海洋石油固定式樁基平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)審查接口重點(diǎn)控制方向研究

＊史云龍 許光偉 朱映

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

海洋石油平臺(tái)是海洋工程結(jié)構(gòu)物，隨著國家油氣行業(yè)“七年行動(dòng)計(jì)劃”的實(shí)施，中國海油“十四五”期間新建平臺(tái)持續(xù)增加，海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造將更加標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和科學(xué)。海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要針對(duì)導(dǎo)管架、甲板及其他附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的原則有先進(jìn)、合理、安全、經(jīng)濟(jì)、滿足規(guī)范要求等，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到安全和質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)。

海洋石油平臺(tái)按照結(jié)構(gòu)樣式及其特征大致分成為三類：固定式平臺(tái)、移動(dòng)式平臺(tái)、順應(yīng)式平臺(tái)。本文主要是針對(duì)固定式樁基平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)審查接口重點(diǎn)控制方向進(jìn)行研究。固定式樁基平臺(tái)是目前渤海油田典型的平臺(tái)形式，主要通過打樁的方法完成平臺(tái)的下部結(jié)構(gòu)（導(dǎo)管架）安裝后，再進(jìn)行上部組塊的安裝，依據(jù)平臺(tái)整體形式、重量、規(guī)模、安裝環(huán)境條件的不同，上部組塊主要分為整體吊裝、分塊吊裝和浮托安裝三種形式，不同形式的組塊再對(duì)接口的設(shè)計(jì)審查重點(diǎn)關(guān)注方向也不同，下文將對(duì)三種不同形式的主要審查控制點(diǎn)進(jìn)行研究說明。

1.整體吊裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)接口控制重點(diǎn)

整體吊裝平臺(tái)（上部組塊）是海洋石油平臺(tái)相對(duì)簡(jiǎn)易的平臺(tái)，我國渤海地區(qū)主要設(shè)計(jì)為無人值守井口平臺(tái)，平臺(tái)設(shè)計(jì)主體結(jié)構(gòu)為導(dǎo)管架和上部組塊（不含生活模塊和鉆修井模塊），主要為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用動(dòng)用儲(chǔ)量200～500萬立方米之間的邊際油田的開發(fā)，縮短開發(fā)周期，加快建設(shè)進(jìn)度，降低開發(fā)投資。目前基本實(shí)現(xiàn)無人平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)進(jìn)度，達(dá)到快速建產(chǎn)目的。對(duì)于該系列平臺(tái)的結(jié)構(gòu)專業(yè)接口審查重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)部分：

(1)過渡段與導(dǎo)管架和組塊連接審核

過渡段作為關(guān)鍵構(gòu)件，對(duì)樁基平臺(tái)上下部起著承上啟下的作用。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方式和尺寸的控制，直接影響后續(xù)海上安裝的精度和便利。目前海洋石油平臺(tái)過渡段依據(jù)平臺(tái)和導(dǎo)管架形式不同而不同，重點(diǎn)是為了調(diào)整導(dǎo)管架安裝后尺寸精度，確保組塊順利安裝。

過渡段是用于連接導(dǎo)管架和組塊的重要結(jié)構(gòu)，主要受到垂直方向力，首先，材質(zhì)應(yīng)選擇屈服強(qiáng)度、低溫沖擊等所有性能均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)環(huán)境條件要求。其次應(yīng)關(guān)注過渡段的整體尺寸，即過渡段的直徑和壁厚應(yīng)與導(dǎo)管架鋼樁尺寸相匹配，保證過渡段于鋼樁的正常插入；過渡段的高度應(yīng)依據(jù)組塊的設(shè)計(jì)標(biāo)高，確定過渡段實(shí)際標(biāo)高，并提前預(yù)留設(shè)計(jì)的切割余量。最后過渡段審查主要關(guān)注的是焊接工藝技術(shù)，以保證焊接的質(zhì)量安全達(dá)到要求。

(2)組塊插尖與過渡段連接的控制點(diǎn)

插尖是在完成過渡段安裝后，為了保證組塊海上吊裝安裝精確、順利、快捷就位于過渡段上，在組塊立柱底部設(shè)置的結(jié)構(gòu)。插尖主要以倒錐型為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)樣式，內(nèi)部需要設(shè)置筋板以滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。設(shè)計(jì)審查同樣是關(guān)注材質(zhì)、整體尺寸、連接及焊接形式三個(gè)方面，基本與過渡段的審查重點(diǎn)一致，需要特別指出的是過渡段整體尺寸控制應(yīng)滿足過渡段和組塊立柱的匹配。

2.分塊吊裝的上部組塊接口控制重點(diǎn)

海洋石油平臺(tái)（上部組塊）分塊吊裝主要是設(shè)計(jì)規(guī)模較大的井口平臺(tái)，依據(jù)組塊重量、組塊規(guī)模、建造場(chǎng)地資源、安裝資源等條件因素在設(shè)計(jì)時(shí)將上部組塊切分為不同模塊，待完成陸地建造后，由浮吊資源在海上順序完成吊裝和合攏。分塊吊裝平臺(tái)依據(jù)平臺(tái)規(guī)模和形式切分?jǐn)?shù)量不同，如常規(guī)8000噸級(jí)組塊，該級(jí)別組塊主要包上部組塊（東西塊）、生活模塊、鉆機(jī)模塊（修井機(jī)模塊）。

(1)分塊吊裝(東西塊)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)接口審查重點(diǎn)

考慮到組塊整體規(guī)模較大，吊裝資源不具備整體吊裝能力，故將組塊拆分成兩個(gè)單體進(jìn)行吊裝，這樣既能適應(yīng)不同的場(chǎng)地建造資源，又能滿足多級(jí)別起重作業(yè)船舶的吊裝條件。對(duì)于東西塊設(shè)計(jì)的組塊設(shè)計(jì)審查需要在整體尺寸、重量重心、東西塊連接形式等方面進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

首先，組塊的每一層的設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)該依據(jù)海圖基準(zhǔn)面和每層的設(shè)計(jì)功能進(jìn)行核算，為防范潮汐與波浪組合等惡劣環(huán)境，底層標(biāo)高至少應(yīng)超過海上該組合最大波峰高程，并留有至少1.5m的間隙，以保證甲板安全，同時(shí)組塊整體結(jié)構(gòu)校核滿足規(guī)范要求。

其次，重點(diǎn)控制組塊的重心，由于組塊分東西塊設(shè)計(jì)，必定生活樓布置于非井口區(qū)模塊上，改模塊處在非防爆區(qū)，設(shè)備設(shè)施相對(duì)集中，這樣該模塊很容易出現(xiàn)偏心的情況，如何將重心偏心控制在允許范圍內(nèi)，是必須要重點(diǎn)關(guān)注的問題，通過對(duì)設(shè)備設(shè)施布置的優(yōu)化調(diào)整，控制偏心超出范圍，以便順利完成后續(xù)海上的吊裝作業(yè)。

再次，東西塊的連接通常利用大尺寸型鋼進(jìn)行連接，設(shè)計(jì)審查重點(diǎn)關(guān)注東西塊的預(yù)留尺寸及結(jié)構(gòu)形式，型鋼兩端的形式直接關(guān)系到組塊吊裝就位后的連接施工效率，同時(shí)還需和其他專業(yè)共同協(xié)調(diào)確定東西塊連接處的管線、電纜、設(shè)備等影響，以免發(fā)生吊裝干涉現(xiàn)象。

(2)生活模塊與組塊結(jié)構(gòu)接口審查重點(diǎn)

生活模塊與組塊的結(jié)構(gòu)接口重點(diǎn)審查生活模塊立柱在組塊的固定點(diǎn)的結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)形式。目前生活模塊的設(shè)計(jì)基本都是與組塊設(shè)計(jì)分開，因單體都存在獨(dú)立性，所以對(duì)兩個(gè)模塊的連接處的審查尤為重要。生活模塊的立柱固定在組塊主結(jié)構(gòu)梁上，但結(jié)構(gòu)形式卻不相同，確保生活模塊立柱固定形式與組塊固定點(diǎn)預(yù)留形式和尺寸一一對(duì)應(yīng)是審查的重點(diǎn)。

(3)鉆機(jī)模塊(修井機(jī)模塊)與組塊的接口審查重點(diǎn)

鉆機(jī)模塊與組塊的結(jié)構(gòu)接口審查已基本與生活模塊一致，除此之外還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注模塊鉆機(jī)與生活模塊與組塊的吊裝干涉問題。

3.浮托法安裝上部組塊結(jié)構(gòu)接口審查重點(diǎn)

采取浮托法來安裝上部組塊已經(jīng)成為了海洋石油平臺(tái)安裝的常規(guī)方法。該方法相比較而言，其成本低、作業(yè)周期短、安全方便等優(yōu)點(diǎn)得到了業(yè)內(nèi)較高認(rèn)同。浮托法安裝的上部組塊基本都能實(shí)現(xiàn)整體安裝，完成安裝后能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)海上的聯(lián)合調(diào)試并快速見產(chǎn)。目前傳統(tǒng)的浮托主要分為高位浮托和地位浮托兩種形式，浮托安裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)接口審核重點(diǎn)控制如下兩個(gè)方面。

(1)甲板支撐裝置(DSU)和組塊、滑靴的接口的設(shè)計(jì)審查重點(diǎn)

甲板支撐裝置設(shè)置于組塊和滑靴中間。其作用一方面體現(xiàn)在可以在組塊陸地預(yù)制和裝船運(yùn)輸過程，順利支撐組塊重量，方便進(jìn)行預(yù)制及運(yùn)輸；另一方面，甲板支撐裝置能夠有效的緩沖浮托安裝過程中的沖擊力。甲板支撐裝置應(yīng)根據(jù)實(shí)際安裝工況來進(jìn)行設(shè)計(jì)，審計(jì)審查重點(diǎn)關(guān)注該裝置的整體尺寸和結(jié)構(gòu)形式，高度直接影響浮托船舶退船過程的調(diào)載，結(jié)構(gòu)形式直接影響DSU重量和安裝切割效率，設(shè)計(jì)審查務(wù)必統(tǒng)籌考慮預(yù)制和后續(xù)安裝。

(2)樁腿耦合緩沖裝置(LMU)與組塊插尖接口設(shè)計(jì)審查重點(diǎn)

樁腿對(duì)接耦合裝置（LMU）是一組塊立柱和導(dǎo)管架鋼樁的對(duì)接裝置，其底部與導(dǎo)管架腿相連，上部與組塊立柱相連，是浮托安裝承上啟下的關(guān)鍵部件，當(dāng)浮托安裝完成后，LMU成為導(dǎo)管架腿的一部分，起到支撐組塊重量的作用。LMU通過套筒內(nèi)部裝置實(shí)現(xiàn)在組塊重量由DSU向LMU轉(zhuǎn)移的過程中的緩沖作用，而組塊立柱與LMU的自動(dòng)對(duì)中則通過LMU的盤形接收器實(shí)現(xiàn)。考慮到整體作業(yè)安全及施工工藝適配，LMU與組塊插尖接口設(shè)計(jì)審查的重點(diǎn)不僅關(guān)注結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，而且應(yīng)該從結(jié)構(gòu)應(yīng)力、材質(zhì)和工藝制作進(jìn)行扁平化的審查控制，確保上部組塊功能行使穩(wěn)定，焊接、涂裝工藝滿足結(jié)構(gòu)力學(xué)及海洋環(huán)境使用標(biāo)準(zhǔn)，并且同類型審查點(diǎn)應(yīng)當(dāng)能夠進(jìn)一步推廣至其他類似作業(yè)情境中，從而對(duì)后續(xù)的施工工藝及設(shè)計(jì)模式進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

設(shè)計(jì)審查首先是關(guān)注LMU的整體尺寸，因浮托組塊安裝方案設(shè)計(jì)取消過渡段由LMU替代，所有LMU的整體尺寸審核均應(yīng)按照過渡段的要求進(jìn)行。其次LMU內(nèi)部設(shè)計(jì)的緩沖裝置直接影響組塊浮托落位的整體安全，審查過程中對(duì)其材質(zhì)的選擇、尺寸的控制必須加以重點(diǎn)關(guān)注。最后LMU審查應(yīng)關(guān)注焊接形式，確保LMU與組塊、導(dǎo)管架鋼樁的焊接質(zhì)量。

4.結(jié)語

海洋石油平臺(tái)設(shè)計(jì)是多元且復(fù)雜的工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅是石油平臺(tái)整體設(shè)計(jì)的一部分，而針對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)接口設(shè)計(jì)審查，更是海洋石油平臺(tái)設(shè)計(jì)審查的一個(gè)重點(diǎn)。本文通過對(duì)我國渤海地區(qū)最常見的固定式樁基平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)審查接口重點(diǎn)控制方向進(jìn)行研究，為在多專業(yè)的設(shè)計(jì)審查過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的事項(xiàng)拓展思路、提供借鑒，以便高效率、高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)審查工作，為海油石油工程全生命周期管理提供良好的技術(shù)支持和技術(shù)保障。