导管架式钻井平台新增桩腿加挂井槽改造技术.pdf

石油 矿场 机械 2 O l 4年 2月 Abs t r a c t To i n c r e a s e t he pr o d uc t i o n i n m a r g i n a l f i e l d， mor e we l l s a r e go i n g t o b e d r i l l e d， bu t t he r e wa s n o t e n o u g h d e c k a r e a o n o l d j a c k e t p l a t f o r ms ．Th e a p p l i c a t i o n o f l e g s e x t e n s i o n a d d i t i o n a l t e c h n o l o g y f o r o l d j a c k e t p l a t f o r m s o l v e d t h i s p r o b l e m e f f e c t i v e l y ． Ne w l e g s a r e a d d e d f o r s u p p o r t i ng t h e n e w s t r uc t ur e whi c h me e t s t he d e ma nd o f e nl a r g i ng t he we l l he a d a r e a ．A h or n s ha p e c o n n e c t i o ns a r e d e s i gn e d t o a v oi d und e r wa t e r we l d i n g a n d r e d uc e t he a c c ur a c y r e qu i r e me nt s du r i ng t h e p r o c e s s o f i n s t a l l a t i o n ． Th e r e s u l t s o f p u n c h i n g s h e a r c h e c k f o r ma j o r me mb e r a n d j o i n t ， p i l e c a p a c i t y c he c k i n s e i s mi c a na l y s i s a nd i c e r e s i s t a nc e a n a l y s i s s ho w t h a t t he pl a t f o r m m e e t t h e s pe c i f i c a t i o n r e qu i r e m e n t s ． Ke y wo r d s d r i l l i ng pl a t f o r m ； we l l s l o t ； t e c hn i c a l r e f or m ； FEM 我 国海 洋 石 油 勘 探 和 开 发 始 于 2 O世 纪 6 O年 代 ， 早期平台形式主要是固定式平 台， 其 中钢制导管 架平 台是 目前冰区普遍采用的一种结构形式 ] 。我 国有许 多导 管 架 平 台 已 经 达 到 或 接 近 设 计 服 役 年 限， 但其 中大部分平台仍在服役 。 为达 到增 产 的 目的 ， 需 要 在 这些 老 平 台上 加 设 生产井 ， 但由于老平台预留井槽不足 ， 无法满足此要 求 。近年来 ， 通过新增井槽从 而增加调整井的做法 得 到 了关注 和应 用 。新增井 槽 的形式 选取 和方 案设 计都要依照平台现状和改造要求进行详细论证 。改 造方案的设计需综合考虑避免水下施工， 降低安装 施工难度 ， 桩群效应对桩基 的影响等因素 。另外， 改 造 对平 台结 构 改 变 较 大 ， 继 续 服 役 面 临 安 全 风 险 。 为确保改造后平 台能够安全 服役 ， 并 为平台改造提 供依据 ， 必须对改造后的平台进行全面的安全评估 。 ⑤～ ． I I 侣 ⋯ i 制 I _ _ J 。 r．} I 一 冲 一 一 函 一4一 一 一 ．土 I I ； ． ． ． I ； { i 1 新增 井槽 扩建 方案 1 ． 1 新 增 井槽 的分类 新增井槽根据其所在位置的不同可分为井 口区 内新增井槽 和井 口区外加挂井槽 2种形 式 ] 。其 中， 井 口区内新增井槽方案由于受到原有井 口区空 间限制 ， 只适 用 于新增 井槽 数 目较小 的情 况 ， 新 增 的 井 槽位 于平 台甲板 内部 。这种 改造方 案 的优 点是平 台结构 新增 载荷 较 小 ， 对 上 部组 块 结 构 和 井 口区 改 造简单 ， 钻修井作业位置不变 ， 海上施工简易快捷 ， 投入成本低 。S Z 3 6 1 WHP B平 台改造扩建项 目和 文 昌 1 3 2项 目都 采 用 了在 井 口区 内新 增 井槽 的 方 案 如图 1 。但是 ， 此方案受井 口区空 间制 约十 分明显， 在井 口区作业时设备布置十分困难 ， 不便 日 常生产和维修 ， 且新增井槽数量有限。 ⑤～⋯ 新增 内挂井槽 新增内挂井槽 ④一 ． 一 图 1 内挂井槽示意 如果 新增 井槽 数 目过 多 ， 应 考 虑在 井 口区外 加 挂井槽的方案。井口区外加挂井槽的优点是井 口区 空间可以得到充分的扩展 ， 避免在井 口区施工 ， 不影 响平 台正常生 产 。相 比在 井 口区 内新 增 井 槽 ， 此 方 案对平台原有结构影响较大 ， 需对修井机滑轨等设 施进行改造 。对平台原有结构进行过多的改造必然 第 4 3 卷第 2 期 刘洋 ， 等 导管架式钻井平 台新增桩腿加 挂井槽改造技术 直 与水平面交角大于 7 5 。 的孤立墩柱 D≤2 ． 5 m 上 的水平 冰 力为 FmI f c a D 1 式中 m为形状系数 圆形截面取值 0 ． 9 ； 为嵌人 系数 ； 为接触 系数； 为冰无 侧限压缩强度 ； D 为 冰挤 压结 构 的宽 度 ； h为冰 厚 。 导管架结构 的总冰力按挤压破坏模式计算 ， 考 虑到桩腿和隔水导管之 间的相互影响 ， 各桩腿和隔 水导管上 的力应乘以相应 的遮蔽系数 ， 其总冰力为 各桩腿和隔水导管 的冰力之和 。遮蔽系数选取 参 见 中国海海 冰条件及应 用规定 中 5 。 4 ． 1 ． 2节。 冰力计算设计参数如表 3 。 表 3 海冰设计参数 当取 定某 一 工 况 ， 即冰 厚 、 方 向一 定 时 ， 冰 载 随 时间而变化。根据桩腿上一点的冰载荷时间历程可 计算焊接点相对时间的主应力时程曲线。随之也可 得其疲劳寿命 。其计算步骤如下 “ ] 1 根据计算工况 ， 将取定 的第 i 工况的冰厚 代入 Ra l s t o n公式 中， 得到相应 的静冰力值 F f 。将 动冰 力 时程 历 时 t 一3 5 ． 4 s 用 此 [况下 的静 冰 力 进行调整 ， 使得调整后的整个 时段 中最大冰力等于 Ra l s t o n公式 中得到的静冰力值 F 。 2 将放大后 的冰载 时间历程 ， 作为外加激励 作用在平台结构上 ， 计算 其振动响应， 算 出第 K 个 管节点的第 L个焊接点处的热点应力时间历程 。 3 运用雨流计数法对得到的热点应力时间历 程进行循环计数 ， 得到第 K个管节点的第 L个热点 处热点应力幅为 的循环次数为 ／,／ ⋯ 4 根据计算工况表中该工况出现的概率 以及 环境条件 中给出的历史平均冰期的持续时间， 得到 该工 况在 1 a中的持续 时 间 t 秒 。也就 可 以 得 到 第 K个管节点的第 L个热点处热点应力幅为 的 循 环 次数 为 n 一 。 寺 2 5 如果管节点在水面以下， 则选择常温的 SN 曲线， 如果管节点在水面以上 ， 则选择低温的 SN 曲 线 ， 按照 Mi n e r 线性累积损伤准则， 得到在工况 i ， 1口 中第 K个管节点的第 L个热点处的损伤度。 6 对所有 管节点 的所有热 点重复上述步骤 1 ～ 5 ， 则可分别得到在工况 i 中， 所有管节点 的 所有热点处的损伤度 。 7 对 所有 工况 重 复 步骤 1 ～ 6 ， 则可 以得 到 1 a中每个管节点 的每个热点 的累积损伤 ， 对所 有的累积损伤分别取倒数 ， 得到各个管节点的各个 热点处的冰振疲劳寿命 年 ， 作为设计要求， 其 中的 最小值应该大于平台的疲劳寿命要求年限。 对 选 取 的节 点 提 取应 力 响 应 曲线 ， 发 现 桩腿 主 要 节 点最 大应 力为 7 3 MP a ， 如 图 7 所 示 。远未 达到 材料屈服极限 ， 满足设计要求。该节点处的疲劳寿 命 3 6 3 ． 8 6 a 取安全系数 2 ， 满足平 台设计寿命 的 要 求 。 l 4 - 2 ． 2 ． 3改造后 平台地震工况下桩基承载能力校核 对改造后的平 台分别进行强度水平地震分析和 韧性地震分析。强度水平地震的地面水平加速度为 0 ． 1 6 g ， 韧性地震分析用 2倍强度水平 的地面水平 加速度来模拟， 地面地震水平加速度为 0 ． 3 2 g 。在 韧性地震 中进行桩基承载能力的校核 。所得水平地 震力如表 5 ； 地震工况 下要求桩基承载能力安全系 数大于 1 ． 2 。各桩腿最危险工况下承载能力如表 6 。 地震工况下 ， 最危险桩为 B 0 3 5 ， 如 图 8 。该桩 位于平台东南角 ， 安全系数 为 2 ． 3 1 。结果表 明 改 造后平台在地震工况下 的桩基承载能力仍然可以满 足 要求 。 表 5强度水 平和韧性水平地震力 舳 ∞ 如 ∞ 如 加 m 7 O 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 4年 2月 3 结论 图 8 地震工况下平 台最危险的桩 1 新增 桩腿 式外挂 井槽 可 以使 井 口区空间得 到充分扩展， 有效解决老平 台由于预 留井槽不足导 致无法新增调整井的问题。 2 用水上导 向桩作为新增结构和平台原有结 构间的连接装置 ， 可避免水下焊接 ， 喇叭状连接套筒 设计增大了连接区域， 降低了安装难度 。 3 计算结 果表 明 平 台最 大加速 度为 0 ． 5 5 m／ s 。 ， 操作人员在平台上的舒适度满足正常作业的 要求 。平台桩腿主要节点最大应力为 7 3 MP a ， 满足 设计要求。冰力作用 下改造后平 台的疲 劳寿命为 3 6 3 ． 8 6 a 取 安全系数 2 ， 满足平 台设计 寿命 的要 求 。地震工况下的桩基校核结果表明平台能够满足 结构抗震的安全要求 。 4 目前该技术已在我国多个海上油 田得到推 广应用 ， 为我国边际油 田的二次开发提供了创造性 的解决 方案 。 参考文献 [ 1 ] 张大勇 ， 岳前进 ， 车 啸飞． 在役抗 冰导管架 海洋 平 台结 构风险评估[ c ] ／ ／第 十四届 中国海洋 岸 工程学 术讨 论会论文集 上册 ， 2 0 0 9 7 9 8 6 ． [ 2 ] 李大全 ， 罗振钦 ， 胡辉 ， 等． 加挂井槽技术的研究 与应用 E J ] ． 中国工程科学 ， 2 0 1 1 5 8 8 9 2 ． [ 3 ] 邓欣 ， 尹彦坤 ， 易涤非 ， 等． 海洋平台加挂井槽技术 研究 与实例分析[ J ] ． 中国海洋平 台， 2 0 0 7 1 2 4 6 4 9 ． [ 4 ] 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I- j ] ． 中国海洋平 台， 2 0 1 2 1 2 2 7 3 1 ． [ 5 ] A P I R P 2 A， R e c o mme n d e d P r a c t i c e f o r P l a n n i n g ， D e s i gn i n g a n d Co ns t r uc t i ng Fi x e d Of f s hor e Pl at f or ms Wo r k i n g S t r e s s De s i g n [ S ] ． 2 l t h E d i t i o n ． D e c ． 2 0 0 0 ． E 6 ] 石磊 ， 高国鑫． 外延平 台海上安装技术分 析[ c ] ／ ／第十 五届 中国海 洋 岸 工 程 学 术讨 论 会 论 文 集 上 册 ． 2 O1 1 8 ． [ 7 ]D N V - 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