海洋平臺上部組塊吊裝方案優化分析

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）

海洋平臺上部組塊吊裝方案優化分析

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）

渤海灣內某平臺上部組塊由四層甲板、一座生活樓和修井機三個部分組成，受起重船吊裝能力的限制，生活樓結構單獨吊裝，組塊與修井機一起吊裝。文章從吊裝安全性、便利性方面考慮，通過運用SACS軟件對吊裝過程進行了結構強度分析，通過對比修井機置于作業區域采用吊裝框架吊裝、修井機置于避讓區域進行直接吊裝、修井機位于作業區域進行直接吊裝三套方案，優選出修井機位于作業區域進行直接吊裝的最佳方案。

海洋平臺；上部組塊；吊裝；方案優化

0 引言

本文所述平臺位于渤海灣內，為四腿鋼制導管架井口平臺，工作水深21.6 m，工作點間距20 m×18 m。平臺立面結構如圖1所示。平臺組塊上設置一座30人的生活樓，平臺上層甲板的布置滿足修井機進行鉆修井作業要求。上部組塊結構共包括四層甲板：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，各層甲板的標高分別為25、20、15、11 m。受起重船吊裝能力的限制，上部組塊結構需要分兩部分進行吊裝：生活樓結構吊裝，組塊與修井機結構吊裝。其中組塊質量2200t，修井機質量140 t。本文主要介紹組塊與修井機結構一起吊裝的方案分析，組塊的吊點設置于組塊軸線上4個立柱的頂端。

圖1 平臺立面

1 組塊與修井機一起吊裝的作業特點

此組塊吊裝有以下兩個特點：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結構碰撞從而造成損壞。組塊吊裝時修井機可以放置在上部甲板的兩個位置，見圖3。

根據以上分析，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構強度的影響。

（2）吊裝過程中吊繩與修井機結構的碰撞防護。

圖2 上層甲板平面示意

圖3 修井機放置區域

（3）組塊施工的經濟性、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行分析比較。

2 吊裝方案

2.1 修井機置于作業區域采用吊裝框架吊裝

此吊裝方案示意見圖4，組塊上設置4個吊點，修井機位于作業區域，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。由于修井機位于工作區，可以通過調整修井機的位置改善組塊偏心情況。以立柱對角線交點為坐標原點，此方案下組塊的重心水平位置為-0.31 m、3.57 m。采用SACS軟件對組塊進行吊裝結構分析，經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。所有與吊點連接的主要傳力構件按照2.0的動力系數計算，其他按1.35的動力系數計算，桿件應力比均小于許用值，滿足規范要求。

圖4 修井機置于作業區采用吊裝框架吊裝示意

2.2 修井機置于避讓區直接吊裝

此方案的組塊上吊點設置以及結構形式與吊裝方案2.1相同，4條吊繩與起重船吊鉤以及平臺吊點直接連接，吊裝布置方案如圖5所示。由于修井機位于避讓區，遠離組塊中心，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軟件對組塊進行吊裝結構分析計算，最大吊繩拉力為10880 kN。所有與吊點連接的主要傳力構件按照2.0的動力系數計算，其他構件按1.35的動力系數計算，桿件應力比小于許用值，滿足規范要求。

圖5 修井機置于避讓區直接吊裝示意

2.3 修井機置于作業區域直接吊裝

此方案的組塊上吊點設置以及結構形式與吊裝方案2.1相同，修井機放置于作業區域。吊裝布置方案如圖6所示。由于修井機位于工作區，可通過調整位置，改善組塊重量偏心情況。此方案的修井機位于吊繩內部，為防止吊繩對修井機結構的碰撞破壞，需要保證吊繩與修井機有一定的間隙，修井機位置的調整受一定的限制，不能達到方案2.1的調整效果。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軟件對組塊結構進行吊裝分析計算，計算得到的最大吊繩力為10 880 kN。所有與吊點連接的主要傳力構件按照2.0動力系數計算，其他按1.35的動力系數計算，桿件應力比均小于許用值，滿足規范要求。為了防止吊繩在起吊過程中與修井機結構碰撞，甲板上增設了跨越修井機的索具防護平臺 （見圖7），起到了預掛索具和保護修井機的作用。

3 方案比較優選

對于以上方案，分別從增加輔助鋼材、施工經濟便利性方面進行了比較。對比分析結果見表1。

從以上對比結果可以看出：方案2.1是此種組塊結構吊裝的常規方法，可以通過修井機位置調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有足夠空間而不發生碰撞。但是該方案吊裝框架的輔助用鋼量最大，吊裝框架需要高強鋼約200 t，使用的安裝器具卡環的數量是方案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的安全風險增大。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，吊繩與修井機在吊裝過程也沒有碰撞危險，但是由于修井機位于避讓區，增加了組塊偏心，同時也增加了修井機結構在拖航中的風險。

方案2.3的輔助用鋼量很少，僅需要設置15 t左右的索具平臺，跨越修井機對修井機結構進行保護，索具預先安裝在索具防護平臺上，避免了吊裝起鉤過程中索具與修井機的碰撞，同時也節省海上安裝時間。由于修井機位于工作區域，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。修井機位于工作區上部的甲板中間區域，保證了修井機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施。

[1]謝彬，高瑞力，謝文會.新型組塊吊點的設計和應用[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化設計[J].石油礦場機械，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年畢業于天津大學海洋工程專業，碩士，現主要從事海洋石油工程結構設計工作。

2010-10-14