張力腿平臺(tái)叢式立管安裝作業(yè)窗口分析＊

暢元江 張偉國 韓彬彬 陳 斌

（1．中國石油大學(xué)（華東）海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心 山東青島 266580； 2．中海石油（中國）有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067）

張力腿平臺(tái)叢式立管安裝作業(yè)窗口分析＊

暢元江1張偉國2韓彬彬1陳 斌2

（1．中國石油大學(xué)（華東）海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心 山東青島 266580； 2．中海石油（中國）有限公司深圳分公司 廣東深圳 518067）

在對(duì)立管安裝模型進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上，考慮叢式立管之間的干涉作用，提出導(dǎo)向架－導(dǎo)向繩作用模擬方法，建立了TLP叢式立管－導(dǎo)向架－導(dǎo)向繩耦合分析模型，形成了一種以平臺(tái)偏移值、表面海流流速組合參數(shù)形式確定TLP立管安裝作業(yè)窗口的分析方法及流程，并以我國南海某深水油井為例開展了TLP立管安裝作業(yè)窗口研究及參數(shù)敏感性分析，結(jié)果表明，TLP立管安裝至海底井口但尚未對(duì)接成功工況下安裝作業(yè)窗口最小，此時(shí)作業(yè)窗口在低流速區(qū)主要受立管回接連接器與豎直方向夾角限制，在高流速區(qū)主要受立管之間干涉的限制；隨著波浪的增加，立管安裝作業(yè)窗口逐漸變??；適當(dāng)增加導(dǎo)向架數(shù)量并合理布置有助于增大TLP立管安裝作業(yè)窗口；立管間距的減小會(huì)加劇叢式立管之間的干涉，從而使得TLP立管安裝作業(yè)窗口變小。本文相關(guān)方法和研究成果可為TLP叢式立管安裝作業(yè)提供理論依據(jù)。

張力腿平臺(tái)；叢式立管；安裝作業(yè)窗口；參數(shù)敏感性分析

張力腿平臺(tái)（TLP）以優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能和較高的作業(yè)效率滿足了降本增效的要求，在全球海域得到了較廣的應(yīng)用。TLP采用叢式井槽和叢式海底井口，可以滿足鉆井、完井、修井、生產(chǎn)等要求，適用于叢式井開發(fā)且維護(hù)方便。立管系統(tǒng)是連接TLP井槽和海底井口的工作通道，立管安裝作為海上油氣鉆采的第一步，作業(yè)時(shí)立管下端自由度較大，立管整體水平方向位移較大，易與其他已有立管發(fā)生干涉碰撞，嚴(yán)重威脅到TLP立管安裝作業(yè)的安全，因此有必要進(jìn)行TLP立管安裝作業(yè)安全性研究。

目前國內(nèi)外在TLP立管干涉碰撞分析方面已有一定研究，Huse［1］考慮叢式立管之間的遮蔽效應(yīng)，提出了計(jì)算下游立管海流拖曳力HUSE尾流模型；Koska等［2］從立管頂張力、渦激抑制裝置等方面提出了一種最小化TLP叢式立管干涉的方法；Xing等［3］提出了基于小波尺度圖動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析量化和探測立管碰撞的方法；He等［4］提出了一種基于時(shí)域分析節(jié)點(diǎn)位置信息后處理的用于評(píng)估海洋立管之間碰撞概率的方法；閻巖［5］、石云［6］、何楊［7］等采用商業(yè)分析軟件對(duì)深水立管的干涉問題進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上開展了立管局部碰撞仿真分析。在立管作業(yè)分析方面，Mike等［8］提出一種特定海流下TLP立管安裝作業(yè)平臺(tái)極限位置的確定方法；鞠少棟、劉康、王宴濱 等［9－12］針對(duì)深水隔水管連接、懸掛、測試作業(yè)提出了不同模式下的作業(yè)窗口分析方法；康莊 等［13］使用專業(yè)軟件ORCAFLEX對(duì)鋼懸鏈立管J形鋪設(shè)作業(yè)進(jìn)行了安裝作業(yè)窗口分析；Andrew Lennon［14］進(jìn)行了帶底端總成的海洋隔水管的下放與安裝分析，但沒有考慮立管之間的相互干涉。截至目前還沒有發(fā)現(xiàn)針對(duì)TLP叢式立管安全作業(yè)窗口的文獻(xiàn)報(bào)道。

本文針對(duì)我國南海東部某油田開發(fā)的迫切需要，開展了TLP叢式立管系統(tǒng)安裝作業(yè)窗口的研究，在對(duì)分析模型進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合TLP平臺(tái)立管系統(tǒng)作業(yè)工藝，考慮立管的強(qiáng)度和立管之間的干涉作用，提出了導(dǎo)向繩－導(dǎo)向架相互作用模擬方法，采用有限元分析軟件建立了TLP叢式立管－導(dǎo)向架－導(dǎo)向繩耦合分析模型，確定了TLP立管安裝作業(yè)限制準(zhǔn)則，形成了TLP叢式立管系統(tǒng)安裝作業(yè)窗口分析方法和流程，并以南海某油井為例開展了TLP立管安裝作業(yè)窗口研究及參數(shù)敏感性分析。本文相關(guān)方法與研究成果可為我國南海TLP叢式立管安裝作業(yè)提供理論依據(jù)。

1 TLP立管安裝作業(yè)窗口分析模型

TLP叢式立管系統(tǒng)如圖1所示，立管安裝過程中一般采用導(dǎo)向繩和導(dǎo)向架來引導(dǎo)立管安裝（圖2）。導(dǎo)向繩一般采用鋼絲繩，頂部與TLP相連接，下部與井口導(dǎo)向基盤相連接。導(dǎo)向架用來連接導(dǎo)向繩和立管，進(jìn)而限制立管的水平位移，防止其與其他已有立管發(fā)生碰撞。立管－導(dǎo)向架－導(dǎo)向繩的耦合和叢式立管之間的干涉是TLP立管安裝的主要特點(diǎn)。

圖1 TLP叢式立管系統(tǒng)Fig．1 TLP risers system

圖2 TLP立管安裝示意圖Fig．2 Installation diagram of TLP risers

TLP立管安裝作業(yè)立管－導(dǎo)向架－導(dǎo)向繩系統(tǒng)受力模型如圖3所示，立管頂部與平臺(tái)直接相連并受平臺(tái)振蕩作用，底部通過導(dǎo)向架與導(dǎo)向繩相連接，整個(gè)立管系統(tǒng)在海洋自然環(huán)境、自身重力和導(dǎo)向架約束力等載荷的作用下發(fā)生橫向變形，過大的變形會(huì)導(dǎo)致正在安裝的鉆井立管或者生產(chǎn)立管與其他已有生產(chǎn)立管發(fā)生碰撞。

圖3 TLP立管安裝作業(yè)立管－導(dǎo)向架－導(dǎo)向繩系統(tǒng)受力模型Fig．3 Stress model of TLP risers installation risers piperunguide line system

本文將導(dǎo)向繩簡化為一根鋼管（兩者抗拉強(qiáng)度和抗彎剛度相同），頂部隨平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，底部施加固定端約束。立管和導(dǎo)向繩都是承受波流聯(lián)合作用的細(xì)長管柱，其理論分析模型相同。波流聯(lián)合作用下管柱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型是位于豎直平面內(nèi)的梁在水平載荷作用下變形的偏微分方程［15］，即

式（1）中：EI為管柱的抗彎剛度，N·m2；T 為軸向力，N；y為水平方向位移，m；z為豎直方向高度，m；F（z，t）為作用于管柱單位長度上的水平作用力，包括波流聯(lián)合作用力、立管之間的相互作用力以及導(dǎo)向架與立管之間相互作用力，N；M 為管柱單位長度振動(dòng)質(zhì)量，包括管柱質(zhì)量、管柱內(nèi)包容物質(zhì)量以及單位長度的附連水質(zhì)量等，即

式（2）中：D 為管柱外徑，m；Di為管柱內(nèi)徑，m；ρs為管柱材料密度，kg／m3；ρm為管柱內(nèi)液體密度，kg／m3；ρw為海水密度，kg／m3；CM為附加質(zhì)量系數(shù)，無量綱，取2．0。

沿著來流方向，2根立管分別處于上游和下游位置。上、下游立管之間要通過流場形成遮蔽效應(yīng)，上游立管直接承受海流作用，計(jì)算水動(dòng)力載荷時(shí)取無干擾海流速度，采用修正的Morision方程求解作用在立管上的水動(dòng)力載荷，即

式（3）中：uw為波浪引起的水體流速，m／s；uc為海流引起的水體流速，m／s；aw為波浪引起的水體加速度，m／s2；CD為拖曳力系數(shù)，無量綱。

立管和導(dǎo)向繩結(jié)構(gòu)之間通過導(dǎo)向架連接，導(dǎo)向架連接處的立管與導(dǎo)向繩水平位移相同，可表示為

式（4）中：yriser為立管水平方向位移，m；yrope為導(dǎo)向繩水平方向位移，m；z0為導(dǎo)向架位置，m。

對(duì)于下游立管而言，由于上游立管對(duì)海流的遮蔽作用，其尾流場會(huì)引起下游立管處平均拖曳力折減。根據(jù)DNV－RP－F203規(guī)范中的 HUSE半經(jīng)驗(yàn)尾流分析模型［16］計(jì)算海流通過圓柱體后的尾流場，進(jìn)而求得處于上游立管尾流場中的下游立管處的海流流速，可表示為

式（5）～（7）中：Vd為下游立管處折減海流流速，m／s；k2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，本文取k2＝0．1；x、y分別為下游立管相對(duì)于上游立管的位置坐標(biāo)，m；V0為自由海流流速，m／s；k1為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，本文取k1＝0．25；xs為下游立管和上游虛擬尾流源之間的距離，m。

采用有限單元法進(jìn)行TLP立管安裝作業(yè)窗口分析模型求解，基于叢式立管力學(xué)分析模型，在非線性有限元分析軟件ABAQUS中建立TLP上游立管、下游立管、導(dǎo)向繩的有限元模型。其中，針對(duì)安裝立管和導(dǎo)向繩之間的結(jié)構(gòu)耦合問題，建模時(shí)將導(dǎo)向架等效為導(dǎo)向繩節(jié)點(diǎn)和立管節(jié)點(diǎn)之間的滑動(dòng)耦合約束；針對(duì)叢式立管的流場干涉問題，建模時(shí)對(duì)立管系統(tǒng)沿水深方向分為若干段切片，計(jì)算尾流場下游立管處的海流流速，以模擬上游立管對(duì)下游立管的海流屏蔽效應(yīng)，通過迭代分析可得到叢式立管系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)，然后判斷兩立管是否發(fā)生干涉。

2 TLP立管安裝作業(yè)窗口確定準(zhǔn)則及分析流程

TLP立管安裝作業(yè)主要受立管強(qiáng)度、變形和立管之間干涉的影響，綜合考慮各限制因素后形成了TLP立管安裝作業(yè)限制準(zhǔn)則，見表1。其中，立管最大等效應(yīng)力和懸掛點(diǎn)以下立管軸向力是為了確保立管安裝作業(yè)過程中立管系統(tǒng)不產(chǎn)生破壞和軸向不發(fā)生動(dòng)態(tài)壓縮；回接連接器與豎直方向之間夾角是為了保證立管順利回接到井口；立管之間干涉是叢式立管的典型特征，安裝過程應(yīng)避免立管之間發(fā)生碰撞［17］。

表1 TLP立管安裝作業(yè)限制因素Table 1 TLP risers installation job limiting factors

為了快速得到TLP立管安裝作業(yè)工況下的臨界平臺(tái)偏移值和表面海流流速值，提出了一種TLP立管安裝作業(yè)窗口臨界值搜索算法及分析流程，如圖4所示。其中，循環(huán)一開展TLP立管動(dòng)力學(xué)迭代分析，提取立管最大應(yīng)力、懸掛點(diǎn)以下立管軸向力和回接連接器與豎直方向之間夾角信息，參照TLP立管安裝作業(yè)限制準(zhǔn)則，采用一維非線性搜索獲取不同海流流速下的平臺(tái)許用偏移臨界值一，稱為安全作業(yè)邊界；循環(huán)二開展TLP叢式立管靜力學(xué)迭代分析，參照立管之間無干涉準(zhǔn)則，采用一維非線性搜索獲取不同海流流速下的平臺(tái)許用偏移臨界值二，稱為立管干涉邊界。因此，安全作業(yè)邊界和立管干涉邊界的交集即為TLP立管安裝作業(yè)窗口。

圖4 TLP立管安裝作業(yè)窗口分析流程Fig．4 Analysis procedure of TLP risers installation operational envelope

3 分析實(shí)例

以南海340 m水深的WL油井為目標(biāo)井，該井采用TLP進(jìn)行鉆完井和生產(chǎn)作業(yè)，鉆井立管和生產(chǎn)立管系統(tǒng)配置見表2。鉆井立管外徑為0．393 98 m，壁厚為0．020 6 m；生產(chǎn)立管外徑為0．273 05 m，壁厚為0．010 106 m。水動(dòng)力參數(shù)拖曳力系數(shù)在水深0～150 m時(shí)取1．2，水深150 m以下時(shí)取0．7；慣性力系數(shù)取2．0。

表2 南海340m水深WL井TLP鉆井和生產(chǎn)立管系統(tǒng)配置Table 2 TLP drilling risers system and productin risers system confiquration of Well WL in depth 340min the South China Sea

TLP只有一套鉆井立管，其余為生產(chǎn)立管。鉆井立管安裝時(shí)，下游立管為生產(chǎn)立管。立管初始間距4．5 m，假設(shè)導(dǎo)向架數(shù)量為1個(gè)，依據(jù)本文模型及流程計(jì)算的TLP鉆井立管分別下放25%、50%、75%和100%（立管系統(tǒng)最末端的回接連接器與海底井口即將對(duì)接，整個(gè)立管系統(tǒng)處于最長自由端狀態(tài)）等4種工況下安裝作業(yè)窗口如圖5所示，圖中綠色區(qū)域內(nèi)可安全進(jìn)行鉆井立管安裝作業(yè)，紅色區(qū)域內(nèi)實(shí)施鉆井立管安裝作業(yè)有風(fēng)險(xiǎn)。由圖5可以看出：立管下放25%工況下，立管安裝作業(yè)窗口只受安全作業(yè)邊界限制，這是由于此時(shí)下放立管長度較短，不易與下游生產(chǎn)立管發(fā)生干涉；立管下放50%、75%和100%工況下，立管安裝作業(yè)窗口在低流速區(qū)受安全作業(yè)邊界（回接連接器與豎直方向夾角）限制，在高流速區(qū)受立管干涉邊界限制，這是因?yàn)殡S著下放立管長度增加，立管橫向變形逐漸增大，易與下游生產(chǎn)立管發(fā)生干涉。對(duì)比可知，該井立管下放100%時(shí)TLP鉆井立管作業(yè)窗口最小，實(shí)施立管安裝作業(yè)最危險(xiǎn)，因此下面僅針對(duì)立管下放100%工況分析導(dǎo)向架數(shù)量、導(dǎo)向繩數(shù)量、立管頂張力、波浪及立管間距等參數(shù)對(duì)TLP立管安裝作業(yè)窗口的影響。

圖5 南海340m水深WL井TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口Fig．5 TLP production risers installation operational envelope of Well WL in depth 340min the South China Sea

3．1 導(dǎo)向架和導(dǎo)向繩數(shù)量對(duì)TLP立管安裝作業(yè)窗口的影響

不同導(dǎo)向架數(shù)量下WL井TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口如圖6所示，可以看出，隨著導(dǎo)向架數(shù)量的增加，允許TLP平臺(tái)偏移量增加，TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口也逐漸增大，立管安全作業(yè)邊界略有增大，而立管干涉作業(yè)邊界明顯增大。3個(gè)導(dǎo)向架時(shí)TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口只受立管安全作業(yè)邊界限制，立管之間不會(huì)發(fā)生干涉。這是由于導(dǎo)向架數(shù)量的增加使得鉆井立管更好地貼近導(dǎo)向繩，限制了鉆井立管的水平位移，更不易與下游立管發(fā)生干涉。故適當(dāng)增加導(dǎo)向架數(shù)量并合理排布有助于擴(kuò)大TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口。

圖6 南海340m水深WL井TLP鉆井立管導(dǎo)向架數(shù)量對(duì)立管安裝作業(yè)窗口的影響Fig．6 TLP drilling risers installation operational envelopes of different guide frame number of Well WL in depth 340m in the South China Sea

針對(duì)使用導(dǎo)向繩數(shù)量分別為2根、4根的工況計(jì)算得到的WL井TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口如圖7所示，可以看出，導(dǎo)向繩數(shù)量對(duì)TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口影響微小，其影響主要體現(xiàn)在對(duì)低流速區(qū)立管自身受力邊界和干涉邊界的擾動(dòng)。雖然導(dǎo)向繩數(shù)量對(duì)TLP立管安裝作業(yè)窗口的影響較小，但是推薦采用4根導(dǎo)向繩，可以增加導(dǎo)向架的空間穩(wěn)定性。

3．2 波浪對(duì)TLP立管安裝作業(yè)窗口的影響

不同波浪下WL井TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口如圖8所示，可以看出，隨著波浪的增強(qiáng)，允許TLP平臺(tái)偏移量減小，TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口也逐漸減小，其中立管安全作業(yè)邊界和立管干涉邊界均逐漸減小。這是由于波浪的增強(qiáng)使得環(huán)境更加惡劣，立管受力變形更大，故選擇合適的環(huán)境有助于安全實(shí)施TLP立管安裝作業(yè)。

圖7 南海340m水深WL井TLP鉆井立管導(dǎo)向繩數(shù)量對(duì)立管安裝作業(yè)窗口的影響Fig．7 TLP drilling risers installation operational envelopes of different guide line number of Well WL in depth 340m

圖8 南海340m水深WL井TLP鉆井立管波浪對(duì)立管安裝作業(yè)窗口的影響Fig．8 TLP drilling risers installation operational envelopes of different wave of Well WL in depth 340m in the South China Sea

3．3 立管間距對(duì)TLP立管安裝作業(yè)窗口的影響

不同立管間距下WL井TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口如圖9所示，可以看出，隨著立管間距的減小，允許TLP平臺(tái)偏移量減小，TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口也逐漸減小，主要受立管干涉邊界限制。這是由于立管間距的減小導(dǎo)致立管之間許用橫向變形空間減小，且加劇了上游立管對(duì)下游立管的屏蔽效應(yīng)，故在TLP設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮作業(yè)海域海況進(jìn)行井口及槽口間距設(shè)計(jì)。

圖9 南海340m水深WL井TLP鉆井立管間距對(duì)立管安裝作業(yè)窗口的影響Fig．9 TLP drilling risers installation operational envelopes of different riser space of Well WL in depth 340min the South China Sea

3．4 立管頂張力對(duì)TLP立管安裝作業(yè)窗口的影響

立管張力比（TTF）為張緊力與立管系統(tǒng)濕重的比例。下游生產(chǎn)立管張力比分別取1．8、2．3和2．8時(shí)計(jì)算得到的 WL井TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口如圖10所示，可以看出，下游立管頂張力對(duì)TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口影響微小，主要體現(xiàn)在對(duì)立管干涉邊界的影響，隨著下游立管頂張力的增大，立管干涉邊界逐漸縮小，導(dǎo)致TLP鉆井立管安裝作業(yè)窗口略有減小。這是由于下游立管頂張力的增大使得下游立管剛度增加，橫向變形減小，上游鉆井立管更易與之發(fā)生干涉。

圖10 南海340m水深WL井TLP鉆井立管下游立管張力對(duì)立管安裝作業(yè)窗口的影響Fig．10 TLP drilling risers installation operational envelopes of different TTF of Well WL in depth 340min the South China Sea

4 結(jié)論

1）本文提出了導(dǎo)向架－導(dǎo)向繩作用模擬方法，建立了TLP立管安裝作業(yè)立管動(dòng)力學(xué)分析模型，確定了TLP立管安裝作業(yè)限制準(zhǔn)則，主要包括立管應(yīng)力、軸向力、回接連接器轉(zhuǎn)角和立管干涉，形成了一種以平臺(tái)偏移值、表面海流流速組合參數(shù)形式確定TLP立管安裝作業(yè)窗口的分析方法，可以有效開展TLP立管安裝作業(yè)窗口分析。

2）以南海340 m水深WL油井為目標(biāo)井，開展了TLP立管安裝作業(yè)窗口研究及參數(shù)敏感性分析，結(jié)果表明：立管下放25%工況下，TLP立管安裝作業(yè)窗口最大，主要受安全作業(yè)邊界限制；立管下放50%、75%和100%工況下，立管安裝作業(yè)窗口在低流速區(qū)受安全作業(yè)邊界（回接連接器與豎直方向夾角）限制，在高流速區(qū)受立管干涉邊界限制。導(dǎo)向架數(shù)量、波浪環(huán)境和立管間距對(duì)TLP立管安裝作業(yè)影響顯著，導(dǎo)向繩數(shù)量和下游立管頂張力對(duì)TLP立管安裝作業(yè)影響較小，因此通過適當(dāng)?shù)脑黾訉?dǎo)向架數(shù)量、增大立管間距以及選取溫和的波浪環(huán)境條件進(jìn)行立管安裝作業(yè)，可以有效增大TLP立管安裝作業(yè)窗口，提高TLP立管安裝作業(yè)安全性能。

［1］ HUSE E．Interaction in deep－sea riser arrays［R］．OTC7237，1993．

［2］ KOSKA R，KACULI J，CAMPBELL M，et al．Minimizing interference between top tension risers for tension leg platforms［C］．Proceedings of the ASME2013 32nd International Conference on Ocean，Offshore and Arctic Engineering．OMAE 11182．Nantes，F(xiàn)rance：2013．

［3］ XING S，DAI W，MOORTHY D，et al．A new approach of quantifying top－tensioned risers clashing by using wavelet scalograms［C］．Proceedings of the ASME2015 34th International Conference on Ocean，Offshore and Arctic Engineering．OMAE2015－42337．Newfoundland，Canada：2015．

［4］ HE J W，LOW Y M．An approach for estimating the probability of collision between marine risers［J］．Applied Ocean Research，2012，35（3）：68－76．

［5］ 閻巖，張崎，黃一．基于張力腿平臺(tái)的頂張緊式立管碰撞分析［J］．上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2012，35（1）：1－6．YAN Yan，ZHANG Qi，HUANG Yi．Analysis of collisions between top tension risers on a tension leg platform［J］．Journal of Shanghai Scientific Research Institute of Shipping，2012，35（1）：1－6．

［6］ 石云，周曉東，曹靜，等．波流作用下的張力腿平臺(tái)頂張緊式立管干涉分析［J］．海洋工程裝備與技術(shù)，2015，2（2）：84－87．DAN Yun，ZHOU Xiaodong，CAO Jing，et al．Interference analysis of top tensioned risers for tension leg platform under wave and current［J］．Ocean Engineering Equipment and Technology，2015，2（2）：84－87．

［7］ 何楊，孫國民，趙天奉．深水立管干涉分析研究［J］．中國海洋平臺(tái)，2014，29（4）：46－50．HE Yang，SUN Guomin，ZHAO Tianfeng．Study on deepwater riser interference analysis［J］．China Offshore Platform，2014，29（4）：46－50．

［8］ CAMPBELL M，KACULI J，KOSKA R，et al．Maximizing drilling riser installation operability for TLP top tensioned risers［C］．Proceedings of the ASME2013 32nd International Conference on Ocean，Offshore and Arctic Engineering．OMAE 11181．Nantes，F(xiàn)rance：2013．

［9］ 鞠少棟，暢元江，陳國明，等．深水鉆井隔水管連接作業(yè)窗口分析［J］．石油勘探與開發(fā)，2012，39（1）：105－110．JU Shaodong，CHANG Yuanjiang，CHEN Guoming，et al．Envelopes for connected operation of the deepwater drilling riser［J］．Petroleum Exploration and Development，2012，39（1）：105－110．

［10］ 鞠少棟，暢元江，陳國明，等．深水鉆井隔水管懸掛窗口確定方法［J］．石油學(xué)報(bào)，2012，33（1）：133－136．JU Shaodong，CHANG Yuanjiang，CHEN Guoming，et al．Determination of the hang－off window for deepwater drilling riser［J］．Acta Petrolei Sinica，2012，33（1）：133－136．

［11］ 劉康，陳國明，暢元江，等．深水測試管柱作業(yè)條件下平臺(tái)偏移預(yù)警界限［J］．石油學(xué)報(bào)，2014，35（6）：1204－1210．LIU Kang，CHEN Guoming，CHANG Yuanjiang，et al．Warning control boundary of platform offset in deepwater test string［J］．Acta Petrolei Sinica，2014，35（6）：1204－1210．

［12］ WANG Y，GAO D，F(xiàn)ANG J．Mechanical behavior analysis for the determination of riser installation window in offshore drilling［J］．Journal of Natural Gas Science and Engineering，2015，24：317－323．

［13］ 康莊，張立，張翔．深水鋼懸鏈立管鋪設(shè)安裝作業(yè)窗口分析［J］．哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，37（1）：110－115．KANG Zhuang，ZHANG Li，ZHANG Xiang．Analysis of operability envelopes for pipe laying of deepwater steel catenary risers［J］．Journal of Harbin Engineering University，2016，37（1）：110－115．

［14］ ANDREW L，STEWART M，JONATHAN R．Analysis for Running and Installation of Marine Risers with End－Assemblies［C］．International Conference on Computational Methods in Marine Engineering．Oslo，Norway，2005．

［15］ 暢元江．深水鉆井隔水管設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用研究［D］．東營：中國石油大學(xué)（華東），2008．CHANG Yuanjiang．Design approach and its application for deepwater drilling risers［D］．Dongying：China University of Petroleum，2008．

［16］ DET NORSKE VERITAS．DNV RP F203 Riser interference［S］．DET NORSKE VERITAS，2009．

［17］ 宋強(qiáng)，張偉國，暢元江，等．TLP平臺(tái)串行立管系統(tǒng)干涉影響因素分析［J］．石油機(jī)械，2016，44（3）：51－57．SONG Qiang，ZHANG Weiguo，CHANG Yuanjiang，et al．A－nalysis of interference factors for TLP riser system［J］．China Petroleum Machinery，2016，44（3）：51－57．

Envelopes for the installation operations of TLP cluster risers

CHANG Yuanjiang1ZHANG Weiguo2HAN Binbin1CHEN Bin2
（1．Centre for Offshore Engineering and Safety Technology，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong266580，China；2．Shenzhen Branch of CNOOC Ltd．，Shenzhen，Guangdong518067，China）

Based on the theoretical research on TLP cluster riser installation processes and with the consideration of the interference between cluster risers，a simulation method for the guide line and guide frame was proposed．And a coupling analysis model of TLP cluster－risers－guide line－guide frame was developed．Analysis method and procedure for establishing the installation operation envelope were proposed，which was determined by the combination of such parameters as the drilling platform offset and the current speed．Taking a deepwater oil well in South China Sea as an example，a study on the installation operation envelope of TLP cluster risers and sensitivity analysis for the influencing factors were conducted．The results show that the operation envelope is narrowest when TLP risers touch the seabed but are not successfully connected．At this time point the envelope is mainly limited by the angle between the tie－back connector and the vertical in low current region，and by the riser interference in high current region．Waves have certain effect on TLP riser installation and stronger waves will lead to narrowing of the envelope．The number of guide frames has significant effect on TLP riser installation，so the envelope could be widened by increasing guide frames，which have also to be properly deployed．The operation envelope narrows with the decrease in the riser－spacing which can aggravate the interference between the risers．The research results and the relevant methods can provide practical basis for the installation operation of TLP cluster risers．

TLP；cluster risers；installation operation envelope；sensitivity analysis

TE52

A

暢元江，張偉國，韓彬彬，等．張力腿平臺(tái)叢式立管安裝作業(yè)窗口分析［J］．中國海上油氣，2017，29（5）：126－133．

CHANG Yuanjiang，ZHANG Weiguo，HAN Binbin，et al．Envelopes for the installation operations of TLP cluster risers［J］．China Offshore Oil and Gas，2017，29（5）：126－133．

1673－1506（2017）05－0126－08

10．11935／j．issn．1673－1506．2017．05．018

＊國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）課題“深水海底井口－隔水管－平臺(tái)動(dòng)力學(xué)耦合機(jī)理與安全控制（編號(hào)：2015CB251203）”、“十三五”國家科技重大專項(xiàng)“張力腿平臺(tái)鉆完井叢式立管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安全作業(yè)技術(shù)研究（編號(hào)：2016ZX05057－011）”、山東勝利石油裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)研院山東省海洋石油裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目“深水混合生產(chǎn)立管（HR）設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)研究（編號(hào)：KRKFJJ－01）”部分研究成果。

暢元江，男，博士，副教授，目前主要從事海洋鉆井裝備及其安全評(píng)價(jià)方面的研究工作。地址：山東省青島市黃島區(qū)長江西路66號(hào)中國石油大學(xué)（華東）海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心（郵編：266580）。E－mail：changyj＠upc．edu．cn。

2017－03－19 改回日期：2017－05－18

（編輯：葉秋敏）