基于DP浮吊船的滑移下水駁船搖臂復(fù)位技術(shù)研究與應(yīng)用

陳凱超 王燕 楊杰 徐善志 任苒

摘? 要：該研究旨在對陸豐12-3項(xiàng)目中海洋石油229搖臂復(fù)位方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在導(dǎo)管架下水過程中，搖臂作為主要的受力結(jié)構(gòu)，隨導(dǎo)管架水平角度的變化而翻轉(zhuǎn)。導(dǎo)管架下水后搖臂需盡快復(fù)位，以確保駁船安全。復(fù)位過程需要考慮安全性、穩(wěn)定性及工作效率等多個方面的因素，設(shè)計(jì)合適的復(fù)位方案可以提高復(fù)位過程的安全性和效率。該研究采用CAD軟件對復(fù)位支架進(jìn)行建模，確定復(fù)位方向和復(fù)位工具，組織復(fù)位操作，并對復(fù)位效果進(jìn)行驗(yàn)證。通過對復(fù)位方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以為陸豐12-3項(xiàng)目中的海洋石油229提供可靠的搖臂復(fù)位方案，為其下水過程提供有力的保障。

關(guān)鍵詞：浮吊船；下水；搖臂；復(fù)位；回復(fù)力

中圖分類號：TE95? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）08-0045-05

Abstract： The purpose of this study is to optimize the reset method of offshore oil 229 rocker arm in Lufeng 12-3 project. In the launching process of the pipe frame， as the main force structure， the rocker arm overturns with the change of the horizontal angle of the jacket. The rocker arm of the jacket should be reset as soon as possible after launching to ensure the safety of the barge. Many factors such as safety， stability and working efficiency need to be considered in the reset process. Designing an appropriate reset scheme can improve the safety and efficiency of the reset process. In this study， the CAD software is used to model the reduction bracket， determine the reset direction and the reduction tool， organize the reduction operation， and verify the reduction effect. Through the optimal design of the reset method， we can provide a reliable rocker arm reset scheme for offshore oil 229 in Lufeng 12-3 project and provide a strong guarantee for its launching process.

Keywords： floating crane; launching; rocker arm; reset; resilience

海洋石油勘探開發(fā)中，固定式導(dǎo)管架平臺是目前最為經(jīng)濟(jì)且技術(shù)最為成熟的平臺之一，導(dǎo)管架平臺開發(fā)的難點(diǎn)在于大型導(dǎo)管架的安裝，此類導(dǎo)管架下水的方式通常采用滑移下水。在這一過程中，搖臂作為重要的受力結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著為導(dǎo)管架提供支撐力和保護(hù)導(dǎo)管架主體結(jié)構(gòu)的重要作用，是保證下水成功的關(guān)鍵。搖臂在導(dǎo)管架下水過程中隨水平角度的變化而發(fā)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。然而，由于搖臂通常重量較大，導(dǎo)致?lián)u臂復(fù)位成為一個挑戰(zhàn)性任務(wù)，需要綜合考慮安全、穩(wěn)定和效率等因素。這種導(dǎo)管架滑移下水后搖臂的復(fù)位問題，不僅對駁船自身的強(qiáng)度提出了更高的要求，也對搖臂復(fù)位技術(shù)提出了更為精確和嚴(yán)格的要求。那么該類搖臂使用什么方法復(fù)位，如何更高效，更安全復(fù)位，就成為了工程實(shí)際中急需解決的問題。

1? 背景介紹

導(dǎo)管架滑移下水是海洋石油勘探開發(fā)中常用的下水方式之一，它具有成本低、操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。然而，滑移下水的過程中，導(dǎo)管架及其附屬結(jié)構(gòu)所承受的力學(xué)性能要求極高，其安全性和穩(wěn)定性是下水成功的重要保障。搖臂作為導(dǎo)管架的一個重要受力結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著支撐導(dǎo)管架和保證下水成功的關(guān)鍵作用。

在現(xiàn)有的搖臂復(fù)位方法中，常規(guī)的方法需要大量人力和物力，操作風(fēng)險高；而自動化復(fù)位方法雖然可以提高效率，但需要高成本的設(shè)備支持，對于很多企業(yè)而言難以承擔(dān)，而且自動復(fù)位方案還有搖臂與導(dǎo)管架主體結(jié)構(gòu)碰撞的風(fēng)險[1]。本研究以駁船海洋石油229為例，針對搖臂復(fù)位問題，通過復(fù)位方案和工具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過實(shí)際操作驗(yàn)證復(fù)位效果，旨在提供一種可靠有效的解決方案，為滑移下水過程中搖臂復(fù)位帶來創(chuàng)新思路和方法。

新設(shè)計(jì)搖臂復(fù)位專用門字框?qū)蚪Y(jié)構(gòu)。系固纜系固于搖臂首部吊軸，由麻繩固定在搖臂上，待導(dǎo)管架下水后，系固纜另一端通過八字扣連接過橋纜，過橋纜上端通過鉤頭纜由浮吊船起吊，起吊力通過門字框發(fā)生變向，從而完成搖臂復(fù)位。

2? 方案介紹

2.1? 復(fù)位方案所需結(jié)構(gòu)與物料

方案中主要構(gòu)成要件如圖1所示。

海洋石油229：運(yùn)輸駁船，負(fù)責(zé)導(dǎo)管架的運(yùn)輸，滑移下水等工作。其參數(shù)見表1。

海洋石油201：負(fù)責(zé)提供復(fù)位力。其參數(shù)見表2。

搖臂：在導(dǎo)管架滑移下水時能夠隨導(dǎo)管架水平角度的變化而翻轉(zhuǎn)，從而分散導(dǎo)管架局部應(yīng)力，減小壓強(qiáng)，保護(hù)導(dǎo)管架主體結(jié)構(gòu)[2]。

門字框：改變復(fù)位力方向，作用相當(dāng)于定滑輪。

系固纜：？椎80×28 m高強(qiáng)纜，一端系固于搖臂首部吊柱，沿?fù)u臂預(yù)布，用麻繩固定，另一端固定于甲板。待導(dǎo)管架滑移下水后，與過橋纜用“八字扣”連接。

過橋纜：？椎80×20 m高強(qiáng)纜，連接系固纜與鉤頭纜。

鉤頭纜：？椎80×10 m高強(qiáng)纜，上端直接連接鉤頭，下端通過150 t卡環(huán)連接過橋纜。

2.2? 復(fù)位方案

在本方案中，系固纜從門字框中通過，門字框起到萬向滑輪的作用。頂部滑動滾軸套在門字框上，以減小纜繩與門字框之間的摩擦。此外，為了避免卡環(huán)無法通過門字框的問題，系固纜和過橋纜采用了“八字扣”連接方式。綜合HYSY229船艉處甲板面布置，基于DP動力定位浮吊船進(jìn)行的搖臂復(fù)位作業(yè)的特點(diǎn)，考慮復(fù)位過程中搖臂受力分析，復(fù)位門字框設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。門字框布置在駁船滑道的兩端，整體布置如圖3所示。

搖臂復(fù)位詳細(xì)過程如下。

1）隨著導(dǎo)管架完成滑移下水，搖臂傾斜到最大角度85°，此時系固纜經(jīng)由八字扣形式連接到過橋纜，過橋纜上端用卡環(huán)連接鉤頭纜，鉤頭纜上部連接到提升鉤頭。如圖4所示。

在工程實(shí)際中因?yàn)榭ōh(huán)體積過大難以通過門字框，因此，使用八字扣連接（圖5）系固纜和過橋纜，簡化施工過程，且有效地減少了摩擦力。

2）提升鉤頭力，扯斷系固纜固定麻繩，使八字扣通過門字框。如圖6所示。

3）繼續(xù)提升鉤頭力，浮吊提供的復(fù)位力逐漸將搖臂復(fù)位，在這個過程中回復(fù)力為搖臂浮力和纜繩拉力，傾斜力為搖臂結(jié)構(gòu)重力和搖臂內(nèi)水重力，圖7所示時刻為搖臂與水線面夾角45°。

隨著搖臂角度逐漸回復(fù)，鉤頭施加的回復(fù)力與搖臂接近垂直，拉力力矩達(dá)到最大值，浮力逐漸減小。搖臂的傾斜力包括搖臂重力和壓載水重力力距也在逐漸減小。圖8所示為搖臂與水平面角度為30°。

角度減小到30°以下，重心位置回落到駁船一側(cè)，重力變?yōu)榛貜?fù)力，浮力完全消失，傾斜力為搖臂水重力。繼續(xù)提升鉤頭高度，載荷逐漸減小，直至搖臂水平，此時搖臂復(fù)位完成。如圖9所示。

2.3? 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)計(jì)算

為了分析搖臂的受力狀態(tài)，本研究選取85°、45°、30°和0° 4個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)作為樣本，計(jì)算搖臂上的各個作用力，包括搖臂自身重力、進(jìn)水艙內(nèi)水的重力、搖臂浸水部分的浮力、浮吊提供的復(fù)位力，以及轉(zhuǎn)軸處駁船提供的支持力。其中搖臂的重心X=FR0+1 967 mm；Y=0；Z=13 434 mm，其總重量為716 724 kg。搖臂重心位置如圖10所示。

搖臂各部分構(gòu)件的重量重心見表3。

以搖臂處于45°時的狀態(tài)為例，搖臂受力分析如圖11所示。

根據(jù)力矩平衡原理，浮吊的提升力P=（G1×L1+G2×L2-G3×L3）/L，具體受力計(jì)算見表4。

浮吊所能提供的最大拉力為800 t，遠(yuǎn)高于所需的浮吊提升力，符合工程要求。

為了確保門字框足夠強(qiáng)度以承受負(fù)荷，本文使用ANSYS進(jìn)行有限元分析，進(jìn)行強(qiáng)度校核[3]。將250 t的負(fù)荷施加到框架平面偏轉(zhuǎn)18°的方向上，結(jié)果顯示極限強(qiáng)度因子UC為0.90，強(qiáng)度滿足工程要求[4]。

2.4? 優(yōu)勢分析

相比于原方案[5]，采用絞車+滑輪組拉動搖臂進(jìn)行復(fù)位的方法，通過液壓絞車拖動滑輪組，帶動纜繩，作用力于系固纜柱。本研究提出的新方案采用了更加簡潔有效的復(fù)位方案和更少量的作業(yè)工具，剔除絞車滑輪組進(jìn)行的拖拉作業(yè)，避免因復(fù)位纜剮蹭搖臂而使復(fù)位方案失效，避免了因兩側(cè)絞車操作誤差而受力不均，從而大大縮短了作業(yè)時長，降低了作業(yè)耗費(fèi)的資源和成本，用時消除原方案存在的隱患。同時，新方案的工具設(shè)計(jì)更加合理，避免了復(fù)位纜繩與搖臂固定筋板干涉的問題，提高了復(fù)位效果和安全性。綜合來看，新方案具有操作簡便、耗費(fèi)資源少、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，為搖臂復(fù)位問題的解決提供了更加可靠和有效的方案和工具。

3? 結(jié)論

本研究以海洋石油229為例，以陸豐12-3項(xiàng)目為依托，對搖臂復(fù)位方法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過實(shí)際操作驗(yàn)證了此方案的可行性。結(jié)果表明，本文提出的優(yōu)化復(fù)位方案和工具可以有效地解決搖臂復(fù)位過程中的問題，與原方案對比具有高效率、低成本、低風(fēng)險的特點(diǎn)，并且具有較高的安全性和可操作性[6]。此外，本研究對海洋石油勘探開發(fā)領(lǐng)域中的搖臂復(fù)位現(xiàn)存問題進(jìn)行了深入探討和分析，并提出了可靠的解決方案和創(chuàng)新思路。這些成果不僅為搖臂復(fù)位問題的解決提供了一種新的思路和方法，同時也為滑移下水過程中的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了一定的參考和借鑒價值。

綜上所述，本研究對于海洋石油勘探開發(fā)領(lǐng)域中的搖臂復(fù)位問題的解決具有一定的實(shí)際應(yīng)用和推廣價值，為日后同類的搖臂復(fù)位作業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和思路。

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