海洋工程平臺改裝的可行性設(shè)計分析

李清斌，周 玉，潘 振

（1. 渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010； 2. 遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001）

海洋工程平臺改裝的可行性設(shè)計分析

李清斌1，周 玉1，潘 振2

（1. 渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010； 2. 遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001）

摘 要：拋整平臺是為深水航道治理而研制的專用海洋工程平臺，在基床拋石整平施工任務(wù)結(jié)束后，平臺便一直處于閑置狀態(tài)。為了減少閑置平臺的維修保養(yǎng)等附加費用，降低試采油平臺的建造成本。通過計算分析對拋石整平平臺改裝為試采油平臺的可行性進行論證。并作為閑置或超出服役期限平臺改裝的一個典型參考實例。

關(guān) 鍵 詞：拋石整平；試采油；改裝；升降系統(tǒng)

拋整平臺是靠四條底端裝有靴板的樁腿站立在河床軟體排上，樁腿和平臺間用液壓升降裝置聯(lián)結(jié)，平臺移動時樁腿收起，離開河床漂浮。平臺作業(yè)時樁腿靴板坐底，液壓升降裝置將平臺升離水面，水平地固定在需要的高度上。平臺中部是空框，框邊安裝滑軌和滑塊。整平刮刀架置于滑塊中，可以上下調(diào)節(jié)定位高度。作業(yè)時牽引滑塊，刮刀推動基床面塊石達到整平的目的。拋石用安裝在平臺兩側(cè)的克令吊進行。電動抓斗從運石船抓石投入可以在刮刀架上移動的下料溜筒中，石料按需要定點拋到基床上。一次坐底就位可以整平 20 m，完成后收腿移至下一船位[1-3]。

圖 1 改裝前拋石整平平臺總布置圖Fig.1 General arrangement of riprap leveling platform before conversion

試采油平臺是平臺的采油模塊與海上井口對接，完成油氣的簡單氣液兩相分離并臨時儲存于油艙，并通過外輸系統(tǒng)與油輪對接完成原油外輸?shù)墓δ苄宰鳂I(yè)平臺[4]。本文通過可行性分析將該平臺改造為能滿足此種功能的海上試采油平臺。改裝前拋石整平平臺總布置圖如圖1所示。

1 方案設(shè)計確定的主要改裝項目

根據(jù)對原拋整平臺的現(xiàn)場勘驗和評審，確定在保持原拋整平臺的主尺度、升降系統(tǒng)及主發(fā)電機組不變的情況下進行改裝設(shè)計。改裝設(shè)計后的試采油平臺滿足沿海航區(qū)施工作業(yè)，近海航區(qū)調(diào)譴的要求，同時設(shè)計應(yīng)滿足 CCS 最新規(guī)范要求。主要改裝內(nèi)容如下：

⑴原平臺的刮刀架及其附屬設(shè)備拆除，拆除安裝在平臺中間的刮刀架、吊機、錨機、絞車及靠船排等設(shè)備；

⑵原平臺工作區(qū) 28 m×16 m×3.2 m（長×寬×高）改成原油儲備艙，油艙容量約 800 m3；

⑶平臺新增設(shè)一套火炬臂；

⑷按照規(guī)范要求在平臺上布置采油設(shè)備及設(shè)施；

⑸新增設(shè)一臺 5 t回轉(zhuǎn)吊機，吊臂長度 15 m 至20 m；

⑹生活樓移至甲板面以上，按照定員 14 人設(shè)計，一個2人間、三個4人間、一個廚房、一個浴廁室、一個冰機室、一個更衣室、一個應(yīng)急機；

⑺拆除原來的一臺停泊發(fā)電機組,新增加一臺應(yīng)急柴油發(fā)電機組；

⑻原消防系統(tǒng)拆除并重新設(shè)計，包括二氧化碳、水消防、泡沫消防系統(tǒng)；

⑼救生設(shè)備重新布置，并增設(shè)一臺 14 人救生艇；

⑽壓載系統(tǒng)及艙底水系統(tǒng)重新布置設(shè)計，并增設(shè)壓載泵等；

⑾新增加一臺燃氣發(fā)電機組；

⑿通訊系統(tǒng)重新布置設(shè)計，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)接口；

⒀根據(jù)平臺的功能性改變，船體、輪機、電氣、舾裝專業(yè)進行相關(guān)的改裝設(shè)計[5,6]。

改裝后試采油平臺總圖如圖2所示。

圖 2 改裝后試采油平臺總圖Fig.2 General arrangement of trial oil production platform after modification

2 起升狀態(tài)結(jié)構(gòu)強度計算分析

2.1 平臺主要計算參數(shù)

根據(jù)平臺拆除設(shè)備和增加結(jié)構(gòu)重量對比計算可得：4個樁腿的單樁升船重量均小于獨立升降單元額定舉升負荷 450 t,平臺改造后能夠滿足舉升作業(yè)工況升船要求（升船能力計算和其它計算過程本文不做詳細論述）。

表 1 平臺主要計算參數(shù)表Table 1 Main computing parameter table of platform

2.2 計算假設(shè)

本平臺就位預壓后工作時樁靴座在沙質(zhì)或泥土海底，平臺升至水面上。本平臺在改作業(yè)狀態(tài)計算模型簡化為兩端為由4只樁柱自由支撐。本平臺材料屈服極限sσ =235 MPa。

2.3 改裝后平臺主體結(jié)構(gòu)及樁柱受力簡化模型

改裝后平臺主體結(jié)構(gòu)及樁柱受力簡化模型如圖3所示。

圖 3 改裝后平臺主體結(jié)構(gòu)及樁柱受力簡化模型Fig.3 The simplified model of the main structure and the piles force of platform after modification

2.4 強度計算分析

(1)甲板板、船底板臨界應(yīng)力

a.甲板

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中：KC=4，E=2.1×105N/mm2, tb=10 mm, s=0.5 m

臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

b.船底

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中：KC=4，E=2.1×105N/mm2, tb=10 mm, s=0.5 m臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

(2)甲板及船底縱骨

a.甲板縱骨

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中： Ia=256.77 cm4, A=15.81 cm2,l=2.0 m臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

式中：β＝1.0

b.船底縱骨

理論彈性屈曲應(yīng)力

式中：Ia=256.77 cm4, A=15.81 cm2,l=2.0 m臨界應(yīng)力

工作應(yīng)力

式中：β＝1.0

2.5 結(jié)論

基于方案設(shè)計的改裝輸入條件，經(jīng)計算校核，改裝后的試采油平臺主體總縱強度足夠，拋整平臺改裝為試采油平臺的實施計算可行。

3 結(jié) 語

隨著十二五規(guī)劃對海洋油氣資源的開發(fā)，對海洋工程平臺的需求也顯得尤為迫切。但新建造的海洋工程平臺從設(shè)計、設(shè)備采購、現(xiàn)場建造到檢驗投產(chǎn)至少需要近 2 a 的周期，且新建平臺的建造成本較高。而改造閑置平臺由于平臺升降系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)主體不變，可以明顯縮短平臺的建造周期、減少平臺的建造成本。本文對平臺改裝的可行性分析，希望會給同行業(yè)擬盤活閑置平臺的用戶一些參考，也希望能與業(yè)內(nèi)人士共同探討和深層次的技術(shù)交流，共同尋求更優(yōu)化的設(shè)計理念[7]。

參考文獻：

［1］滕瑤，蘭公英，韓華偉,等．深水半潛鉆井平臺批量總裝建造模式研究[J]. 中國海洋平臺，2011，6(26):28-33．

［2］王鳳．海上采油平臺建設(shè)項目中評價研究[D]. 四川：西南石油大學，2012:12-18 .

［3］林俊文，丁曉潔，張春妍．淺談鉆井平臺就位采油平臺的風險及預防措施 [J]. 東方企業(yè)文化，2012，18:32-33．

［4］滕瑤，蘭公英，韓華偉,等．海洋工程平臺批量并行總裝建造模式研究[C]. 紀念顧懋祥院士海洋工程學術(shù)研討會論文集,2011.

［5］石紅珊． 深水單立柱采油平臺方案設(shè)計及穩(wěn)定性[D]. 上海：上海交通大學，2007:28-33．

［6］許四發(fā)．自升式拋石整平平臺船技術(shù)研發(fā)工藝探討[J]. 重慶交通學院學報，2006，3(25):148-152．

［7］李一勇，劉德進，陸連洲等．深水拋石整平船的建造于應(yīng)用[J]. 中國港灣建設(shè)，2010，增 1:136-141．

中圖分類號：TE 357

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2014）03-0394-03

收稿日期：2013-08-20

作者簡介：李清斌(1981-)，男，研究方向為海洋石油儲運技術(shù)。E-mail：23678192@qq.com。

通訊作者:潘振(1981-)，男，副教授，博士，研究方向為油氣儲運工程。E-mail：p6860770@126.com。

Feasibility Design and Analysis of Marine Engineering Platform Modification

LI Qing-bin1，ZHOU Yu1，PAN Zhen2
（1. China Petroleum Liaohe Equipment Company, Liaoning Panjin 124010, China；2. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Abstract:The rubble leveling platform is a dedicated marine engineering platform that is developed for deepwater channel regulation. After the task of riprap leveling for the base bed was completed, the platform was idle all the time. In order to reduce maintenance cost of idle platforms and reduce the construction cost of trial oil production platform, the feasibility of modifying the riprap leveling platform into the trial oil production platform was analyzed by calculation.

Key words:Riprap leveling; Trial oil production; Modification; Lift system