海上平臺拼裝式滑移底座設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李振衛(wèi)，劉東旭，韓樹杰，黃志力，段春陽，楊效昆

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引 言

面對油價低迷的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，以及海上油氣田開發(fā)高投入的成本壓力，液壓舉升修井裝置（hydroulic workover unit）以其超高性價比和良好的機(jī)動性，已在側(cè)鉆、完井、起下電泵、打撈、套銑封隔器、鍛銑套管、鉆水泥塞、棄井作業(yè)等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用［1-6］。但是，海上老平臺普遍存在甲板面積小、吊車能力小或因吊車降級使用導(dǎo)致吊裝能力不足等問題［7］。

為增加液壓舉升裝置修井作業(yè)的適用平臺的范圍，降低對平臺現(xiàn)有吊裝能力的要求，同時有效解決防噴器組試壓問題，本文針對液壓舉升裝置海上平臺修井作業(yè)工藝［7］和目標(biāo)平臺現(xiàn)場作業(yè)需求，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于液壓舉升裝置的可拆分成重量較小構(gòu)件的拼裝式滑移底座，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用測試，取得了良好效果。

1 拼裝式滑移底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)分析

拼裝式滑移底座主要用于為340 K型液壓舉升裝置修井作業(yè)提供支座和滑軌。滑移底座跨距12/18 m范圍可調(diào)，滿足渤海油田常見井口槽跨距要求；凈空高度不小于5 m，滿足11″5 000 psi防噴器組安裝及試壓要求。設(shè)備專業(yè)載荷為340 K液壓舉升裝置的干重和操作重，如表1所示。

表1 設(shè)備專業(yè)載荷Tab.1 Load of equipment

1.2 設(shè)計(jì)要求

結(jié)構(gòu)分析考慮所有設(shè)計(jì)工況，并且所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件名義應(yīng)力處于許用應(yīng)力范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以工作應(yīng)力法為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。作業(yè)、安裝和運(yùn)輸環(huán)境下的設(shè)計(jì)載荷參考GB/T 25428中相關(guān)規(guī)定確定，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速參考表2所示的設(shè)計(jì)風(fēng)速。

表2 設(shè)計(jì)風(fēng)速Tab.2 Design wind velocity

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拼裝式滑移底座由滑鞋、長滑軌、段滑軌、連接梁、支撐框架、防噴器組裝平臺構(gòu)成，如圖1所示。長滑軌與短滑軌通過銷軸固定并與兩端滑鞋相連，橫跨于現(xiàn)有海上采油平臺的滑軌上，防噴器組試壓臺設(shè)置在長滑軌底部靠平臺滑軌一側(cè)，用于對防噴器組進(jìn)行組裝和試壓；支撐框架跨立于兩平行的長、短滑軌上，用于懸掛防噴器組合配合液壓舉升裝置的安裝。各構(gòu)件之間采用銷軸和螺栓固定，可由拖輪將滑移底座運(yùn)輸至海上平臺，采用現(xiàn)場拼裝的方式進(jìn)行安裝，主要構(gòu)件單件重量均不超10t，對平臺吊車吊裝能力要求較低。拼裝式滑移底滑鞋位置可調(diào)，通過調(diào)整滑鞋位置可實(shí)現(xiàn)滑移底座跨距在12～18 m范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，適應(yīng)不同平臺的井口槽跨距要求，便于拼裝式滑移底座在不同平臺之間的搬遷和安裝。

圖1 拼裝式滑移底座結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of assembled sliding base

2 拼裝式滑移底座強(qiáng)度校核

2.1 強(qiáng)度校核說明

主要結(jié)構(gòu)的自重荷載由計(jì)算程序SACS自動計(jì)算生成。插入板、筋板、連接件等自重載荷由手工計(jì)算后作為點(diǎn)荷載、線荷載或面荷載施加到結(jié)構(gòu)模型上。其他未模擬的附件（如焊縫、筋板等）的自重荷載在結(jié)構(gòu)模型中按10%余量進(jìn)行考慮。環(huán)境載荷參照渤海某目標(biāo)平臺數(shù)據(jù)，以平臺頂層甲板的地震響應(yīng)加速度作為下底座準(zhǔn)靜力地震分析的輸入條件，地震響應(yīng)加速度為：X向0.09g；Y向0.09g；Z向0.045g。根據(jù)API RP 2A WSD中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行模擬［8-12］。

2.2 校核模型

本文采用SACS軟件建立分析模型，結(jié)構(gòu)模擬為三維空間剛架，對所有對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度有較大影響的構(gòu)件都進(jìn)行了詳細(xì)的模擬。對桿件起有效支撐作用的斜撐，按照其兩端工作點(diǎn)之間的長度修正有效長度。支撐重型設(shè)備的梁定義為主要構(gòu)件，其他梁定義為次要構(gòu)件，如圖2所示。下底座兩主梁采用Q345B拼接梁連接，下底座主梁約束情況如圖3所示，按平臺導(dǎo)軌跨距為18 m計(jì)算，在跨距兩端18 m處添加鉸接約束。

圖2 計(jì)算模型Fig.2 Calculation model

圖3 邊界條件Fig.3 Boundary conditions

2.3 結(jié)果分析

如表3所示，極端井位名義應(yīng)力校核結(jié)果顯示所有桿件均滿足規(guī)范要求。液壓舉升裝置下底座在最大載荷180 t和空載地震工況下，其UC值均小于1，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

表3 極端井位Tab.3 Extreme location

3 現(xiàn)場應(yīng)用

拆分后的滑移底座構(gòu)件由拖輪運(yùn)輸至目標(biāo)作業(yè)平臺，首先安裝滑鞋，保證滑鞋與平臺滑軌既能相對滑移又能限位固定。利用平臺吊機(jī)將滑軌吊至組裝位置，鉸接段放臨時支撐工裝，利用配套千斤頂對導(dǎo)軌進(jìn)行微調(diào)，對正導(dǎo)軌連接銷孔，插入連接銷并緊固。依次安裝導(dǎo)軌連接梁、防噴器組裝平臺和支撐框架。防噴器組在組裝平臺整體安裝完成并試壓合格后，滑移支撐框架將防噴器組整體懸吊至井口。圖4為現(xiàn)場組裝照片。

圖4 拼裝式滑移底座安裝Fig.4 Assembling of sliding base

拼裝式滑移底座已在渤海灣旅大油田、墾利油田2個雙井區(qū)平臺和南海番禺油田1個修井機(jī)故障平臺實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)用，配合液壓舉升裝置完成總計(jì)7口井修井作業(yè)，作業(yè)井深3 000～3 500 m，現(xiàn)場作業(yè)過程中定期巡檢拼裝式滑移底座，未發(fā)現(xiàn)異常。

隨著液壓舉升修井裝置的推廣應(yīng)用，渤海油田墾利區(qū)塊部分井口平臺在基設(shè)階段已經(jīng)將液壓舉升裝置作為備選修井機(jī)具納入油田開發(fā)建設(shè)方案中，在平臺組塊的上方預(yù)留對液壓舉升裝置安裝位置，后續(xù)如果生產(chǎn)需要可直接安裝液壓舉升裝置，進(jìn)行修井作業(yè)。拼裝式滑移底座作為液壓舉升修井裝置作業(yè)設(shè)備的一個重要組成部分，用于海上平臺修井作業(yè)，應(yīng)用前景非常廣闊。

4 結(jié) 語

（1）設(shè)計(jì)了一種可拆分為重量較小構(gòu)件的拼裝式滑移底座，使用該滑移底座配合液壓舉升裝置進(jìn)行海上平臺修井作業(yè)可大幅降低對平臺吊裝能力的需求。

（2）采用SACS軟件建模分析，該滑移底座滿足340 K型液壓舉升裝置最大載荷180 t和空載地震工況下的強(qiáng)度需求。

（3）拼裝式滑移底座可大幅減少液壓舉升裝置安裝拆卸工作量，縮減作業(yè)準(zhǔn)備工作周期，其在雙井區(qū)平臺和修井機(jī)故障平臺取得了良好的應(yīng)用效果。