自升式鉆井平臺懸臂梁負荷試驗方法研究

王鳳輝，孫廣斌，賀相軍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

自升式鉆井平臺懸臂梁負荷試驗方法研究

王鳳輝，孫廣斌，賀相軍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

懸臂梁負荷試驗是自升式鉆井平臺建造完工交付使用之前的關(guān)鍵試驗項目之一。以200 ft自升式鉆井平臺“海洋石油923”為例，針對懸臂梁負荷試驗方法做出了探索研究，試驗結(jié)果表明，此方法行之有效，具有操作簡便，安全可靠的優(yōu)點，為其它類似工程項目的順利實施提供了寶貴的經(jīng)驗和借鑒。

自升式鉆井平臺；懸臂梁；負荷試驗；方法

自升式鉆井平臺以其移動方便升降靈活，適應(yīng)水深范圍較廣（200 m以內(nèi)），定位能力強及自持能力長等優(yōu)點，在淺水海洋油氣勘探開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用[1-4]。1956年，世界上第一座三腿自升式鉆井平臺“天蝎號”在美國誕生，它是現(xiàn)代自升式鉆井平臺的雛形[5]。歷經(jīng)半個多世紀的發(fā)展，自升式鉆井平臺已從早期的槽口式發(fā)展到當(dāng)前的懸臂梁式[6]。槽口式鉆井平臺的作業(yè)范圍只能局限于平臺主體之內(nèi)，懸臂梁的使用是對鉆井平臺性能的重大改善[7]。通過懸臂梁的縱向移動和鉆臺的橫向移動，擴大了平臺一次就位的鉆井?dāng)?shù)量，從而大幅提高了鉆井作業(yè)效率，平臺操作的靈活性也大為改善，因此懸臂梁的強度直接關(guān)系到鉆井平臺的整體性能。

為了檢驗設(shè)計的科學(xué)性及合理性，驗證平臺的各項功能、性能能否達到設(shè)計要求，自升式鉆井平臺在建造完工交付使用之前要進行全面試驗，懸臂梁負荷試驗是其中一項關(guān)鍵試驗項目，其目的在于：

（1）通過施加試驗要求的載荷，使懸臂梁和平臺主體經(jīng)受最大的設(shè)計彎矩、剪力和撓度變形，驗證懸臂梁以及平臺主體支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工質(zhì)量是否達到足夠的強度。

（2）驗證管架區(qū)和鉆臺立根盒擺放重物綜合模擬負荷，懸臂梁能否滿足設(shè)計要求的縱向滑移位移。

（3）驗證鉆臺立根盒擺放重物模擬負荷，能否滿足設(shè)計要求的橫向滑移的位移。

（4）驗證井架靜載及鉆井游動系統(tǒng)負荷是否滿足設(shè)計要求。

本文以200 ft自升式鉆井平臺“海洋石油923”為例進行懸臂梁負荷試驗方法研究。

1 工程概況

200 ft自升式鉆井平臺“海洋石油923”是海洋石油工程股份有限公司首次承擔(dān)的鉆井船總包項目，該項目鉆井平臺為三樁腿，樁腿為三角形桁架，船型為三角形，最大作業(yè)水深60 m，最大鉆井作業(yè)深度6 000 m。平臺主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 “海洋石油923”主要參數(shù)

2 試驗參數(shù)

懸臂梁設(shè)計參數(shù)如表2所示，懸臂梁負荷試驗?zāi)芰θ绫?所示，試驗采用逐級加載的方法，試驗負荷由40%→60%→80%→100%逐步增加。

表2 懸臂梁設(shè)計參數(shù)

3 試驗前準備

3.1 試驗前檢查

（1）檢查確認平臺的井架、游車、頂驅(qū)、絞車安裝合格并通過功能測試。

（2）檢查確認電站、發(fā)電機系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、懸臂梁鉆臺滑移系統(tǒng)及鎖緊裝置、壓載系統(tǒng)、鉆井絞車操作系統(tǒng)等試驗完成，并滿足設(shè)計要求。

3.2 試重負荷及吊索具

管架負荷選用340 t的鋼板，立根盒負荷選用標定質(zhì)量為117 t的試重塊，可變負荷采用滿載質(zhì)量分別為35 t和25 t的水袋數(shù)個，通過向水袋充水以達到試驗所需的質(zhì)量。起吊水袋的吊索具額定載荷不小于450 t。

3.3 測量位置

施加的載荷將使懸臂梁和平臺主體承受最大的設(shè)計彎矩、剪力和撓度變形，懸臂梁及平臺主體的變形量采用水平經(jīng)緯儀測量記錄。變形測試位置分別為P1、P2、P3、P4、P5、P6、PH、S1、S2、S3、S4、S5、S6、SH，具體分布如圖1所示。

圖1 變形測量點分布圖

表3 懸臂梁負荷試驗?zāi)芰?/p>

4 試驗

平臺在試驗區(qū)域插樁升船至要求的氣隙進行預(yù)壓載穩(wěn)固樁腿，待樁腿穩(wěn)固后卸掉預(yù)壓載，升船至負荷試驗要求的氣隙，將平臺調(diào)至水平，通過詳細計算確保平臺可以承受試驗負荷。需要注意的是負荷試驗期間，風(fēng)速不能超過8級，浪高不超過1 m，如果超過以上數(shù)據(jù)，必須立即停止試驗。

4.1 懸臂梁縱向滑移0 ～ 12.19 m

（1）懸臂梁位于初始位置，管架區(qū)均勻擺放340 t鋼板，鉆臺立根盒均勻擺放117 t試重塊，確保船體處于水平狀態(tài)，并打開懸臂梁鎖緊裝置，使用水平經(jīng)緯儀測量初始變形數(shù)據(jù)。

（2）懸臂梁逐漸滑移至轉(zhuǎn)盤中心距艉封板12.19 m位置，使用水平經(jīng)緯儀測量變形數(shù)據(jù)，檢查滑移導(dǎo)軌、導(dǎo)向塊及其它運動部件是否有刮蹭、擠壓、變形等損壞。

（3）將懸臂梁移動復(fù)位至初始位置，復(fù)查滑移導(dǎo)軌有無變形或損壞。卸載管架區(qū)340 t鋼板。

4.2 懸臂梁縱向滑移至12.19 m，鉆臺位于中心線位置

（1）將懸臂梁縱向滑移至轉(zhuǎn)盤中心距艉封板12.19 m位置，鎖緊懸臂梁，檢查滑移導(dǎo)軌、導(dǎo)向塊及其它運動部件是否有刮蹭、擠壓、變形等損壞。

（2）使用游車將水袋吊起，向水袋注水，使其重量分別達到試驗負荷的40%、60%、80%、100%即達到180 t、270 t、360 t、450 t，每個步驟保持1 min后測量記錄變形數(shù)據(jù)。

（3）通過水袋排水逐步卸載可變負荷，測量記錄變形數(shù)據(jù)。

4.3 懸臂梁縱向滑移12.19 m，鉆臺右移至距中心線3.66 m位置

（1）將懸臂梁縱向滑移至轉(zhuǎn)盤中心距艉封板12.19 m位置，鎖緊懸臂梁，將鉆臺橫向右移至距船體中心線3.66 m的右舷處，測量記錄變形數(shù)據(jù)。檢查滑移導(dǎo)軌、導(dǎo)向塊及其它運動部件是否有刮蹭、擠壓、變形等損壞。

（2）使用游車將水袋吊起，向水袋注水，使其重量分別達到試驗負荷的40%、60%、80%、100%即達到154.4 t、231.6 t、308.8 t、386 t，每個步驟保持1 min后測量記錄變形數(shù)據(jù)。

（3）通過水袋排水逐步卸載可變負荷，測量記錄變形數(shù)據(jù)。

表4 懸臂梁負荷試驗懸臂梁及平臺主體變形測量數(shù)據(jù)

5 試驗結(jié)果

試驗數(shù)據(jù)（表4）經(jīng)過專業(yè)公司分析計算，分析結(jié)果表明本次試驗懸臂梁及平臺主體的變形量均在安全范圍之內(nèi)，充分驗證了懸臂梁以及平臺主體支撐的結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)束語

試驗結(jié)果分析表明，懸臂梁及平臺主體的變形量符合設(shè)計要求，驗證了懸臂梁及平臺主體支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性及合理性。

選用水袋作為可變負荷，并采用逐級加載的方法進行負荷試驗，具有操作簡便，安全可靠的優(yōu)點。工程實踐證明，本文對懸臂梁負荷試驗方法的探索研究取得了成功，為其它類似工程項目的順利實施提供了寶貴的經(jīng)驗和借鑒。

[1] 汪張?zhí)?，趙建亭．我國自升式鉆井平臺的發(fā)展與前景[J]．中國海洋平臺，2008，23（4）：8-13．

[2] 王定亞，莉萍．海洋鉆井平臺技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．石油機械，2010，38（4）：69-72．

[3] 竇玉玲，管志川，徐云龍．海上鉆井發(fā)展綜述與展望[J]．海洋石油，2006，26（2）：64-67．

[4] Arockiasamy M. Chapter 7-Framed and Gravity Offshore Drilling and Production Platforms, in Offshore Structures [M]. edited by Reddy D V and Arockiasamy M, Krieger Publishing Company, 1991.

[5] 陳宏，李春祥．自升式鉆井平臺的發(fā)展綜述[J]．中國海洋平臺，2007，22（6）：1-6．

[6] 陳宏．自升式鉆井平臺的最新進展[J]．中國海洋平臺，2008，23（5）：1-7．

[7] 王龍庭，王西錄，梁會高，等．國外自升式懸臂梁鉆井平臺結(jié)構(gòu)特點[J]．海洋石油，2009，29（4）：89-93．

Study of Cantilever Beam Load Test Method for Jackup Rig

WANG Fenghui, SUN Guangbin, HE Xiangjun
（Offshore Oil Engineering Co.Ltd.,Tianjin300451,China）

Cantilever beam load test is one of the most important methods for jackup rig before putting into service. In this paper, with 200 feet jackup rig “Offshore Oil 923” as an example, the method of cantilever beam load test has been discussed. The results proved that this method is effective, safe and easy to operate, which can provide valuable experience and reference for other engineering projects.

Jackup Rig; cantilever; load test; method

TE951

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.02.111

1008-2336（2014）02-0111-04

2013-11-03；改回日期：2013-12-12

王鳳輝，女，1981年生，熱能工程專業(yè)，工程師，碩士，主要從事海洋石油工程領(lǐng)域機械設(shè)計工作。E-mail：wangfh@mail.cooec.com.cn。