深水導(dǎo)管架滑移下水的安裝分析

姜廣都

摘 要：導(dǎo)管架滑移下水是安裝重型導(dǎo)管架的一種常見的方式，隨著我國對海上深水油田的進一步開發(fā)，吸收國外的先進經(jīng)驗，掌握這方面的分析技術(shù)并使之應(yīng)用于我國深水開發(fā)工程尤為緊迫。本文對導(dǎo)管架滑移下水安裝過程的方法進行了分析論述。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管架；滑移下水；安裝技術(shù)

深水導(dǎo)管架的下水、扶正、座底、調(diào)平、打樁和灌漿等是導(dǎo)管架海上安裝連續(xù)完成的作業(yè)內(nèi)容。如果有預(yù)鉆井的水下基盤，在導(dǎo)管架扶正后還有“對接”的環(huán)節(jié)。下水是深水導(dǎo)管架安裝過程中必不可少的環(huán)節(jié)。對于大型深水導(dǎo)管架的海上安裝，當(dāng)其自重超過現(xiàn)有浮吊的最大吊力時，采用滑移下水的方法就是唯一可行的安裝方法。如何經(jīng)濟、安全地進行深水導(dǎo)管架的滑移下水成為海洋工程必不可少的熱點問題之一。

1 導(dǎo)管架滑移下水安裝過程

滑移下水的導(dǎo)管架由主結(jié)構(gòu)和下水桁架組成，下水桁架底部設(shè)置2條平行的帶有連續(xù)性滑靴的下水腿，下水腿間距與駁船上左右2條滑道相同。下水駁船甲板上設(shè)置有滑道，在船艉部設(shè)置有與滑道齊平的主搖臂和次搖臂各1個，搖臂使導(dǎo)管架在即將脫離駁船的階段即導(dǎo)管架轉(zhuǎn)動時所受的反力為一分布力，不致使結(jié)構(gòu)受到破壞。為減少搖臂對導(dǎo)管架的反力，一般要求導(dǎo)管架的頂部（小頭）先下水。

導(dǎo)管架由駁船上滑移下水，首先在傾斜的駁船上由外力（液壓缸或絞車）推動克服滑靴與滑道間的靜摩擦力，其后在傾斜的滑道上靠自身重力的作用滑移，最后通過下水駁船的搖臂滑入水中。典型的導(dǎo)管架滑移下水過程如下：①對駁船調(diào)載，使下水駁船傾斜達到預(yù)定的角度和預(yù)定的吃水線；②切割縱向固定板（件），用液壓缸或絞車帶動導(dǎo)管架滑移；③導(dǎo)管架在駁船上向前滑移時重力作用的變化使駁船更加傾斜，這時導(dǎo)管架依靠自重繼續(xù)滑移；④當(dāng)導(dǎo)管架滑移到一定位置時，船頭的搖臂開始旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)管架從傾斜的搖臂上滑下，為避免導(dǎo)管架受到損傷，在導(dǎo)管架底部到達搖臂之前，導(dǎo)管架和搖臂應(yīng)分離；⑤導(dǎo)管架在水中達到最大潛水深度，靠自身浮力轉(zhuǎn)動上升，最終漂浮在水面，一般情況下，導(dǎo)管架的“小頭”略高出水面。

2 滑移下水分析

2.1 分析內(nèi)容

滑移下水分析的主要內(nèi)容包括：導(dǎo)管架的運動軌跡是否安全穩(wěn)定，如導(dǎo)管架和駁船、泥面的安全間隙等；導(dǎo)管架和駁船的強度；導(dǎo)管架是否以安全的方式脫離搖臂；導(dǎo)管架在下水過程中和最終的漂浮位置是否穩(wěn)定；在意外破損充水情況下，導(dǎo)管架下水的安全穩(wěn)定性；導(dǎo)管架構(gòu)件是否可抵抗水壓力（波浪拍擊力）等。海上施工過程被認為是可控的過程。施工分析的目的就是通過詳細模擬分析得出最佳的施工方式和過程，并保證施工過程安全。導(dǎo)管架滑移下水分析是為了預(yù)測和選擇其最佳的下水過程，確定駁船的吃水深度、縱傾角度和搖臂最大允許角度等，從而保證導(dǎo)管架和駁船在下水過程中的安全，并篩選出此過程中最不利的工況進行結(jié)構(gòu)強度校核。

2.2 分析方法

在導(dǎo)管架滑移下水過程中，導(dǎo)管架和駁船都是運動物體。模擬物體運動過程采用動態(tài)平衡原理，即運動物體的慣性力和其所受外力是瞬時平衡的。利用該平衡方程來求解物體運動過程，用時間歷程分析法，即時域分析法。導(dǎo)管架滑移下水過程是在水中的一個三維空間運動過程。在數(shù)值模擬分析中，要考慮動水拖曳力、動水慣性力、駁船和導(dǎo)管架的相互作用力、桿件慣性力、重力和浮力等。駁船和導(dǎo)管架的相互作用是指在初始階段駁船和導(dǎo)管架被約束在一起的運動，這種約束在方程的剛度矩陣里考慮。

2.3 參數(shù)分析

參數(shù)分析的目的是優(yōu)化駁船的預(yù)定下水參數(shù)，以便得到可接受的下水軌跡和使導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)應(yīng)力在下水過程中最小。駁船主要預(yù)定下水參數(shù)包括駁船吃水、縱傾角度和主搖臂的最大允許傾角。受此3參數(shù)影響的主要因素包括：搖臂最大受力；當(dāng)搖臂傾斜時，下水腿在搖臂上的最小長度；駁船最大浸沒深度；導(dǎo)管架最大入水深度；導(dǎo)管架水平桿所受的波浪最大拍擊速度；下水期間駁船的穩(wěn)性，駁船縱向強度等。駁船的吃水、縱傾角度和搖臂的最大允許傾角對以上分析結(jié)果都有影響，進行其詳細的參數(shù)分析可確定合理的參數(shù)，使以上結(jié)果成為可以接受的，并得到優(yōu)化的駁船下水過程。

2.4 下水軌跡分析

下水分析是模擬導(dǎo)管架和駁船在下水過程中的運動狀態(tài)。該分析用三維時域模擬技術(shù)的專業(yè)計算機程序預(yù)測實際的下水過程，下水模擬分析的關(guān)鍵是用計算模型模擬得是否精確和對分析結(jié)果的判斷。計算模型包括導(dǎo)管架和駁船的模型。對于導(dǎo)管架，不但要準(zhǔn)確模擬主結(jié)構(gòu)，還要模擬對其下水有影響的附屬構(gòu)件，如防沉板、卡樁器等，尤其要對導(dǎo)管架的重力和分布進行詳細模擬。

2.5 結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)分析是根據(jù)導(dǎo)管架下水過程模擬分析所得到的結(jié)構(gòu)受力情況來校核導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)強度。從導(dǎo)管架完全支撐在駁船上到導(dǎo)管架離開駁船為止，整個過程是一個連續(xù)的受力過程，受力的大小和方式不斷變化。在導(dǎo)管架未脫離駁船之前，受力較大的過程是導(dǎo)管架處在搖臂上轉(zhuǎn)動時，此時導(dǎo)管架除受波浪拍擊和靜水壓的作用外，搖臂對導(dǎo)管架的反力較集中。導(dǎo)管架下水腿在滑移下水過程中有2種受力狀態(tài)：一是當(dāng)下水腿的管節(jié)點通過搖臂中心時導(dǎo)管架下水腿受到集中力作用；二是當(dāng)下水腿的相鄰節(jié)點間的管段受搖臂反力作用時，導(dǎo)管架下水腿受到分布力的作用。

綜上所述，從目前看，深水導(dǎo)管架的下水安裝分析無論是在理論上還是在計算機程序上都是比較成熟的，其模擬過程和實際操作過程基本符合，在安全和穩(wěn)定上有保障。

參考文獻：

[1]楊曉剛.深水導(dǎo)管架滑移下水的安裝分析技術(shù)和設(shè)計方法[J].中國海上油氣，2015，15（3）：4-10.