水上樁導(dǎo)管架便捷式調(diào)平器創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王瑋 邵亮亮 朱起東 余承龍 劉濤 路健健 邱煒 馮曉偉

（海洋石油工程股份有限公司，天津300461）

1 引言

隨著海洋工程的發(fā)展，海洋平臺(tái)導(dǎo)管架的設(shè)計(jì)方案也越來(lái)越優(yōu)化，部分導(dǎo)管架在調(diào)平施工步驟中，不再設(shè)外調(diào)平吊點(diǎn)，這也導(dǎo)致海上施工進(jìn)行調(diào)平作業(yè)時(shí)存在一定的困難。本文是根據(jù)生產(chǎn)項(xiàng)目實(shí)際需求而進(jìn)行的科技創(chuàng)新。通過(guò)創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)值分析等方法，為水上樁導(dǎo)管架調(diào)平作業(yè)提供一種新型、簡(jiǎn)易、高效的調(diào)平系統(tǒng)，該調(diào)平系統(tǒng)可用于四腿水上樁導(dǎo)管架調(diào)平、八腿水上樁導(dǎo)管架輔助調(diào)平等，實(shí)現(xiàn)了高效、快速的導(dǎo)管架調(diào)平作業(yè)。

2 背景介紹

旅大21-2/16-3油田區(qū)域開(kāi)發(fā)項(xiàng)目包括五套導(dǎo)管架平臺(tái)的安裝工作，其中LD10-1PAPD導(dǎo)管架為三腿導(dǎo)管架，吊裝重量為430噸，導(dǎo)管架高度39.67米，作業(yè)區(qū)域水深31米。由于PAPD導(dǎo)管架海上就位位置靠近一座已有老平臺(tái)，且鉆井船中油海62的一個(gè)腳印位于PAPD兩腿中間，鉆井船在施工完畢撤離后，會(huì)在作業(yè)位置泥面處產(chǎn)生較大凹坑，使得該區(qū)域的海底地貌十分不平整，即使對(duì)凹陷泥面處進(jìn)行填沙處理，地貌情況也未必理想。PAPD導(dǎo)管架海上就位位置如圖2-1所示。

圖2-1 PAPD導(dǎo)管架海上就位位置

地貌狀態(tài)將直接影響導(dǎo)管架下水就位后的水平度，且水平度一旦無(wú)法滿足規(guī)范要求，對(duì)導(dǎo)管架上方組塊的水平度也會(huì)有較大影響。而且PAPD導(dǎo)管架的尺寸較小，且為三腿導(dǎo)管架，考慮到PAPD由尺寸導(dǎo)致的水平度要求會(huì)比常規(guī)四腿導(dǎo)管架更加嚴(yán)格，并且三腿導(dǎo)管架常規(guī)提拉吊點(diǎn)調(diào)平作業(yè)的操作困難，需提供一種合理的調(diào)平方案供海上施工使用。本文為解決此項(xiàng)施工難題，設(shè)計(jì)了一種水上樁簡(jiǎn)易調(diào)平系統(tǒng)，有效解決了上述調(diào)平問(wèn)題。

3 調(diào)平器主體結(jié)構(gòu)及使用

3.1 調(diào)平器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)平操作的提前研究及分析，設(shè)計(jì)出了該水上樁導(dǎo)管架便攜式調(diào)平裝置。該水上樁導(dǎo)管架簡(jiǎn)易調(diào)平裝置由預(yù)制框架和液壓千斤頂兩個(gè)部分組成。外部框架使用常規(guī)工字鋼焊接而成，框架內(nèi)部放置一臺(tái)液壓千斤頂，在鋼樁上利用筋板焊接“T”形稱重結(jié)構(gòu)作為千斤頂?shù)穆淠_點(diǎn)。調(diào)平系統(tǒng)可適用于100T及200T液壓千斤頂，單個(gè)最大調(diào)平力可達(dá)150T，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求進(jìn)行千斤頂?shù)牟贾?，千斤頂最大行?00mm，調(diào)平框架預(yù)留行程460mm，以滿足水平度較差的導(dǎo)管架的調(diào)平需要。

與傳統(tǒng)的提拉吊點(diǎn)調(diào)平方法相比，其優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單方便，節(jié)省主線作業(yè)時(shí)間，且水平度調(diào)整可控性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度更能得到保證。調(diào)平系統(tǒng)的整體布置由圖3-1所示；調(diào)平系統(tǒng)的外部框架有圖3-2所示。

圖3-1 調(diào)平系統(tǒng)的整體布置圖

圖3-2 調(diào)平系統(tǒng)的外部框架

3.2 調(diào)平器使用方法

該水上樁導(dǎo)管架簡(jiǎn)易調(diào)平系統(tǒng)的研制與應(yīng)用，包括200T液壓千斤頂、外部框架。使用時(shí)，將框架固定在導(dǎo)管架腿上，內(nèi)部放置液壓千斤頂，千斤頂牛腿焊接在鋼樁上，此種形式可保證受力沿著鋼樁縱向軸線方向，對(duì)導(dǎo)管架所施加的上拔力比較充分，可更有效地控制導(dǎo)管架腿在高度方向的移動(dòng)，使調(diào)平效果最大化。

以LD10-1 PAPD導(dǎo)管架為例，由于就位位置地貌情況不好，所以導(dǎo)管架下水就位后水平度未達(dá)到規(guī)格書(shū)要求。在第一節(jié)鋼樁插樁打樁完成后，測(cè)量導(dǎo)管架整體水平度，再開(kāi)始準(zhǔn)備安裝調(diào)平系統(tǒng)。

在導(dǎo)管架的最低腿（A-1）對(duì)稱放置兩套，在次低腿（B-1）放置一套，在鋼樁上畫(huà)好刻度并同時(shí)啟動(dòng)三個(gè)液壓千斤頂。根據(jù)鋼樁上的刻度線判斷各腿水平度上升量，隨時(shí)調(diào)整各千斤頂?shù)妮敵龉β省．?dāng)水平度到達(dá)要求后，保持千斤頂?shù)妮敵霾蛔?，進(jìn)行常規(guī)焊接固定。圖3-3為PAPD導(dǎo)管架調(diào)平現(xiàn)場(chǎng)。

圖3-3 PAPD導(dǎo)管架調(diào)平現(xiàn)場(chǎng)

4 有限元強(qiáng)度分析

便攜式調(diào)平器外部框架使用H300工字鋼拼接而成，工字鋼尺寸：H300×300×10×15，使用Q355B材料，屈服強(qiáng)度355MPa。根據(jù)海上安裝作業(yè)的實(shí)際需求，對(duì)該整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，計(jì)算軟件采用大型通用有限元分析(FEA)軟件ANSYS，使用Solid185單元進(jìn)行模擬計(jì)算分析。便攜式調(diào)平器三維示意圖如圖4-1所示。

圖4-1 便攜式調(diào)平器三維示意圖

外部框架的屈服強(qiáng)度為355MPa，有限元分析結(jié)果考慮0.9倍的安全系數(shù)，則最大許用應(yīng)力為319MPa。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在框架頂部施加載荷達(dá)到100t時(shí)，框架頂部位置產(chǎn)生實(shí)際應(yīng)力為132MPa，說(shuō)明該框架的強(qiáng)度仍有很大余量，仍有很大提升千斤頂載荷的空間。系統(tǒng)外部框架有限元分析結(jié)果見(jiàn)圖4-2。

圖4-2 外部框架的有限元分析結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

本次水上樁導(dǎo)管架簡(jiǎn)易調(diào)平系統(tǒng)能夠有效提高作業(yè)效率，節(jié)省船天，作為先行試驗(yàn)獲得成功，為后續(xù)香港LNG接收站投標(biāo)項(xiàng)目、渤中26-3PAPD三腿導(dǎo)管架海上安裝提供了指導(dǎo)意見(jiàn)，可以考慮將該方案逐步推廣至后續(xù)更多三腿、四腿導(dǎo)管架的調(diào)平及八腿導(dǎo)管架輔助調(diào)平等工程應(yīng)用。

目前，水上樁導(dǎo)管架簡(jiǎn)易調(diào)平系統(tǒng)提升了導(dǎo)管架調(diào)平效率，解決了部分導(dǎo)管架使用常規(guī)方法進(jìn)行調(diào)平困難的問(wèn)題，該施工方法已在海上施工中得到驗(yàn)證，也為后續(xù)類似工藝項(xiàng)目積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)和思路。