自升式鉆井平臺(tái)升降RPD測(cè)量及應(yīng)用分析

龔軍　徐立祥　李緒黨

【摘 要】RPD（Rack Phase Difference）是同一樁腿上不同主弦管齒條升降的差異，也可反映樁腿弦管與船體的相對(duì)水平和受力狀態(tài)。目前，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)自升式鉆井平臺(tái)都配有RPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，比如F&G公司JU-2000E平臺(tái)、Gusto MSC公司CJ46平臺(tái)，BMC375平臺(tái)等；本文主要結(jié)合海洋石油943平臺(tái)升降系統(tǒng)，詳細(xì)介紹自升式鉆井平臺(tái)RPD的測(cè)量方法和應(yīng)用，并對(duì)不同狀態(tài)的RPD進(jìn)行分析，為平臺(tái)使用提供參考。

【關(guān)鍵詞】RPD（Rack Phase Difference）；固樁區(qū)；壓載

【Abstract】The RPD is measurable difference in the vertical position of the chords relative to one another within an individual leg； the uneven loading in a leg causes RPD and also results in large loads being transferred to legs diagonal braces. Hereby refer to HYSY943 jacking system to describe the measurement and analysis for RPD in different status.

【Key words】

0 前言

近年來(lái)，隨著海洋油氣田的開(kāi)發(fā)和利用，自升式鉆井平臺(tái)不斷向深水領(lǐng)域進(jìn)軍，其自身的結(jié)構(gòu)安全越來(lái)越受到各方的關(guān)注，尤其表現(xiàn)在平臺(tái)就位、升降船、壓載等工況下。如果遇到海底地質(zhì)情況復(fù)雜，海床不平、地層強(qiáng)度不均等因素，影響平臺(tái)的作業(yè)安全，導(dǎo)致平臺(tái)升降、壓載作業(yè)不能順利完成，嚴(yán)重的會(huì)引起樁腿撐管變形及設(shè)備受損。如能及時(shí)了解和掌握樁腿與平臺(tái)的水平狀態(tài)，弦管與固樁區(qū)間隙是否符合升降作業(yè)要求，就能有效避免事故發(fā)生。為此，國(guó)內(nèi)外先后對(duì)樁腿受力狀態(tài)及升降邊界條件進(jìn)行分析和研究，推出了RPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 升降系統(tǒng)RPD介紹及測(cè)量方法

1.1 升降系統(tǒng)簡(jiǎn)介

海洋石油943平臺(tái)為JU2000E船型，該平臺(tái)船型為三角形船體，帶有3個(gè)三角形桁架式結(jié)構(gòu)的樁腿，每個(gè)樁腿由下端的樁靴支撐。升降系統(tǒng)采用NOV-BLM公司的C150EF產(chǎn)品，每個(gè)樁腿18套升降單位，全船共54套。每個(gè)升降單元上安裝負(fù)荷傳感器，顯示升降齒輪受力情況，升降速度為每分鐘0.46m。

1.2 RPD監(jiān)測(cè)裝置

在每個(gè)樁腿弦管各安裝一套高度傳感器（Height Detector），用于監(jiān)測(cè)平臺(tái)與樁腿的相對(duì)距離，即升降船的高度。RPD（Rack Phase Difference）監(jiān)測(cè)裝置便利用高度傳感器的反饋信號(hào)，通過(guò)簡(jiǎn)單邏輯運(yùn)算，最終在中控操作臺(tái)上顯示RPD值，即每個(gè)樁腿的3個(gè)弦管相對(duì)于樁腿標(biāo)高的偏差。在RPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可以設(shè)定RPD報(bào)警值，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警異常情況，極大減小和降低了風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 RPD測(cè)量與計(jì)算

1.3.1 RPD值測(cè)量方法

簡(jiǎn)單的說(shuō)，RPD值（Rack Phase Value）也是每個(gè)弦管相對(duì)于固樁區(qū)水平面的偏差。一般使用專(zhuān)用工具（RPD Tool）進(jìn)行測(cè)量，具體測(cè)量方法大概可以分為3種。

1）在固樁區(qū)每個(gè)角上，預(yù)先各設(shè)置1個(gè)測(cè)量板（Reference Plate），該測(cè)量板表面應(yīng)進(jìn)行研磨以保證測(cè)量準(zhǔn)確可靠；在安裝測(cè)量板時(shí)，每個(gè)樁腿的3個(gè)測(cè)量板必須保證在同一水平面上。測(cè)量期間，利用專(zhuān)用工具對(duì)準(zhǔn)樁腿齒條，推出計(jì)量標(biāo)尺，讀數(shù)并記錄，依次測(cè)出每個(gè)樁腿弦管的RPD值（圖1）。

圖1

2）在固樁區(qū)（Jack House）頂部靠近每個(gè)弦管處，選定一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，對(duì)表面進(jìn)行處理，使每個(gè)樁腿3個(gè)弦管處的測(cè)量點(diǎn)在同一水平面上。

3）在每個(gè)弦管處設(shè)置一根測(cè)量桿，每個(gè)樁腿3個(gè)測(cè)量桿底部應(yīng)在一個(gè)水平面上，并且測(cè)量桿應(yīng)垂直于水平面，選用簡(jiǎn)易測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量。

1.3.2 RPD值的計(jì)算

對(duì)于3.1節(jié)介紹的3種測(cè)量方法，不論選用哪種進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)得值都需進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，然后錄入RPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)定最新的RPD值。簡(jiǎn)單計(jì)算方法可參考表1：

2 RPD值原因分析及操作建議

2.1 RPD值偏差主要特征

在平臺(tái)工作地點(diǎn)海底不平整、土層強(qiáng)度不均勻等情況，使樁靴受力不均勻，引起平臺(tái)水平偏差，在測(cè)量時(shí)表現(xiàn)為主弦管與水平標(biāo)高的差值。

從結(jié)構(gòu)受力分析為，主要指在樁腿與主船體接觸部分產(chǎn)生較大彎矩，這種附加彎矩引起樁腿彈性變形，但并不是所有的RPD都會(huì)導(dǎo)致樁腿變形（圖2）。

2.2 RPD值偏差原因分析及操作建議

從作業(yè)情況分析，主要包括以下幾種情況：

1）平臺(tái)插樁位置有以前平臺(tái)作業(yè)的樁靴腳印。類(lèi)似平臺(tái)在此處作業(yè)后，新平臺(tái)就位的腳印不能完全重合，就位時(shí)應(yīng)反復(fù)上提、下放樁腿，使樁靴接觸區(qū)域受力均勻，確保RPD值到達(dá)理想狀態(tài)。

2）海床傾斜、海底地層不平整。平臺(tái)在就位前，應(yīng)對(duì)海底地層進(jìn)行勘探，根據(jù)掃海圖選擇合理的站樁區(qū)域。

3）海底土層強(qiáng)度不均勻。一般作業(yè)前都會(huì)海底土層取樣分析，局部區(qū)域土層強(qiáng)度不均勻會(huì)引起RPD偏差，因此在就位前應(yīng)結(jié)合地質(zhì)報(bào)告分析。

4）樁腿傾斜。樁腿傾斜會(huì)引起明顯的RPD變化，因此在操作期間，應(yīng)注意觀(guān)察顯示面板上的RPD值，如RPD變化趨勢(shì)加劇或達(dá)到報(bào)警值，應(yīng)立即停止升降作業(yè)，檢查傾斜趨勢(shì)，以便及（下轉(zhuǎn)第162頁(yè)）（上接第117頁(yè)）時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

5）快速插樁入泥。主要發(fā)生在壓載作業(yè)期間，被壓樁腿快速下沉或遇到“雞蛋殼”。因此在壓載作業(yè)前，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)勘探報(bào)告，分析站樁區(qū)域的地質(zhì)情況，采用多組壓載或漂浮壓載。

6）平臺(tái)重量分布不均勻。對(duì)平臺(tái)上可變載荷應(yīng)進(jìn)行調(diào)配，艙室液位盡量保持空艙或滿(mǎn)艙，移動(dòng)物件應(yīng)進(jìn)行固定，擺放時(shí)居中和靠下的原則。

7）海底潮流較大。在就位時(shí)，應(yīng)結(jié)合海域的潮汐表，選擇平潮、平流下放樁腿。

3 小結(jié)

自升式平臺(tái)的鉆井能力逐漸向深海發(fā)展，后期還可能出現(xiàn)更加復(fù)雜、惡劣的未知海域，因此在平臺(tái)作業(yè)時(shí)合理運(yùn)用RPD知識(shí)，有助于及時(shí)掌握平臺(tái)升降作業(yè)狀態(tài)，避免事故發(fā)生。本文詳細(xì)介紹了RPD定義和測(cè)量方法，歸納和總結(jié)了RPD偏差形成原因，提出了操作指導(dǎo)性建議，供大家采納。

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[責(zé)任編輯：王楠]