海洋平台上部组块吊装方案优化分析

石油工程建设　★　★　★　★　★　★　刘　波，杨　亮，田其磊，　高定全　　（海洋石油工程股份有限公司，天津　３００４５１）摘　要：渤海湾内某平台上部组块由四层甲板、一座生活楼和修井机三个部分组成，受起重船吊装能　力的限制，生活楼结构单独吊装，组块与修井机一起吊装。文章从吊装安全性、便利性方面考虑，通　过运用ＳＡＣＳ软件对吊装过程进行了结构强度分析，通过对比修井机置于作业区域采用吊装框架吊　装、修井机置于避让区域进行直接吊装、修井机位于作业区域进行直接吊装三套方案，优选出修井机　位于作业区域进行直接吊装的最佳方案。　关键词：海洋平台；上部组块；吊装；方案优化　中图分类号：Ｐ７５１　ＴＥ５４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—２２０６（２０１　１）０４—００２４—０３　０　引言　１组块与修井机一起吊装的作业特点　本文所述平台位于渤海湾内，为四腿钢制导管　此组块吊装有以下两个特点：其一，由于组块　架井口平台，工作水深２１．６　ｍ，工作点间距２０　ｎｌ×　１８　ｍ。平台立面结构如图１所示。平台组块上设置　一总体工艺布置的需要，组块整体偏心较大。其二，　修井机位于组块的最上层甲板，与组块一起吊装　（平台顶层甲板布置如图２所示），吊装时吊绳容易　与修井机结构碰撞从而造成损坏。组块吊装时修井　机可以放置在上部甲板的两个位置．见图３。　根据以上分析，组块吊装方案的选择主要从以　下三方面考虑：　座３Ｏ人的生活楼，平台上层甲板的布置满足修　井机进行钻修井作业要求。上部组块结构共包括四　层甲板：上层甲板、中层甲板、下层甲板和工作甲　板。以平均水平面为基准，各层甲板的标高分别为　２５、２０、１５、１１　ｍ。受起重船吊装能力的限制，上　部组块结构需要分两部分进行吊装：生活楼结构吊　装，组块与修井机结构吊装。其中组块质量２２００ｔ，　修井机质量１４０　ｔ。本文主要介绍组块与修井机结　千　萎．．　￥　羊　（１）组块偏心对吊绳力与结构强度的影响。　（２）吊装过程中吊绳与修井机结构的碰撞防　护　构一起吊装的方案分析，组块的吊点设置于组块轴　线上４个立柱的顶端。　图１平台立面　图２上层甲板平面示意　第３７卷第４期　刘　波等：海洋平台上部组块吊装方案优化分析　｛　＃瓣　ｉ＊　门．：ｊ　霹　ｌ　庙｝卜｝　　洳墟鳓　　｝　瞄—．＝：＿Ｉ毛　Ｌ劂　《ｒｊ｝　■　■　　Ｈ昀　　｝　ｌ　Ｉ　童　修井机避让区　—ｆ｛　｝｛｝｛　。　盛ｉ　臼　蕾Ｉ麟　ｌ　ｎ　圜　Ｉ．１｛　ｌ　　佩ｌＩ　　量曩１一　｛　　Ｌ　／ｆ　－　＿Ｊｎ＿ｃｒ　匪　ｌ　…・　１　井机作业区　－－｜　一　昌曷　ｌ一　ｂ　ｔ月　●Ｉ一　　一　～　图３修井机放置区域　（３）组块施工的经济性、便利性以及安全性。　２．２修井机置于避让区直接吊装　基于以上考虑，本文选取三种吊装方案进行分　此方案的组块上吊点设置以及结构形式与吊　析比较。　装方案２．１相同，４条吊绳与起重船吊钩以及平台　２　吊装方案　吊点直接连接。吊装布置方案如图５所示。由于　２．１修井机置于作业区域采用吊装框架吊装　修井机位于避让区，远离组块中心，增加了组块重　此吊装方案示意见图４。组块上设置４个吊　量偏心。此方案下组块的重心水平位置为一０．３１　ｍ、　点，修井机位于作业区域，采用吊装框架吊装。吊　４．６３　ｍ。采用ＳＡＣＳ软件对组块进行吊装结构分析计　装框架由管材焊接而成，吊装框架上部４条吊绳连　算，最大吊绳拉力为１０　８８０　ｋＮ。所有与吊点连接的　接起重船吊钩，下部４条吊绳连接组块。由于修井　主要传力构件按照２．０的动力系数计算．其他构件　机位于工作区，可以通过调整修井机的位置改善组　按１．３５的动力系数计算，杆件应力比小于许用值，　块偏心情况。以立柱对角线交点为坐标原点，此方　满足规范要求。　案下组块的重心水平位置为一０－３１　ｍ、３．５７　ｍ。采　，　用ＳＡＣＳ软件对组块进行吊装结构分析，经过计算　得到此方案上部吊绳的最大拉力为１１　７６０　ｋＮ，下　部吊绳的最大吊拉力为１０　６２０　ｋＮ。所有与吊点连　接的主要传力构件按照２．０的动力系数计算，其他　按１．３５的动力系数计算，杆件应力比均小于许用　值，满足规范要求。　图５修井机置于避让区直接吊装不慝　２．３修井机置于作业区域直接吊装　此方案的组块上吊点设置以及结构形式与吊　装方案２．１相同，修井机放置于作业区域。吊装　布置方案如图６所示。由于修井机位于工作区，　可通过调整位置，改善组块重量偏心情况。此方　案的修井机位于吊绳内部，为防止吊绳对修井机　结构的碰撞破坏，需要保证吊绳与修井机有一定　图４修井机置于作业区采用吊装框架吊装示意　的间隙，修井机位置的调整受一定的限制．不能　２６　石油工程建设　表１吊装方案对比　达到方案２．１的调整效果。本吊装方案组块的重心　水平面位置为一０．３ｌ　ＩＴＩ、３．８５　ｍ。采用ＳＡＣＳ软件　对比项目　方案２．１　方案２－２　ｔ　无　方案２．３　对组块结构进行吊装分析计算，计算得到的最大　吊绳力为１０　８８０　ｋＮ。所有与吊点连接的主要传　力构件按照２．０动力系数计算，其他按１．３５的动　力系数计算，杆件应力比均小于许用值．满足规　增加辅助钢材　吊装框架约２００索具平台　ｌ５　ｔ　重心位置（坐标原　点位于水平面四立　柱中心位置）／ｍ　（一０．３１，　３，５７．　２０．４３）　（一０．３１，　４．６３，　２０．４３）　（一０．３１，　３．８５．　２０．４３）　范要求。为了防止吊绳在起吊过程中与修井机　结构碰撞，甲板上增设了跨越修井机的索具防护　吊绳力　吊绳　上部吊绳　下部吊绳　Ｂ１　１１　７６０．０　１０　６２０．０　１０　８７４．３　ｌ０　２６８．６　平台（见图７），起到了预挂索具和保护修井机　的作用　图６修井机置于作业区直接吊装示意　图７累具防护平台位置不葸　３方案比较优选　对于以上方案．分别从增加辅助钢材、施工经　济便利性方面进行了比较。对比分析结果见表１。　从以上对比结果可以看出：方案２．１是此种组　块结构吊装的常规方法，可以通过修井机位置调整　改善平台重心偏心，并且采用吊装框架可保证吊绳　与修井机有足够空间而不发生碰撞。但是该方案吊　装框架的辅助用钢量最大，吊装框架需要高强钢约　２００　ｔ，使用的安装器具卡环的数量是方案２．２和　２．３的３倍。索具是方案２．２和２．３的２倍，安装器　具多，海上施工时间较长。另外增加吊装框架以及　安装器具使整个系统的安全风险增大。综上所述，　方案２．１不予选用。　Ｂ２　１０　４００．０　９　４８０．０　９　５８２．９　８　６８１．３　／ｋＮ　Ａ２　３　１９０．０　３　１Ｏ０．Ｏ　２　９８２．５　３　８８０．０　Ａｌ　４　６４０．０　４　０２０．０　３　５６１．９　４　４７０．０　６个ｌ２　５００　ｋＮ　２个Ｉ２５００ｋＮ　２个Ｉ２　５００　ｋＮ　需要卡环　６个５　０００　ｋＮ　２个５　０００　ｋＮ　２个５　０００　ｋＮ　吊高上甲板高度）／（起重船距　ｉｎ　４５　３０　３０　能否满足起重船　满足　满足　满足　吊装要求　方案２．２不需要辅助钢材，吊绳与修井机存吊　装过程也没有碰撞危险，但是由于修井机位于避让　区，增加了组块偏心，同时也增加了修井机结构在　拖航中的风险。　方案２－３的辅助用钢量很少，仅需要设置１５　ｔ　左右的索具平台，跨越修井机对修井机结构进行保　护，索具预先安装在索具防护平台上，避免＿『吊　装起钩过程中索具与修井机的碰撞，同时也节省　海上安装时间。由于修井机位于工作区域，有助　于减小组块偏心，因此降低了吊绳力，最大吊绳　力为１０　２６０　ｋＮ，小于方案２．２的１０　８７０　ｋＮ。修井　机位于工作区上部的甲板中间区域，保证了修井机　在拖航工况中的安全。通过以上甄选比较，方案　２－３被选定为施工方案，并在组块吊装中成功实施。　参考文献：　【１］谢彬，高瑞力，谢文会．新型组块吊点的设计和应用【Ｊｌ＿叶１阚海ｆ‘　油气，２００８．２０（４）：２６４—２６６．　［２】王宁，徐田甜．西江２３—１油刚平台模块海上吊装优化没汁ＩＪＩ．７　油矿场机械，２００７，３６（８）：２６—３０．　［３１　ＡＰＩ　２Ａ—ＷＳＤ一２０００，Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｆｏｒ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　Ｆｉｘｅｄ　Ｏｆｆｓｈｏｒｅ　Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ—Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　『Ｓ１．　作者简介：刘　波（１９７７一）辽宁兴城人，工程师，２００５年　毕业于天津大学海洋工程专业，硕士，现主要从事海洋石　油Ｘ－程结构设计工作。　收稿日期：２０１０一】Ｏ一１４