首先，精確數(shù)值分析是對浮托項目從裝船開始就進行裝船、運輸、浮托過程的計算分析，根據(jù)計算結果進行安裝設計。
“早期數(shù)值分析都是請國外公司來完成的，收費高昂，而且不會給我們提供原始數(shù)據(jù)。”海油工程浮托技術專家秦立成說，由于作業(yè)過程的非平穩(wěn)、力學特征的非線性、多體系統(tǒng)強耦合等特點，多體耦合時域分析技術是精準數(shù)值分析中的難點。
為此，項目團隊的計算工程師依托工程項目進行技術攻關，通過反復試算，結合試驗，一點點推敲出關鍵數(shù)據(jù)。特別是項目剛剛開始的時候，計算工程師為了確定核心參數(shù)，經(jīng)常通宵計算和進行數(shù)據(jù)比對。最終項目團隊開發(fā)了動力定位靜力評估和時域分析軟件，并且在項目中成功應用。
有了設計方案，為了確保萬無一失，還需要三維仿真模擬讓施工人員提前按照施工方案來演練，提前發(fā)現(xiàn)問題和風險，在項目上規(guī)避這些問題。
最終團隊開發(fā)了動力定位浮托模擬系統(tǒng)，解決了動力定位算法、水動力算法、多體耦合算法，為三維仿真模擬提供了技術支持。
有了“線上”模擬演練，還需“線下”實操檢驗。對此，項目團隊組織了多次技術方案交底及作業(yè)風險分析，持續(xù)細化施工計劃，開展浮托過程仿真模擬和水池實驗，提前對錨系布設、進船、對齊、載荷轉移等工序進行預演，并針對錨纜失效進行應急演練。
為了確保“倒車入庫”能夠準確進入規(guī)定的位置，還需“精準定位操作”。施工之前，項目團隊大量開展虛擬模型培訓，并在施工海域對關鍵操作進行現(xiàn)場預演，持續(xù)提高動力定位操作水平。
“船舶設置‘一用一備’兩套獨立的定位系統(tǒng)，為浮托提供穩(wěn)定、精確的‘倒車防撞雷達’，且專門設計新型護舷系統(tǒng)和樁腿耦合緩沖裝置，以防碰撞造成損壞，確保施工過程萬無一失。”秦立成說。
無懼海上風浪精準完成平臺對接
盡管已經(jīng)做了萬全的準備，但在大自然面前人類還是顯得如此渺小。
恩平20-4平臺進行浮托前夕，施工海域下起大雨，晚上風力達到六級，最大浪高4米，現(xiàn)場施工作業(yè)一度面臨取消。
為了確保精準“入庫”，主作業(yè)船距離槽口30米之后，需要由“自動擋”調整為“手動擋”。由經(jīng)驗豐富的動力定位操作師精準控制船舶進行“倒車”，每5米就要停船一次進行校準，到達10米以內(nèi)時，每1米就要停船校準一次。
完成“倒車入庫”還僅僅是施工作業(yè)的第一步，作業(yè)船進入導管架槽口后，上部組塊的8個插尖要對齊導管架的8個對接裝置，高度誤差不超過5個指甲厚度，中心水平偏差不超過3個玉米?？傞L，難度堪比宇宙飛船和空間站對接。“相比空間站在幾乎不受外力影響情況下進行對接，海上浮托還要克服海上風、浪、涌等一系列不利因素。”本次動力定位浮托主作業(yè)船海洋石油278船船長劉雪峰說。
施工過程中，項目團隊對風浪及船舶運動進行實時監(jiān)測，搶抓時間窗口，精準操控，僅用7小時就高效完成施工作業(yè)，最大水平高度誤差僅5毫米，精度控制達到國際先進水平，為后續(xù)項目投產(chǎn)節(jié)省寶貴時間。
海油工程安裝分公司副總經(jīng)理賀辰表示，在本次作業(yè)中，我國首次使用自有船舶、自有人員獨立自主完成全流程關鍵作業(yè)，成功掌握大型平臺動力定位浮托方案編制、設計計算、仿真模擬、動力定位系統(tǒng)操作、海上安裝和監(jiān)測等成套核心技術，填補了我國動力定位浮托自主設計安裝技術空白。
目前，海油工程建成了以亞洲最大浮托駁船“海洋石油229”、5萬噸級動力定位半潛工程船“海洋石油278”等為代表的系列關鍵裝備，攻克浮托安裝多體耦合控制算法、數(shù)值模擬軟件開發(fā)、關鍵數(shù)據(jù)精準預報等多項技術難題，實現(xiàn)了浮托樁腿耦合緩沖器等核心部件的國產(chǎn)化，實現(xiàn)了高位浮托、低位浮托、動力定位浮托等全天候、全序列、全海域主流浮托施工關鍵技術的自主化，掌握的浮托技術種類、作業(yè)難度和技術復雜性等位居世界前列，并進行了浮托前沿技術的研究開發(fā)，具備了在全球惡劣海況海域進行浮托作業(yè)的能力。
來源：科技日報 記者 陳 曦
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