埕島油田井口平臺(tái)結(jié)構(gòu)延壽改造技術(shù)

劉佳莉，崔書(shū)杰

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東東營(yíng) 257000）

1 概述

埕島油田位于山東省東營(yíng)市河口區(qū)北部渤海海域的2～18m水深的極淺海域，是我國(guó)在極淺海域開(kāi)發(fā)的第一個(gè)大油田，埕島油田地處黃河口水下三角洲的灘海交界地帶，場(chǎng)區(qū)海洋動(dòng)力、淺層工程地質(zhì)、海底動(dòng)力地貌條件十分復(fù)雜。

埕島油田井口平臺(tái)主要分為3種結(jié)構(gòu)型式：樁腿式井口平臺(tái)、直導(dǎo)管架式井口平臺(tái)、外套導(dǎo)管架式井口平臺(tái)。海洋環(huán)境及海底地質(zhì)條件惡劣，潮流強(qiáng)大，井口平臺(tái)要遭受風(fēng)、浪、流以及平整冰及流冰的沖擊作用，由于長(zhǎng)期受到海洋環(huán)境中的物理、化學(xué)、生物及機(jī)械作用。使平臺(tái)結(jié)構(gòu)在不同程度產(chǎn)生損傷后部分結(jié)構(gòu)失效，甚至使平臺(tái)倒塌[1]；根據(jù)延壽評(píng)估的結(jié)果，井口平臺(tái)出現(xiàn)不同程度的安全隱患。本文對(duì)井口平臺(tái)整體抗冰加固進(jìn)行分析研究。

2 井口平臺(tái)加固改造措施

對(duì)于海洋平臺(tái)常見(jiàn)的加固措施有局部加固、整體加固兩種基本方法。

2.1 局部加固

主要的方法有以下三種：

1）通過(guò)內(nèi)部灌漿加固。通過(guò)灌漿方式對(duì)桿件加固是一種重要而恰當(dāng)?shù)姆绞?。中心二?hào)生活平臺(tái)通過(guò)在樁腿間灌注水泥漿有效減少了平臺(tái)振動(dòng)。

2）外套卡箍或焊接外部加強(qiáng)肋板對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固。

3）打磨焊縫延長(zhǎng)疲勞壽命。通過(guò)對(duì)焊縫的打磨可改善焊接部分的疲勞壽命，但對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)焊縫裂紋的部位不適用。

4）焊接新的橫撐或斜撐等結(jié)構(gòu)桿件，使平臺(tái)受力重新分配，降低部分節(jié)點(diǎn)和桿件受力。

2.2 整體加固

整體加固是指將一個(gè)新結(jié)構(gòu)建在已建結(jié)構(gòu)旁邊，用新結(jié)構(gòu)來(lái)支撐已建結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造和安裝雖然工程難度大，但對(duì)存在問(wèn)題非常嚴(yán)重的已建結(jié)構(gòu)，整體加固能提供最好的解決方案。

3 井口平臺(tái)整體抗冰加固分析

3.1 分析軟件

結(jié)構(gòu)分析采用SACS（Structural Analysis Computer System） 軟件，SACS 程序是采用有限元法專用于海洋結(jié)構(gòu)工程的分析系統(tǒng)，是國(guó)際上比較先進(jìn)的被普遍使用的海洋工程結(jié)構(gòu)分析程序。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1 加固方案（一）：外打防護(hù)樁

計(jì)算時(shí)考慮8個(gè)方向的冰荷載，在井口平臺(tái)周圍增加4根抗冰防護(hù)樁，對(duì)井口平臺(tái)進(jìn)行整體加固，通過(guò)新建保護(hù)樁的破冰作用，減少原井口平臺(tái)樁腿的冰作用力，改善原樁腿的受力狀況。

方案采用4根Ф1 000mm 防護(hù)樁，樁入泥39m，在（+）2.0m 和（+）5.0m 處設(shè)Ф500mm 的水平撐，水平撐之間設(shè)Ф406mm 的斜撐，樁頂標(biāo)高（+）6.0m。加固樁與原井口平臺(tái)不設(shè)連接桿件，承受了主要的冰荷載，從而極大減少了原井口平臺(tái)的受力，對(duì)井口平臺(tái)起到了保護(hù)作用。

把原井口甲板和流程整體抬高到9.7m，同時(shí)在加固樁上新建上部組塊一座。在加固樁就位后，新建上部組塊采用吊裝方式安裝，外套新建上部組塊和原井口甲板設(shè)連接通道，解決了原井口平臺(tái)標(biāo)高不滿足規(guī)范要求的問(wèn)題。

通過(guò)計(jì)算分析，在極端冰荷載工況下，加固后平臺(tái)桿件最大應(yīng)力比為0.85，小于1.0，滿足規(guī)范要求（見(jiàn)表1）。管節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力比為0.629，小于1.0，滿足規(guī)范要求（見(jiàn)表2）。

表1 極端冰工況桿件最大應(yīng)力比

表2 管節(jié)點(diǎn)沖剪應(yīng)力匯總

各樁的承載力安全系數(shù)：極端工況下，壓樁安全系數(shù)最小為1.89，大于1.5；拉樁安全系數(shù)為1.88，大于1.5，計(jì)算表明承載力滿足規(guī)范要求。

因此井口平臺(tái)新建保護(hù)樁后，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足抗冰的要求，能夠?qū)谄脚_(tái)起到保護(hù)作用。

3.2.2 加固方案（二）：外套導(dǎo)管架平臺(tái)

在原井口平臺(tái)外新套導(dǎo)管架（見(jiàn)圖1），對(duì)井口平臺(tái)進(jìn)行整體加固，通過(guò)新建導(dǎo)管架的破冰作用，減少原井口平臺(tái)樁腿的冰作用力，改善原樁腿的受力狀況。

圖1 導(dǎo)管架平臺(tái)整體三維模型

外套導(dǎo)管架平臺(tái)主管采用Ф1 078×38mm、Ф1 058× 28mm，樁采用Ф900mm 的變徑樁，入泥44m。導(dǎo)管頂標(biāo)高為（+）5.0m，底標(biāo)高為（-）15.0m。在標(biāo)高（-）15.0m、（-）4.0m、（+）4.0m 處設(shè)水平拉筋，采用φ600mm 鋼管。（-）15.0m、（-）4.0m之間設(shè)豎向斜拉筋，采用φ500mm 鋼管。

把原井口甲板和流程整體抬高到9.7m，同時(shí)外套平臺(tái)上新建上部組塊一座，外套新建上部組塊以及原井口甲板設(shè)連接通道，解決了原井口平臺(tái)標(biāo)高不滿足規(guī)范要求的問(wèn)題。

通過(guò)計(jì)算分析，在極端冰荷載工況下，加固后平臺(tái)桿件最大應(yīng)力比為0.76，小于1.0，滿足規(guī)范要求。管節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力比為0.43，小于1.0，滿足規(guī)范要求。

極端工況下，壓樁安全系數(shù)最小為1.72，大于1.5；拉樁安全系數(shù)為1.95，大于1.5，滿足規(guī)范要求。

打保護(hù)樁及外加導(dǎo)管架都能徹底消除井口平臺(tái)抗冰能力不足的問(wèn)題，實(shí)際工程中可根據(jù)不同的平臺(tái)情況選擇合適的加固方案。

4 結(jié)論和建議

1）在各種工況組合中，結(jié)構(gòu)的水下斜撐管、樁基底部和水上橫撐管等部位應(yīng)力均較大，此處結(jié)構(gòu)較弱。對(duì)于水上結(jié)構(gòu)可通過(guò)增加水平撐等各種加固方式進(jìn)行加固，對(duì)于水下結(jié)構(gòu)目前沒(méi)有比較成熟的加固方式，一般考慮整體加固方式。

2）整體加固方式在埕島油田應(yīng)用比較成熟的有外防護(hù)樁和外套導(dǎo)管架兩種方式，均能對(duì)井口平臺(tái)起到整體抗冰保護(hù)作用，能夠解決井口平臺(tái)樁基承載力不足或樁本身強(qiáng)度不足的隱患。