MSER：全球首個海上移動平臺結構完整性技術產品

CCS海工技術中心技術發展部 李紅濤

MSER系統是基于結構模型數據庫為基礎，由結構狀態數據錄入模塊、特征數據存儲數據庫模塊、狀態數據存儲數據庫模塊及海洋環境條件數據庫模塊組成，通過結構狀態數據與有限元模型數據的無縫鏈接，可對海上移動平臺結構進行快速計算分析，從而實現移動平臺的井位安全評價、結構安全評價、突發事件的應急響應、老齡移動平臺評價與管理以及現場檢驗計劃的制定等功能，以數據采集、結構評價、制定檢驗計劃及檢驗實施為循環的管理模式，實現對海上移動平臺結構的全生命周期管理。

MSER系統研發工作歷時兩年多時間，共建立了12個船型的SACS模型以及5個船型的ANSYS模型，進行反復驗證，攻克了船體-樁腿連接的有限元建模技術、桁架式樁腿水動力計算、自升式鉆井平臺結構動力響應計算、樁腳與土壤相互作用模擬計算以及基于Ansys二次開發等技術難點，并已在大量工程實踐中應用，為移動平臺安全生產作業提供了強有力的技術支持和保障，贏得了中海油服和相關油公司的贊譽。

目前， MSER系統正在為中海油服、勝利海洋局等船東服務，為船東決策提供了有力的技術支持，在業內贏得良好口碑。MSER系統的應用將進一步提高大型海工裝備管理水平，增強CCS海工技術實力，提升CCS海工服務品牌形象。

結構完整性管理技術，定義為保證海上移動設施從投入運營到退役期間全生命周期過程的適用性評價系統，當平臺發生改造、損傷、載荷變化、井位抗風暴分析、延壽及應急響應時，此系統可實現對平臺結構快速、連續及動態評估，并為平臺的結構損傷評價、適用性評估、檢驗計劃、維護和修理等提供一個合理的解決方案。

結構完整性技術已經應用于海上固定設施，如API、ISO組織已經發布了相關規范和標準，并已經在墨西哥灣的海上固定平臺得到廣泛應用。目前為止，結構完整性技術在海上移動平臺上的應用尚處于空白，為保證海上移動設施的結構安全，亟需開發一套適用于海上移動平臺的結構完整性管理系統，以期實現對移動平臺結構從設計、建造、投入使用，直至到最終退役全生命周期的安全管理，從而保證平臺使用者及時掌握平臺的技術狀況及使用的安全環境，發現安全隱患應及時做出補救，同時為主管機關全面了解平臺的結構狀態，制定合理的檢驗計劃，確保平臺的安全運營和科學管理。

中國船級社研發的移動平臺結構全生命周期管理系統，是一個基于結構模型數據庫為基礎的為移動平臺井位作業能力分析、應急響應以及現場檢驗提供服務的、以保證海上移動平臺結構安全為目的的大型管理信息系統（簡稱MSER系統，Model，Survey，Emergency Response）。該系統通過建立有限元模型數據庫，結合設計原始圖紙數據及生命期中的動態數據輸入（如改造、檢測），應用有限元計算及理論分析，給出結構安全評價結論，為檢驗機構現場檢驗、平臺日常維護和保養提供指導，當平臺改變作業環境條件需要井位作業能力分析，以及出現意外事故需進行應急響應時，能為船東快速決策提供技術支持。

圖1 數據存儲數據庫

圖2 狀態數據錄入系統

圖3 有限元模型數據庫

圖4 海洋環境條件數據庫

MSER系統主要分為特征數據存儲子系統、狀態數據存儲子系統、有限元模型子系統、檢測計劃生成子系統、狀態數據錄入系統及網頁系統，合計6個子系統。

MSER系統的優勢，首先是結構完整性技術理念創新。國內外首次創建了適用于海上移動平臺的結構完整性技術，并形成技術產品——“海上移動平臺結構全生命周期管理系統（簡稱MSER系統）”，為海上移動平臺建立起一套完整的連續、動態、快速的結構評價體系，通過對載荷變化數據、結構狀態數據的有效管理及與結構有限元模型的無縫鏈接，可對平臺結構在任何時點、任何受載狀態下進行快速結構應力評價，從而實現了平臺全生命周期內的結構安全管理，為作業、檢驗、維修、應急響應等提供全面準確的技術決策。

其次是，評估方法和實現手段創新。其攻克的一系列建模關鍵技術，奠定了評估技術的理論基礎，同時打破了國外設計公司的技術壟斷，有力推動了國內形成自主知識產權的海工裝備設計水平的發展；國內外首次為海上移動平臺建立起一整套完整的評估方法、評估流程和具體評估要求，并形成行業指南，規范了行業內對移動平臺營運中的結構狀態評定方法；國內外首次通過對ANSYS二次開發,解決了平臺結構實際狀態數據和有限元模型數據的無縫鏈接，實現了有限元模型數據的自動更新，使得有限元模型始終保持為平臺結構的最新狀態，快速響應計算分析得以實現。

第三是，技術手段和服務模式創新。項目成果具極強的實用價值和完美的用戶體驗，改變了以往對移動平臺安全管理的技術手段和服務模式；國內外首次提出了海上移動平臺應急響應服務理論，創建了具有CCS特色的應急響應服務產品CCS-MODUERS，為海上移動平臺突發事故的應急響應提供了強有力的技術支持；國內首次編制了海上移動平臺CCS、ABS、API規 范 校核自動化計算的軟件程序；MSER系統的開發和應用，在船級社傳統的入級檢驗服務基礎上，提供了優質的增值服務，尤其是作業井位安全評估、應急響應支持和老齡平臺適用性評估3個模塊的推出，極大程度上解決了平臺使用者的實際需求，指導了實際現場生產作業，同時使得政府主管機關的管理要求更加清晰、明確，進一步提升了我國海洋工程裝備的技術管理水平。

第四是，井位適用性評估技術創新。國內外首次創建了海上移動平臺井位作業安全評估方法和一般流程，并編寫相關指南，使得自升式和半潛式平臺進入新的井位作業前，可按指南方法對平臺作業安全進行預評估，并制定相應措施，極大程度地保證了海上移動平臺作業安全。通過大量的實踐檢驗，井位作業安全評估技術已經日臻完善，得到國內外業界的高度認可，其技術水平已達到國際領先水平。

CCS在產品開發過程中攻克的諸多關鍵技術，如井位作業安全評估技術、應急響應支持、船體和樁腿連接建模技術、結構動力響應計算、樁土相互作用、半潛式平臺的錨泊耦合分析、半潛式平臺的氣隙計算等，打破了國外設計公司的技術壟斷，為國內形成自主知識產權的海工裝備設計奠定了技術基礎。

CCS研制的具有中國特色的海洋工程裝備安全管理數據庫MSER系統，立足于當前海洋工程裝備安全管理的迫切需求，著眼于海洋工程結構發展的未來方向，可有效提高企業海工裝備管理水平，增強了市場核心競爭力，有利于海洋石油企業與國際鉆井市場接軌，為招投標、獲得鉆井合同提供了技術支持。例如MSER系統幫助中海油服鉆井業務成功走出國門，在墨西哥灣、波斯灣、北海等國際鉆井市場斬獲市場份額。

此研究成果增強了中國船級社的技術服務手段，改進了服務模式，在傳統的入級檢驗服務基礎上，為客戶提供了更加優質的增值服務。現已成功應用于中海油田服務有限公司的海上移動平臺上，提升了公司裝備管理水平，節約了管理成本，共完成井位作業安全評估100余次，老齡移動平臺結構安全評估18座，應急響應支持18次，為中海油服帶來經濟收益共計約146,937萬元人民幣。同時，還成功應用于中石油集團海洋工程公司的海上移動平臺上，完成井位作業安全評估2次及應急響應1次，為中石油海洋工程公司創造經濟效益約5000萬元人民幣。中石化勝利海洋鉆井公司、中海石油能源發展股份有限公司、上海長江旭普林工程股份有限公司也積極應用該技術成果，先后完成5座超期服役移動平臺的結構狀態評估，確保了老齡移動平臺的營運安全。該項目成果的成功應用為幾家公司節約了巨大資金，贏得了良好的經濟效益和社會效應。