渤海采油平台新增桩腿技术研究.pdf

设备管理与维修2023 翼10（下）指标层备选方案理想方案 A0A1A2A3A4作业量适应性 C111.001.000.500.501作业内容适应性 C121.000.330.500.331作业环境适应性 C130.500.501.000.331可靠性 C211.001.000.501.001自动化程度 C220.500.331.000.501环保性 C230.500.501.000.501机械作业平均效率 C240.330.330.501.001设备总投资 C310.631.000.560.731投资回收期 C320.521.000.590.471年平均利用率 C330.500.331.000.501年折旧费 C340.631.000.560.731表 16指标层指标关联系数计算值表 17关联度及优劣次序方案A1A2A3A4关联度 R0.570.480.610.77优劣次序3421参考文献1陈庆芳.高速公路养护机械配置模型研究 D.西安：长安大学，2012.2李秀君，李春龙，李梦晨，等.基于多层次模糊灰色耦合理论的高等级公路养护机械设备配置方案评价 J.上海理工大学学报，2014，36（1）：86-96.3廖红强，邱勇，杨侠，等.对应用层次分析法确定权重系数的探讨 J.机械工程师，2012（6）：22-25.4 JTG H10-2009，公路养护技术规范 S.编辑李波0引言目前渤海油田正处于高速发展的阶段，在役采油平台的井槽数量及甲板面积已经难以适应油田二次开发和规模扩大的需求。由于新建平台的周期长且成本高，渤海油田依托现役平台设计建造了多座新增桩腿，以便外挂井槽增打调整井或增加设备，最大限度发挥现役平台能力的同时，缓解了钻井平台及浮吊资源的紧张。经实践证明，此开发模式具有投资少、见效快且适应性强的特点，创造出良好的经济效益。1新增桩腿项目的设计基础及设计原则本文选取 4 个具有代表性的渤海海域的新增桩腿项目进行对比分析，以得到此类项目的设计基础条件和设计基本原则（图1图 4）。另外，还对各项目的结构形式、用钢量和吊装重量进行统计，作为经济概算的依据，对于未来类似项目的开发具有一定指导意义。1.1改造工程概况渤海采油平台主要的新增桩腿项目改造工程情况见表 1。1.2设计基础条件渤海采油平台主要的新增桩腿项目设计基础条件见表 2。1.3设计原则1.3.1总体布置设计基本原则（1）总体设计的基本原则为依托现役平台，充分利用现有设摘要：针对渤海地区采油平台新增桩腿方案的基础条件、主轴间距、桩腿设计及海上安装等关键条件与技术，总结方案设计的基本原则，应用 SACS 软件对新增桩腿及上部组块进行结构强度分析，并应用 ANSYS 软件对局部杆件进行有限元分析，确定方案的可行性。经实践证明，通过新增桩腿可以外挂井槽以增加井槽数量，扩大甲板面积、增加平台产量、提高处理能力，同时还可以实现缩短海上钻井作业的工期、节省钢材用量的目的，有效降低油气田开发开采成本。关键词：新增桩腿；外挂井槽；调整井作业；结构设计；海上安装中图分类号：TE953文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10D.22渤海采油平台新增桩腿技术研究董振宇1，田德鹏1，黄小明2，赵威2（1.中海石油（中国）有限公司曹妃甸作业公司，天津300459；2.中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津300452）图 1SZ36-1 WHPJ 平台新增桩腿项目輩輱设备管理与维修2023 翼10（下）图 2旅大 10-1 WHPA 平台新增桩腿项目图 3BZ26-2 WHPA 平台新增桩腿项目施，尽量减少投资和海上施工工作量。在保证新增组块与现役平台间隙足够的情况下，应减小新增桩腿与现役平台桩腿的距离。这不仅有利于保证新老平台连接后的整体强度，而且节约用钢量。如有必要，还应考虑现役平台的延寿评估问题。（2）对于有钻井需求的新增桩腿项目，应预留足够数量的井槽，综合考虑钻修井方式、钻井船二次就位、现役平台吊机能力及是否有新增吊机的需求、靠船方向等因素，合理选择新增桩腿的位置。在充分满足新增桩腿与隔水套管安全距离的情况下，新增桩腿适宜设计为直桩以减少海上打桩的难度。（3）对于钻井小平台以及接污平台的设计可综合考虑。既可以二者共存，也可以在钻井小平台上增设临时构件以满足钻井作业的需求，钻井结束后将其改造为接污平台。但在设计井口区结构时，应注意避让钻井小平台。（4）新增平台的隔水套管设计应考虑冰堵塞的情况，隔水套管与新增桩腿之间的距离应大于 1.5 m，有利于隔水套管安装及后期采油树的作业。（5）应控制新增平台悬臂甲板的跨度，控制甲板变形。在布置设备时应使大型设备尽量远离悬伸甲板。（6）在前期设计阶段，应根据后期的改造情况考虑是否为平台预留泵护管、电缆护管或立管。（7）如果考虑利用现役平台钻修机作业，应考虑钻修机滑移到新增井口时是否有钻修机改造需求，是否需要对相关设备（如泥浆泵、罐，柴油罐及管子堆场等上部设施）进行移位，新增平台是否有足够空间摆放这些设备。（8）如果利用钻井船打井，需预先提供钻井船的主尺度和桩靴间距等数据，并确认隔水套管是由工程贯入导管或由钻井设备下套管，同时应确认钻井船的悬臂梁可以覆盖的最大范围。1.3.2新增桩腿设计基本原则（1）在项目运行之前应尽可能地收集资料，如现役平台的最新环境参数、地质资料、陆地及海上施工完工报告、服役期内历次改造内容及检测评估报告、周边现有海底管线完工报告及最新探摸结果等。（2）应考虑钻井船桩靴脚印是否与新增桩腿周边现有海底管线干涉，如果新增桩腿为单斜，则应结合实际情况考虑桩靴是否与新增桩腿干涉。（3）应密切关注现役平台的桩基承载力，避免在承载力余量不足的桩腿附近布置大型设备。（4）新增桩腿在入泥深度的选择方面，在满足安全要求的前提下应充分考虑海上打桩的难度，必要时可以考虑将持力层设计为硬的黏土层。（5）新增桩腿应合理进行桩的分段，一般渤海区域将桩分为 3 段。泥面处和反弯点处不应设计为接桩点，同时应使用厚壁段。（6）根据桩腿有无斜度设计，组块与导管架连接方式为过渡段或倒盲板：如果新增桩腿为直桩宜设计为倒盲板，以减少组块安装时就位的难度；如果新增桩腿为斜桩则宜设计为过渡段，实现桩腿由斜改直的过渡。（7）根据最新的环境条件对新老平台桩腿进行校核，对平台的重量进行严格控制。（8）核实新增桩腿与现役平台的连接部分加厚段长度，是否满足规范要求。1.3.3海上安装设计基本原则（1）由于新增桩腿是完全依托于现役平台，因此可能在新增图 4SZ36-1 WHPE/G 平台新增桩腿项目輩輲设备管理与维修2023 翼10（下）技术参数名称SZ36-1 WHPJSZ36-1 WHPE/G BZ26-2 WHPA LD10-1 WHPA海域水深/m31.430.2（E）/30.5（G）21.2030.8在役平台结构形式4 腿 4 桩4 腿 4 桩6 腿 6 桩4 腿 4 桩工作点设计标高/mEL（+）6.3EL（+）7.2（E）/EL（+）6.9（G）EL（+）7.0EL（+）7.2工作点平面特征尺寸/m26.0伊11.015.0伊13.030.0伊18.020.0伊17.4在役平台桩径伊壁厚/mm1372137215241372在役平台桩入泥深度/m5460（E）/80（G）5782新增桩腿入泥深度/m5460（E）/75（G）55.568.5新增桩腿桩径/mm1524152415241524新增隔水套管直径/mm610610/914无508/914平台井口数4伊4=165伊7=353伊5=154伊9=36新增外挂井口数2伊4=83伊4=12（610）/1伊4=4（914）02伊4=8（508）/1伊4=4（914）操作工况设计风速/（m/s）23.0724.822.322.9设计流速/（m/s）1.321.681.041.2极端工况设计风速/（m/s）30.7633.332.330.8设计流速/（m/s）1.712.051.531.5操作工况设计波浪高度 H/m6.446.47.35.8周期 T/s8.28.810.18.3极端工况设计波浪高度 H/m8.058.87.79.0周期 T/s9.112.310.69.7设计最低气温/益-18-21.6-15-18表 2渤海在役采油平台新增桩腿项目设计基础条件对比桩腿的安装过程中发生大量的干涉问题，在项目初期就应该充分评估可能出现的问题并一一核实。主要干涉的内容有：淤新增桩腿是否与预定位置周边现有海管干涉；于新增桩腿是否与平台上部设备（如放空管、火炬臂、吊机等）干涉；盂新增桩腿是否与原导管架干涉；榆新增桩腿是否与周边平台干涉；虞新增桩腿钢桩入泥后是否与原平台钢桩干涉；愚新增桩腿与现役平台的连接部分是否与现役平台原有的电缆护管、泵护管等存在干涉。（2）项目初期需进行海底探摸，明确新增桩腿是否与预定位置周边现有海管干涉，如果考虑移动海管路由，应充分考虑施工时间及费用。（3）导管架陆地建造方案的影响，应明确导管架陆地建造方案为立式或卧式。如果是卧式建造则需要进行陆地翻身，则导管架吊点、翻身辅助吊点、吊机资源及码头承载力等需要核实。（4）打桩对现役平台的影响，由于新增桩腿打桩时已经与现役平台连接完毕，应合理控制打桩能量和打入速度，避免对现役平台作业产生影响。（5）组块海上安装时的生根点，结合实际重心对平台进行安装，为避免在吊装中出现偏心的情况，应详细核实重心位置，组块就位后再根据实际状态对过渡段进行调整。同时控制海上安装精度，避免采油树与组块下甲板发生碰撞。（6）新增组块海上安装应充分考虑施工误差（包括安装水平度和转角误差），对于新增井口的桩腿应考虑增加滑道梁的翼缘宽度。（7）提前调研上部组块就位对接时可能存在的障碍物（如管线、电缆等），并注意避让。（8）选取该方案前先了解船舶资源，包括码头装船、海上运输和海上安装的相关船舶，需预先确认吊装船舶的吊重曲线、起重能力、钩头数量和钩间距，以及运输驳船的主尺度、甲板布置图等数据。2新增桩腿项目结构有限元强度分析2.1主要构件杆系结构强度分析结果对比采用 SACS 软件对各平台新增桩腿项目的主要构件进行分析，为类似项目结构构件的选型提供参考。渤海采油平台新增桩腿项目的操作工况有限元强度分析结果见表 3，其中 UC为最大名义应力比值。2.2局部有限元强度分析结果应用 ANSYS 软件对各平台隔水套管及主吊点进行分析，作为今后新增桩腿项目结构构件的选型提供参考。（1）隔水套管局部冰力（图 5）。通过对隔水套管局部冰力应力云图分析，可知流冰在隔水套管潮差区内的壁厚选取 25 mm能够满足规范要求。因此，考虑扣除腐蚀余量因素，此处的壁厚不应小于 19 mm。项目名称SZ36-1 WHPJSZ36-1 WHPE/GBZ26-2WHPALD10-1 WHPA主要改扩建工程新增两腿导管架、两腿组块、一根立管新增两腿导管架、两腿组块新增两腿导管架、两腿组块新增两腿导管架、两腿组块、两根立管新增平台钻修井方式钻井船+修井机钻井船+修井机无井口钻井船+修井机海域水深/m31.430.2（E）/30.5（G）21.230.8新增组块吊装重量/t479.3613.2（E）/607.0（G）386.1394.9新增导管架吊装重量/t341.3482.5（E）/482.4（G）246.5347.7新增桩腿重量/t296.1272.3（E）/306.5（G）231.5290.4表 1渤海采油平台新增桩腿项目改造工程对比平台名称主结构梁主立柱主斜撑型号UC型号UC型号UCSZ36-1 WHPJH700伊300伊13伊24 0.81椎1067伊250.33椎508伊19 0.49SZ36-1 WHPE/G H890伊300伊16伊32 0.83椎1067伊250.38椎610伊19 0.46BZ26-2 WHPAH890伊300伊13伊25 0.69椎1067伊250.23椎406伊13 0.52LD10-1 WHPAH900伊300伊16伊32 0.79椎1067伊320.32椎610伊19 0.50表 3渤海采油平台新增桩腿项目操作工况有限元强度分析结果輩輳设备管理与维修2023 翼10（下）图 5隔水套管局部冰力应力云图（2）新增桩腿结构主吊点（图 6图 7）。通过新增桩腿结构主吊点结构及应力云图分析，可知轴式吊点能良好地适应于新增桩腿项目的海上安装要求：一方面有利于避开新增桩腿结构内部的狭小空间，特别是有立管和电缆护管穿过的时候；另一方面将圆管作为吊点有利于导管架的翻身，因为耳板式吊点无法承受翻身时的平面外侧向力。3结束语综上所述，随着新增桩腿外挂井槽项目的顺利投产和良好运行，不仅积累了大量经验，新增桩腿外挂井槽或外扩甲板的思路也成为一种成熟的增产项目设计模式，此计模式还会在更多的平台中得到应用。新增桩腿的改造形式，能够在短时间内迅速增加甲板面积和井槽数量，这种投资少、见效快、制作工艺简单的改造模式，为海洋石油行业增产稳产创造了良好的支持保障条件。通过不断改良，此技术将会更多地出现在采油平台改造设计领域。新增桩腿还有对安装精度和海底状态要求高、与现役平台寿命不同步的特点，在安装过程中需要船舶资源长时间辅助，对现役平台存在一定的影响，因此在未来的设计、施工过程中将做进一步的完善。参考文献1张建勇，李挺前，穆顷，等.导管架平台外挂桩腿扩建技术实践与改进 J.中国海洋平台，2012，27（6）：27-31.2刘洋，段梦兰，范晓，等.导管架式钻井平台新增桩腿加挂井槽改造技术 J.石油矿场机械.2014，43（2）：65-70.3欧进萍，段忠东，肖仪清.海洋平台结构安全评定：理论、方法与应用 M.北京：科学出版社，2003.4徐田甜，王宁.渤海导管架平台的破冰椎体设计 J.船舶，2007（6）：34-42.编辑吴建卿图 6新增桩腿结构主吊点结构图 7新增桩腿结构主吊点应力云图輩輴