導管架預調(diào)平與調(diào)平設(shè)計分析和實踐

王 斌，孟維超，于 亮，邵亮亮

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

導管架調(diào)平是導管架施工作業(yè)中技術(shù)難度最大、面臨問題最多、最具不確定因素的作業(yè)環(huán)節(jié)，也是關(guān)乎導管架施工質(zhì)量的重要部分。當遇到導管架需要調(diào)平時，通常需要臨時停止施工作業(yè)，并根據(jù)導管架實際水平度制訂出臨時的海上調(diào)平方案，從而額外增加海上作業(yè)時間。因此在導管架施工前若能提前做好導管架預調(diào)平方案，既能節(jié)省海上施工工期，也能保證導管架施工的質(zhì)量[1]。本文主要對渤海某油田中心平臺CEPB導管架調(diào)平設(shè)計進行分析，通過對比得到導管架調(diào)平的最優(yōu)方案，為其他導管架調(diào)平設(shè)計提供借鑒。

1 工程概況

渤海某油田中心平臺CEPB導管架為8腿浮托導管架，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

2017年12月，在對該平臺CEPB導管架就位場址進行多波束水深調(diào)查中發(fā)現(xiàn)就位海床位置不平，海床走勢基本為西低東高，B1-B4軸高差最大達0.7 m，見圖2。在規(guī)格書中要求導管架任意兩點相對高差不大于5‰[2-3]。導管架1-4軸間距為41 m，A-B軸間距為40 m，對角線長度為57.28 m，因此B1-B4相對高差應(yīng)≤41 m×5‰=0.205 m，而0.7 m＞0.205 m，因此按照此情況就位后，導管架水平度將超出水平度規(guī)定要求，需要對導管架進行調(diào)平預處理。

圖1 導管架吊裝結(jié)構(gòu)示意

圖2 導管架就位處海床走勢

2 導管架調(diào)平預處理方案

2.1 導管架就位處海床分析

為分析導管架就位處海床地貌情況，將導管架分成A1、A2、A3和B1、B2、B3六個區(qū)域，其中A1、A3和B1、B3為防沉板區(qū)域，見圖2。各區(qū)內(nèi)的數(shù)值為平均水深，導管架底水平層整個區(qū)域的平均水深為EL（-）27.74 m。

2.2 導管架調(diào)平預處理方案

導管架調(diào)平預處理方案一般為以下兩種[4]：

海床地貌處理方案。即通過吹泥、拋沙等手段，使海床地貌恢復平整，使其水平度初步滿足導管架就位要求。對于導管架預調(diào)平而言，此方案比較直接有效。

防沉板調(diào)整方案。即通過修改導管架防沉板的高度，使其能根據(jù)地貌的實際情況，適應(yīng)此時海床的高差，從而滿足導管架初就位的要求。

2.2.1 海床地貌處理方案

若采用海床地貌處理方案，通過計算需在圖3中紅色區(qū)域內(nèi)擺放水泥沙袋將海床填平。

紅色區(qū)域面積為16 m×26 m，填充水泥沙袋高度為0.4 m。估算水泥沙袋使用量為300 m3。

施工需在潛水支持船上完成?？紤]擺放精度的需求，施工時將處理區(qū)域面積擴大一些，向四周各延展2 m，如圖4所示，在擺放水泥沙袋區(qū)域使用長、寬均為1 m，高為0.4 m的大包水泥沙袋排列平鋪覆蓋，擺放完成后掃測水深，根據(jù)掃測結(jié)果在低洼部位補充擺放散裝沙袋。此方案預計工期30 d。

圖3 海床拋沙區(qū)域

圖4 地貌處理區(qū)域

2.2.2 防沉板處理方案

2.2.2.1 防沉板調(diào)整方案

CEPB導管架防沉板原設(shè)計方案為4整塊防沉板，防沉板中心與導管架標高EL（-）28.0m 水平層對齊，且已在陸地安裝完畢?，F(xiàn)采用調(diào)整防沉板的方案使導管架坐底滿足坐底水平度要求，各個防沉板區(qū)域的平均水深見圖2，對防沉板處理方案如下：

（1） 拆除B3區(qū)域平均水深27.3 m處的防沉板的鋪板，使此處防沉板不影響導管架坐底水平度。

（2） B1區(qū)域平均水深為27.95 m，因此在此區(qū)域防沉板下鋪設(shè)H300型鋼及8 mm厚鋼板使其整體加高300 mm，從而使B1區(qū)域與其他防沉板區(qū)域相對海床深度相近。

（3）將A1區(qū)域防沉板分為A11和A12兩塊，A11平均相對水深約為27.67 m，A12相對平均水深為27.88 m。導管架下水就位時，A11區(qū)域?qū)⒃缬贏12區(qū)域完成坐底，A12區(qū)域?qū)⒉糠謶铱?，使其不影響導管架整體水平度，因此A1防沉板區(qū)域不做處理。

處理后，防沉板相對于海床的總體高差見圖5。

圖5 防沉板處理方案

2.2.2.2 防沉板調(diào)整分析

防沉板設(shè)計環(huán)境條件為[5]：最大波高為3.05 m，最大波周期為5.50 s；表層流速為0.90 m/s，中層流速為0.80 m/s，底層流速為0.80 m/s。CEPB導管架海底表層土參數(shù)見表1。

表1 CEPB導管架海底表層土參數(shù)

對防沉板安全系數(shù)進行計算，結(jié)果見表2，從表2可以看出防沉板穩(wěn)性滿足要求。

表2 防沉板穩(wěn)性計算結(jié)果

另外，因防沉板調(diào)整使導管架重力、重心發(fā)生變化，見表3。

表3 防沉板調(diào)整前后重力、重心 （X、Y、Z）變化

防沉板調(diào)整后，通過對索具進行微調(diào)，微調(diào)后導管架吊裝索具長度偏差范圍都在0.25%范圍以內(nèi)，符合規(guī)范要求，不影響導管架起吊索具使用，見表4。

表4 導管架吊裝索具校核

綜上所述，防沉板修改方案滿足設(shè)計要求。

2.3 方案對比分析

對比以上兩種方案，導管架海床地貌處理方案耗時較長，且需在不確定因素更多的海上完成，耗時耗力；而防沉板處理方案可在導管架裝船前在導管架建造期間完成，節(jié)約成本。因此渤海某油田中心平臺CEPB導管架預調(diào)平處理方案采用了防沉板處理方案。

3 導管架防沉板調(diào)平方案的實施

3.1 調(diào)平吊點受力分析

導管架調(diào)平采用吊機起吊，一般采用單點或雙點調(diào)平，首先校核調(diào)平吊點最大可承受調(diào)平力。單吊點最大允許吊裝載荷19 492.5 kN，吊繩角度為90°；雙吊點最大允許吊裝載荷28 940 kN，吊繩角度為65°。根據(jù)以往項目經(jīng)驗，調(diào)平力最大可達到導管架重量的一半，CEPB導管架總重27 321 kN，調(diào)平吊點可滿足此次調(diào)平作業(yè)。

3.2 導管架下水就位后水平度

CEPB導管架下水就位并完成鋼樁安裝后，其水平度情況見表5。

表5 導管架就位后水平度

由表5可知，在經(jīng)過防沉板處理后，此時導管架下水后最低點為A1軸，其與B4軸高差為378mm，而理論要求差值按照對角線計算為57.28 m×5‰=286 mm，不滿足水平度要求。通過水平度分析，需要起吊A1軸，進行單點調(diào)平，使導管架水平度滿足要求。

3.3 導管架調(diào)平操作步驟[6]

（1）在鋼樁上以5 cm為單位進行標記，方便操作人員初步判斷水平度調(diào)整情況。

（2）連接預掛在導管架上的調(diào)平索具。

（3）緩慢起吊導管架A1軸，待調(diào)平力達到1 962 kN后，每增加500 kN力保持1 min，直到導管架相對鋼樁開始向上運動。此次作業(yè)最大調(diào)平力達到9 910 kN，此時導管架開始向上運動，并達到預設(shè)刻度，導管架滿足水平度要求。

（4）導管架達到滿足水平度要求的位置后，吊機保持勾頭受力，施工人員組對焊接各腿皇冠板。

（5）完成各導管架樁腿的3塊皇冠板焊接后，放松吊機，解除鋼絲繩。調(diào)平工作結(jié)束，繼續(xù)進行導管架其他作業(yè)。

CEPB導管架最終調(diào)平結(jié)果見表6，此時A1和B4軸二者之間高差為265 mm，滿足≤286 mm的水平度要求。

表6 導管架調(diào)平結(jié)果

4 結(jié)束語

通過一系列預處理方案及處理方案的實施，渤海某油田中心平臺CEPB導管架調(diào)平作業(yè)圓滿完成，保證了導管架的施工質(zhì)量，保障了未來組塊的安全與穩(wěn)定。此次調(diào)平作業(yè)可為其他同類項目提供參考。