劉 波，楊 亮，田其磊，高定全

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

海洋平臺上部組塊吊裝方案優(yōu)化分析

劉 波，楊 亮，田其磊，高定全

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

渤海灣內(nèi)某平臺上部組塊由四層甲板、一座生活樓和修井機(jī)三個部分組成，受起重船吊裝能力的限制，生活樓結(jié)構(gòu)單獨(dú)吊裝，組塊與修井機(jī)一起吊裝。文章從吊裝安全性、便利性方面考慮，通過運(yùn)用SACS軟件對吊裝過程進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，通過對比修井機(jī)置于作業(yè)區(qū)域采用吊裝框架吊裝、修井機(jī)置于避讓區(qū)域進(jìn)行直接吊裝、修井機(jī)位于作業(yè)區(qū)域進(jìn)行直接吊裝三套方案，優(yōu)選出修井機(jī)位于作業(yè)區(qū)域進(jìn)行直接吊裝的最佳方案。

海洋平臺；上部組塊；吊裝；方案優(yōu)化

0 引言

本文所述平臺位于渤海灣內(nèi)，為四腿鋼制導(dǎo)管架井口平臺，工作水深21.6 m，工作點(diǎn)間距20 m×18 m。平臺立面結(jié)構(gòu)如圖1所示。平臺組塊上設(shè)置一座30人的生活樓，平臺上層甲板的布置滿足修井機(jī)進(jìn)行鉆修井作業(yè)要求。上部組塊結(jié)構(gòu)共包括四層甲板：上層甲板、中層甲板、下層甲板和工作甲板。以平均水平面為基準(zhǔn)，各層甲板的標(biāo)高分別為25、20、15、11 m。受起重船吊裝能力的限制，上部組塊結(jié)構(gòu)需要分兩部分進(jìn)行吊裝：生活樓結(jié)構(gòu)吊裝，組塊與修井機(jī)結(jié)構(gòu)吊裝。其中組塊質(zhì)量2200t，修井機(jī)質(zhì)量140 t。本文主要介紹組塊與修井機(jī)結(jié)構(gòu)一起吊裝的方案分析，組塊的吊點(diǎn)設(shè)置于組塊軸線上4個立柱的頂端。

圖1 平臺立面

1 組塊與修井機(jī)一起吊裝的作業(yè)特點(diǎn)

此組塊吊裝有以下兩個特點(diǎn)：其一，由于組塊總體工藝布置的需要，組塊整體偏心較大。其二，修井機(jī)位于組塊的最上層甲板，與組塊一起吊裝（平臺頂層甲板布置如圖2所示），吊裝時吊繩容易與修井機(jī)結(jié)構(gòu)碰撞從而造成損壞。組塊吊裝時修井機(jī)可以放置在上部甲板的兩個位置，見圖3。

根據(jù)以上分析，組塊吊裝方案的選擇主要從以下三方面考慮：

（1）組塊偏心對吊繩力與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。

（2）吊裝過程中吊繩與修井機(jī)結(jié)構(gòu)的碰撞防護(hù)。

圖2 上層甲板平面示意

圖3 修井機(jī)放置區(qū)域

（3）組塊施工的經(jīng)濟(jì)性、便利性以及安全性。

基于以上考慮，本文選取三種吊裝方案進(jìn)行分析比較。

2 吊裝方案

2.1 修井機(jī)置于作業(yè)區(qū)域采用吊裝框架吊裝

此吊裝方案示意見圖4，組塊上設(shè)置4個吊點(diǎn)，修井機(jī)位于作業(yè)區(qū)域，采用吊裝框架吊裝。吊裝框架由管材焊接而成，吊裝框架上部4條吊繩連接起重船吊鉤，下部4條吊繩連接組塊。由于修井機(jī)位于工作區(qū)，可以通過調(diào)整修井機(jī)的位置改善組塊偏心情況。以立柱對角線交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，此方案下組塊的重心水平位置為-0.31 m、3.57 m。采用SACS軟件對組塊進(jìn)行吊裝結(jié)構(gòu)分析，經(jīng)過計算得到此方案上部吊繩的最大拉力為11 760 kN，下部吊繩的最大吊拉力為10 620 kN。所有與吊點(diǎn)連接的主要傳力構(gòu)件按照2.0的動力系數(shù)計算，其他按1.35的動力系數(shù)計算，桿件應(yīng)力比均小于許用值，滿足規(guī)范要求。

圖4 修井機(jī)置于作業(yè)區(qū)采用吊裝框架吊裝示意

2.2 修井機(jī)置于避讓區(qū)直接吊裝

此方案的組塊上吊點(diǎn)設(shè)置以及結(jié)構(gòu)形式與吊裝方案2.1相同，4條吊繩與起重船吊鉤以及平臺吊點(diǎn)直接連接，吊裝布置方案如圖5所示。由于修井機(jī)位于避讓區(qū)，遠(yuǎn)離組塊中心，增加了組塊重量偏心。此方案下組塊的重心水平位置為-0.31 m、4.63m。采用SACS軟件對組塊進(jìn)行吊裝結(jié)構(gòu)分析計算，最大吊繩拉力為10880 kN。所有與吊點(diǎn)連接的主要傳力構(gòu)件按照2.0的動力系數(shù)計算，其他構(gòu)件按1.35的動力系數(shù)計算，桿件應(yīng)力比小于許用值，滿足規(guī)范要求。

圖5 修井機(jī)置于避讓區(qū)直接吊裝示意

2.3 修井機(jī)置于作業(yè)區(qū)域直接吊裝

此方案的組塊上吊點(diǎn)設(shè)置以及結(jié)構(gòu)形式與吊裝方案2.1相同，修井機(jī)放置于作業(yè)區(qū)域。吊裝布置方案如圖6所示。由于修井機(jī)位于工作區(qū)，可通過調(diào)整位置，改善組塊重量偏心情況。此方案的修井機(jī)位于吊繩內(nèi)部，為防止吊繩對修井機(jī)結(jié)構(gòu)的碰撞破壞，需要保證吊繩與修井機(jī)有一定的間隙，修井機(jī)位置的調(diào)整受一定的限制，不能達(dá)到方案2.1的調(diào)整效果。本吊裝方案組塊的重心水平面位置為-0.31 m、3.85 m。采用SACS軟件對組塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝分析計算，計算得到的最大吊繩力為10 880 kN。所有與吊點(diǎn)連接的主要傳力構(gòu)件按照2.0動力系數(shù)計算，其他按1.35的動力系數(shù)計算，桿件應(yīng)力比均小于許用值，滿足規(guī)范要求。為了防止吊繩在起吊過程中與修井機(jī)結(jié)構(gòu)碰撞，甲板上增設(shè)了跨越修井機(jī)的索具防護(hù)平臺 （見圖7），起到了預(yù)掛索具和保護(hù)修井機(jī)的作用。

3 方案比較優(yōu)選

對于以上方案，分別從增加輔助鋼材、施工經(jīng)濟(jì)便利性方面進(jìn)行了比較。對比分析結(jié)果見表1。

從以上對比結(jié)果可以看出：方案2.1是此種組塊結(jié)構(gòu)吊裝的常規(guī)方法，可以通過修井機(jī)位置調(diào)整改善平臺重心偏心，并且采用吊裝框架可保證吊繩與修井機(jī)有足夠空間而不發(fā)生碰撞。但是該方案吊裝框架的輔助用鋼量最大，吊裝框架需要高強(qiáng)鋼約200 t，使用的安裝器具卡環(huán)的數(shù)量是方案2.2和2.3的3倍。索具是方案2.2和2.3的2倍，安裝器具多，海上施工時間較長。另外增加吊裝框架以及安裝器具使整個系統(tǒng)的安全風(fēng)險增大。綜上所述，方案2.1不予選用。

表1 吊裝方案對比

方案2.2不需要輔助鋼材，吊繩與修井機(jī)在吊裝過程也沒有碰撞危險，但是由于修井機(jī)位于避讓區(qū)，增加了組塊偏心，同時也增加了修井機(jī)結(jié)構(gòu)在拖航中的風(fēng)險。

方案2.3的輔助用鋼量很少，僅需要設(shè)置15 t左右的索具平臺，跨越修井機(jī)對修井機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，索具預(yù)先安裝在索具防護(hù)平臺上，避免了吊裝起鉤過程中索具與修井機(jī)的碰撞，同時也節(jié)省海上安裝時間。由于修井機(jī)位于工作區(qū)域，有助于減小組塊偏心，因此降低了吊繩力，最大吊繩力為10 260 kN，小于方案2.2的10 870 kN。修井機(jī)位于工作區(qū)上部的甲板中間區(qū)域，保證了修井機(jī)在拖航工況中的安全。通過以上甄選比較，方案2.3被選定為施工方案，并在組塊吊裝中成功實(shí)施。

[1]謝彬，高瑞力，謝文會.新型組塊吊點(diǎn)的設(shè)計和應(yīng)用[J].中國海上油氣，2008，20（4）:264-266.

[2]王寧，徐田甜.西江23-1油田平臺模塊海上吊裝優(yōu)化設(shè)計[J].石油礦場機(jī)械，2007，36（8）:26-30.

[3]API 2A-WSD-2000，Recommended Practice for Planning，Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design[S].

Optimum Scheme Analysis for Lifting Topside of Offshore Platform

LIU Bo（Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,YANG Liang,TIAN Qi-lei,et al.

The topside of an offshore platform in Bohai Bay is composed of four layers of deck,one living building and one workover rig.Because of limited capability of the crane vessel,the living building is hoisted alone but deck module and workover rig are hoisted together.As considering reliability，economy and implementing convenience,the software SACS is used for the structural strength analysis during hoisting.Three hoisting schemes are compared,i.e.workover rig placed at operation zone then hoisted with the help of a lifting frame,workover rig placed at keep-out zone then hoisted directly,and workover rig placed at operation zone then hoisted directly.Finally,the third scheme is chosen as the best one.

offshore platform;topside module;hoisting;scheme optimization

P751 TE54

B

1001－2206（2011）04－0024－03

劉 波 （1977-）遼寧興城人，工程師，2005年畢業(yè)于天津大學(xué)海洋工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事海洋石油工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

2010-10-14