水下重型设施浮力辅助安装试验研究.pdf

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1、2017焦N01水下重型设施浮力辅助安装试验研究徐松森1，初新杰1，于龙基2，李展阳2，董胜2+(1．中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257017；2．中国海洋大学工程学院，山东青岛266100)摘要：通过浮力辅助安装方法，可以解决常规水下安装方法中设备吊装能力不足的难题。基于模型比尺，设计了浮力辅助安装的试验装置，提出了可行的试验方案。在波流水槽中成功完成了浮力块辅助下放就位的物理模型试验，表明技术工艺可行，为工程实施提供了试验支持。关键词：设备安装；水下；浮力；物理模型实验中图分类号：P754文献标志码：A文章编号：1003—6482(2017)

2、01—044—08引言近10年来，全世界发现的40％～45％亿吨级大油气田位于深水。设备的水下安装是整个油气田开发工程中的重要环节。随着海上油气田开发逐步向深海发展，水下设备的尺寸和重量不断增加，而水下安装极易受到环境因素和安装条件的影响，水下安装工艺面临前所未有的挑战口]。为保证水下安装的安全可靠，特别是研究起吊能力不足情况下的设备安装方法，有重要的工程意义。对于深海水域，国外对安装方法的研究和应用比较成熟，已经开发了多种安装方法，并成功用于墨西哥湾、巴西海域及西非等海域的多个项目，水深达到300～3000m不等。国内在此方面的研究还处于初始阶段。吊装法是早期水下管

3、汇在深水中的主要安装方法，此方法应用水深在1000m以内，对于更深水的管汇安装，吊装法因自身载重能力、轴向共振等问题而具有一定的局限性[2-3]。巴西石油公司于2002年首次应用滑轮安装法进行了超过1000m水深的生产管汇的安装，是吊装法的改进n]。2003年巴西石油公司又大胆提出了1种新型下摆安装法，并于2006年应用于巴西Roncador油田，水深为1900mt5。引。AMC(AkerMarineContractors)开发了铅笔式浮标法，是1种集水下结构物运输和安装为一体的方法。该法可以降低操作风险和浮吊提升能力的限制[7]。Subsea7公司开发研制了月池湿拖

4、法，该法要求安装船舶需配置相当能力的绞车系统，且能够提供升沉补偿功能，适合于海况条件较恶劣的海域∞。9]。针对重型设施水下安装，本文提出了1种新的水下安装方法～浮力辅助安装方法，并对浮力辅助安装工艺进行模型试验，分析浮力辅助安装可能遇到的问题，为后续工作提供参考。当设备在深水中下放时候，利用多个浮力块减轻设备所需吊装吨位，实现水下设施重量远超吊索额定起吊能力的工程。l试验原理及装置设计1．1试验原理安装工艺的主要原理为：利用浮力块为水下结构物提供较大的浮力，实现吊索的许用拉力能够远小于结构物全浸入水中时的作用力F(F一重力一浮力)。该装置中存在的约束关系如下：浮力辅助

5、安装装置(见图1)包含浮力块、挡销、缓冲垫各有n件，吊导两用索、浮力块、浮力块释放座、挡销、缓冲垫、被安装重型设施的空气中单件重量依次为G。、G：、G。、G。、G。、G。，对应的全浸没浮力依次为F。、F。、F。、F。、F。、F。，吊导两用索许用拉力T，，有如下关系：基金项目：国家自然科学基金项目(51279186)；中石化胜利石油工程有限公司钻并工艺研究院项目(10200001—15一ZC0607—0007)资助第一作者简介：徐松森(1966一)，男，高级工程师。E—mail：XSS@slof．corn*通讯作者：E—mail：dongsh@OLIC．edu．cn收稿

6、日期：2015—06—15y昭OⅢ报扎墓毗宣盯沼山湖咖O洋“海．詈吐姐Ⅲ1期水下重型设施浮力辅助安装试验研究45T1>(G1+nG2+G3+nG4+nG5+G6)一(F1+nF2+R+nF。+nF5+R)>O忽略式(1)中的微小量，可得T1≈(G6一F6)一n(F2一G2)(2)为了提高安全性，可考虑适当安全系数rn，即Tl=in{(G6一F6)一n(F2一G2)}(3)进而可以实现单索吊装重量远超其额定拉力，即Tl<

7、型有3种：1种是标准质量为1759的方形浮块，这次试验中将其记为175型浮块；1种是标准质量为————————————————■殁≤■———7叠S■一图l浮力辅助设备安装示意图Fig．1Equipmentinstallationdiagramoftheinstallationmethodbybuoyancyaid1959的方形浮块，这次试验中将其记为S一195型浮块；1种是标准质量为S-2959的方形浮块，这次试验中将其记为S-295型浮块。方形浮块的体积为10cmx10cm×4．7cm，其材料采用泡沫板材，内部装有质量一定的细砂颗粒，沙子使用塑料袋