水上軟鋼臂式單點系泊系統YOKE 下放技術研究

胡雙，張群，朱澧，雷林，李穎

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

本文以渤中區域資源統籌優化利用項目為背景， 針對友誼號單點設施進行了多次改造，在圖紙資料不完善的情況下， 提出三種不同YOKE下放干擾校核方法，并按照各種分析法適用的場合及特點，從實施原理、工作量大小、實施優缺點等角度進行分析， 并結合項目實踐提出最佳YOKE 下放法， 這對以后涉及到類似單點系泊系統解脫提供了工程借鑒，具有重大意義[1，2]。

1 水上軟剛臂式單點系泊系統

“渤海友誼號”FPSO 單點位于渤海南部海域的渤中28-1 油氣田，作業水深23.4m，該單點屬于塔架式水上軟剛臂式單點系泊系統，主要結構由四腿導管架、單點系泊頭、軟剛臂YOKE、系泊腿、MSS系泊支架及跨接軟管及電纜等部分組成[3]，見圖1。

圖1 水上軟剛臂式單點系泊系統

單點導管架用鋼樁固定在海底，系泊頭固定在導管架之上，軟剛臂YOKE 和系泊腿連接單點系泊頭和FPSO 船艏的MSS 系泊支架，構成單點系泊系統的軟剛臂系統。YOKE 頂部有縱搖、橫搖鉸接頭， 系泊腿頂部和底部分別裝備了推力軸承、萬向鉸接頭，能夠消除FPSO 與單點之間的相對運動[4]。

YOKE 是管狀三角形框架，通過“U”型壓槽、灌注環氧樹脂固定在單點系泊頭， 與單點連接部分為可橫搖和縱搖的絞接頭， 在框架兩側構件端部是兩個壓載水艙，其作用是為FPSO 的位移提供回復力， 保證系泊腿角度處于正常的垂直位置[5]。YOKE 結構見圖2。

圖2 YOKE 結構示意圖

YOKE 壓載艙直徑φ4260mm，長12m，共有2個壓載艙，每個艙內灌注防凍液（壓載液）約173t（147 m3），防凍液密度為1.19 t/m3，防凍液中氯化鈣與水的質量之比大約為0.42∶1； 在壓載艙上部設置4″法蘭口2 個、10″法蘭口1 個，其設計參數見表1。

表1 YOKE 結構基礎信息

2 YOKE 入水角度

FPSO 解脫時， 排完載的YOKE 會漂浮在海水中，鑒于11 月份的惡劣天氣，會造成YOKE 與單點碰撞的可能性增加， 嚴重時會影響油田復產。因此，YOKE 下放后與單點設施的干擾校核分析是實施FPSO 解脫的一個關鍵技術點。

友誼號單點設施進行了多次改造，圖紙資料不完善。 根據單點設計廠家的設計載荷報告，在有效波高5.4m（100a 一遇）的工況下，按照Stokes 5 階波浪理論計算得到在天文低潮狀態下（23m 水深）FPSO 解脫后，YOKE 下放到水中與水平面的夾角為37.8°。

根據YOKE 下放入水的37.8°， 發現YOKE下放后存在較多的干擾設施，在FPSO 解脫前，必須對干擾設施進行確認并提前拆除， 待FPSO 連接完成后再重新進行恢復[6]，見圖3。

圖3 單點平臺與YOKE

3 YOKE 下放干擾校核方法

3.1 三維模擬法

三維模擬法就是利用模擬軟件，對設備的位置和管線高度精確的反饋到模擬軟件中，利用軟件在YOKE 入水37.8°時， 對YOKE 下放干擾結構進行分析，見圖4?！安澈Ｓ颜x號”FPSO 解脫后，友誼號單點上部組塊及YOKE 進行海上拆除，對“友誼號”單點進行改造，生產方在FPSO 解脫之前，在單點第四層平臺安裝收發球筒，由于安裝的收發球筒可能與YOKE 下放干擾，應提前對收發球筒的安裝位置及管線高度進行評估分析。 收發球筒安裝的底線就是經過調整后的臨時生產流程改造和清管球收發器改造管線布局合理，不影響友誼號解脫。 而對未安裝的設備進行YOKE下放干擾分析，最優的選擇是三維模擬法，即利用軟件，結合設備的安裝位置和高度進行模擬分析。 三維模擬法比較直觀、形象，但對圖紙的要求高、畫圖技術高、工作量大。

圖4 三維模擬法

3.2 計算法

計算法的原理就是計算YOKE 下放后空間余量與設備、管線的高度之間的關系，如果安全余量大于管線高度， 則該設備不影響YOKE 下放，反之則影響YOKE 下放，見圖5。

圖5 計算法

計算法對超高管線核算非常方便，對圖紙尺寸要求較高，但若涉及整個單點結構，計算量大。

3.3 現場拉線法

現場拉線法是通過YOKE 下放到水中與水平面的夾角作為安全線， 根據入水傾斜角度，在現場用細纜繩現場拉線， 在線下的就是安全結構，線上的就是干擾結構，見圖6。

圖6 現場拉線法

現場拉線法方便、簡單，可有效實施，對已安裝的設備干擾分析很直觀，但無法對未安裝的設備進行有效的分析。

以上三種YOKE 下放干擾校核方法各有優劣， 其中三維模擬法對未安裝的設備的分析最優，尤其在生產方預安裝收發球筒的分析上更有優勢，而計算法對超高管線核算最優， 拉線法最直觀，也簡單，但對預安裝的設備無法進行分析，應該根據不同的運用場合選擇合適的干擾校核方法。

4 項目實踐與應用

根據YOKE 下放入水的37.8°， 依據計算法、三維模擬法和現場拉線法對YOKE 下放后存在的干擾設施進行現場測量[7]，匯總礙事結構和設施見表2。

表2 YOKE 下放干擾結構和設施

在項目實踐應用中， 發現僅僅只根據計算法或三維模擬法可能會出現設施遺漏，而經過現場拉線法可以彌補， 若將兩種方法或三種方法有機結合，可有效規避遺漏。 在項目實踐中采用現場拉線法發現遺留的管線流量計等礙事的設備，見圖7。

圖7 管線上的流量計等礙事設備

總之, 本文針對YOKE 下放單點干擾設施提出三種YOKE 下放干擾校核方法， 即三維模擬法、計算法和現場拉線法，并對三種方案進行比較分析，確定不同方法運用的不同場合。 并通過項目實踐表明，只根據單一的計算法、三維模擬法可能會出現干擾設施遺漏，最優方法是將計算法、三維模擬法和現場拉線法有機結合[8]。

YOKE 下放干擾校核方法成功運用于渤中區域資源統籌優化利用項目， 通過優化施工流程，節省人工及船舶支持費用約35 萬元，縮短工期6d，該項目的成功實施標志該YOKE 下放干擾校核可有效地節省工程費用和工期，具有可觀的經濟效益價值， 可推廣應用前景廣闊。 采用YOKE 下放干擾校核方法后，YOKE 安全下放入水，見圖8。

圖8 YOKE 安全入水