MSER：全球首個(gè)海上移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)完整性技術(shù)產(chǎn)品

CCS海工技術(shù)中心技術(shù)發(fā)展部 李紅濤

MSER系統(tǒng)是基于結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，由結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)錄入模塊、特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫模塊、狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫模塊及海洋環(huán)境條件數(shù)據(jù)庫模塊組成，通過結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)與有限元模型數(shù)據(jù)的無縫鏈接，可對海上移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速計(jì)算分析，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的井位安全評價(jià)、結(jié)構(gòu)安全評價(jià)、突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)、老齡移動(dòng)平臺(tái)評價(jià)與管理以及現(xiàn)場檢驗(yàn)計(jì)劃的制定等功能，以數(shù)據(jù)采集、結(jié)構(gòu)評價(jià)、制定檢驗(yàn)計(jì)劃及檢驗(yàn)實(shí)施為循環(huán)的管理模式，實(shí)現(xiàn)對海上移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的全生命周期管理。

MSER系統(tǒng)研發(fā)工作歷時(shí)兩年多時(shí)間，共建立了12個(gè)船型的SACS模型以及5個(gè)船型的ANSYS模型，進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，攻克了船體-樁腿連接的有限元建模技術(shù)、桁架式樁腿水動(dòng)力計(jì)算、自升式鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算、樁腳與土壤相互作用模擬計(jì)算以及基于Ansys二次開發(fā)等技術(shù)難點(diǎn)，并已在大量工程實(shí)踐中應(yīng)用，為移動(dòng)平臺(tái)安全生產(chǎn)作業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障，贏得了中海油服和相關(guān)油公司的贊譽(yù)。

目前， MSER系統(tǒng)正在為中海油服、勝利海洋局等船東服務(wù)，為船東決策提供了有力的技術(shù)支持，在業(yè)內(nèi)贏得良好口碑。MSER系統(tǒng)的應(yīng)用將進(jìn)一步提高大型海工裝備管理水平，增強(qiáng)CCS海工技術(shù)實(shí)力，提升CCS海工服務(wù)品牌形象。

結(jié)構(gòu)完整性管理技術(shù)，定義為保證海上移動(dòng)設(shè)施從投入運(yùn)營到退役期間全生命周期過程的適用性評價(jià)系統(tǒng)，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生改造、損傷、載荷變化、井位抗風(fēng)暴分析、延壽及應(yīng)急響應(yīng)時(shí)，此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對平臺(tái)結(jié)構(gòu)快速、連續(xù)及動(dòng)態(tài)評估，并為平臺(tái)的結(jié)構(gòu)損傷評價(jià)、適用性評估、檢驗(yàn)計(jì)劃、維護(hù)和修理等提供一個(gè)合理的解決方案。

結(jié)構(gòu)完整性技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于海上固定設(shè)施，如API、ISO組織已經(jīng)發(fā)布了相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)在墨西哥灣的海上固定平臺(tái)得到廣泛應(yīng)用。目前為止，結(jié)構(gòu)完整性技術(shù)在海上移動(dòng)平臺(tái)上的應(yīng)用尚處于空白，為保證海上移動(dòng)設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全，亟需開發(fā)一套適用于海上移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)完整性管理系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)、建造、投入使用，直至到最終退役全生命周期的安全管理，從而保證平臺(tái)使用者及時(shí)掌握平臺(tái)的技術(shù)狀況及使用的安全環(huán)境，發(fā)現(xiàn)安全隱患應(yīng)及時(shí)做出補(bǔ)救，同時(shí)為主管機(jī)關(guān)全面了解平臺(tái)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，制定合理的檢驗(yàn)計(jì)劃，確保平臺(tái)的安全運(yùn)營和科學(xué)管理。

中國船級(jí)社研發(fā)的移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)全生命周期管理系統(tǒng)，是一個(gè)基于結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的為移動(dòng)平臺(tái)井位作業(yè)能力分析、應(yīng)急響應(yīng)以及現(xiàn)場檢驗(yàn)提供服務(wù)的、以保證海上移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全為目的的大型管理信息系統(tǒng)（簡稱MSER系統(tǒng)，Model，Survey，Emergency Response）。該系統(tǒng)通過建立有限元模型數(shù)據(jù)庫，結(jié)合設(shè)計(jì)原始圖紙數(shù)據(jù)及生命期中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入（如改造、檢測），應(yīng)用有限元計(jì)算及理論分析，給出結(jié)構(gòu)安全評價(jià)結(jié)論，為檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場檢驗(yàn)、平臺(tái)日常維護(hù)和保養(yǎng)提供指導(dǎo)，當(dāng)平臺(tái)改變作業(yè)環(huán)境條件需要井位作業(yè)能力分析，以及出現(xiàn)意外事故需進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)時(shí)，能為船東快速?zèng)Q策提供技術(shù)支持。

圖1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫

圖2 狀態(tài)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)

圖3 有限元模型數(shù)據(jù)庫

圖4 海洋環(huán)境條件數(shù)據(jù)庫

MSER系統(tǒng)主要分為特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子系統(tǒng)、狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子系統(tǒng)、有限元模型子系統(tǒng)、檢測計(jì)劃生成子系統(tǒng)、狀態(tài)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)及網(wǎng)頁系統(tǒng)，合計(jì)6個(gè)子系統(tǒng)。

MSER系統(tǒng)的優(yōu)勢，首先是結(jié)構(gòu)完整性技術(shù)理念創(chuàng)新。國內(nèi)外首次創(chuàng)建了適用于海上移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)完整性技術(shù)，并形成技術(shù)產(chǎn)品——“海上移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)全生命周期管理系統(tǒng)（簡稱MSER系統(tǒng)）”，為海上移動(dòng)平臺(tái)建立起一套完整的連續(xù)、動(dòng)態(tài)、快速的結(jié)構(gòu)評價(jià)體系，通過對載荷變化數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)的有效管理及與結(jié)構(gòu)有限元模型的無縫鏈接，可對平臺(tái)結(jié)構(gòu)在任何時(shí)點(diǎn)、任何受載狀態(tài)下進(jìn)行快速結(jié)構(gòu)應(yīng)力評價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)全生命周期內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全管理，為作業(yè)、檢驗(yàn)、維修、應(yīng)急響應(yīng)等提供全面準(zhǔn)確的技術(shù)決策。

其次是，評估方法和實(shí)現(xiàn)手段創(chuàng)新。其攻克的一系列建模關(guān)鍵技術(shù)，奠定了評估技術(shù)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)打破了國外設(shè)計(jì)公司的技術(shù)壟斷，有力推動(dòng)了國內(nèi)形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海工裝備設(shè)計(jì)水平的發(fā)展；國內(nèi)外首次為海上移動(dòng)平臺(tái)建立起一整套完整的評估方法、評估流程和具體評估要求，并形成行業(yè)指南，規(guī)范了行業(yè)內(nèi)對移動(dòng)平臺(tái)營運(yùn)中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)評定方法；國內(nèi)外首次通過對ANSYS二次開發(fā),解決了平臺(tái)結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)數(shù)據(jù)和有限元模型數(shù)據(jù)的無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)了有限元模型數(shù)據(jù)的自動(dòng)更新，使得有限元模型始終保持為平臺(tái)結(jié)構(gòu)的最新狀態(tài)，快速響應(yīng)計(jì)算分析得以實(shí)現(xiàn)。

第三是，技術(shù)手段和服務(wù)模式創(chuàng)新。項(xiàng)目成果具極強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和完美的用戶體驗(yàn)，改變了以往對移動(dòng)平臺(tái)安全管理的技術(shù)手段和服務(wù)模式；國內(nèi)外首次提出了海上移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)理論，創(chuàng)建了具有CCS特色的應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)產(chǎn)品CCS-MODUERS，為海上移動(dòng)平臺(tái)突發(fā)事故的應(yīng)急響應(yīng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持；國內(nèi)首次編制了海上移動(dòng)平臺(tái)CCS、ABS、API規(guī) 范 校核自動(dòng)化計(jì)算的軟件程序；MSER系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，在船級(jí)社傳統(tǒng)的入級(jí)檢驗(yàn)服務(wù)基礎(chǔ)上，提供了優(yōu)質(zhì)的增值服務(wù)，尤其是作業(yè)井位安全評估、應(yīng)急響應(yīng)支持和老齡平臺(tái)適用性評估3個(gè)模塊的推出，極大程度上解決了平臺(tái)使用者的實(shí)際需求，指導(dǎo)了實(shí)際現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)，同時(shí)使得政府主管機(jī)關(guān)的管理要求更加清晰、明確，進(jìn)一步提升了我國海洋工程裝備的技術(shù)管理水平。

第四是，井位適用性評估技術(shù)創(chuàng)新。國內(nèi)外首次創(chuàng)建了海上移動(dòng)平臺(tái)井位作業(yè)安全評估方法和一般流程，并編寫相關(guān)指南，使得自升式和半潛式平臺(tái)進(jìn)入新的井位作業(yè)前，可按指南方法對平臺(tái)作業(yè)安全進(jìn)行預(yù)評估，并制定相應(yīng)措施，極大程度地保證了海上移動(dòng)平臺(tái)作業(yè)安全。通過大量的實(shí)踐檢驗(yàn)，井位作業(yè)安全評估技術(shù)已經(jīng)日臻完善，得到國內(nèi)外業(yè)界的高度認(rèn)可，其技術(shù)水平已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

CCS在產(chǎn)品開發(fā)過程中攻克的諸多關(guān)鍵技術(shù)，如井位作業(yè)安全評估技術(shù)、應(yīng)急響應(yīng)支持、船體和樁腿連接建模技術(shù)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算、樁土相互作用、半潛式平臺(tái)的錨泊耦合分析、半潛式平臺(tái)的氣隙計(jì)算等，打破了國外設(shè)計(jì)公司的技術(shù)壟斷，為國內(nèi)形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海工裝備設(shè)計(jì)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

CCS研制的具有中國特色的海洋工程裝備安全管理數(shù)據(jù)庫MSER系統(tǒng)，立足于當(dāng)前海洋工程裝備安全管理的迫切需求，著眼于海洋工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的未來方向，可有效提高企業(yè)海工裝備管理水平，增強(qiáng)了市場核心競爭力，有利于海洋石油企業(yè)與國際鉆井市場接軌，為招投標(biāo)、獲得鉆井合同提供了技術(shù)支持。例如MSER系統(tǒng)幫助中海油服鉆井業(yè)務(wù)成功走出國門，在墨西哥灣、波斯灣、北海等國際鉆井市場斬獲市場份額。

此研究成果增強(qiáng)了中國船級(jí)社的技術(shù)服務(wù)手段，改進(jìn)了服務(wù)模式，在傳統(tǒng)的入級(jí)檢驗(yàn)服務(wù)基礎(chǔ)上，為客戶提供了更加優(yōu)質(zhì)的增值服務(wù)?，F(xiàn)已成功應(yīng)用于中海油田服務(wù)有限公司的海上移動(dòng)平臺(tái)上，提升了公司裝備管理水平，節(jié)約了管理成本，共完成井位作業(yè)安全評估100余次，老齡移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全評估18座，應(yīng)急響應(yīng)支持18次，為中海油服帶來經(jīng)濟(jì)收益共計(jì)約146,937萬元人民幣。同時(shí)，還成功應(yīng)用于中石油集團(tuán)海洋工程公司的海上移動(dòng)平臺(tái)上，完成井位作業(yè)安全評估2次及應(yīng)急響應(yīng)1次，為中石油海洋工程公司創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約5000萬元人民幣。中石化勝利海洋鉆井公司、中海石油能源發(fā)展股份有限公司、上海長江旭普林工程股份有限公司也積極應(yīng)用該技術(shù)成果，先后完成5座超期服役移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估，確保了老齡移動(dòng)平臺(tái)的營運(yùn)安全。該項(xiàng)目成果的成功應(yīng)用為幾家公司節(jié)約了巨大資金，贏得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。