海上外掛平臺結構滑道梁的設計方案優化

段艷麗，辛曉輝，葉永坤，玄成俠

(海洋石油工程股份有限公司 天津300451)

0 引 言

目前平臺改造項目相當一部分的工作是基于老區的擴產改造，或者增加井口，設立擴產外掛井槽平臺[1]，見圖 1。在外掛平臺設計中大多要求在老平臺上工作的鉆(修)井機能通過滑道梁滑移到新建平臺作業，在新、老平臺連接施工過程中，滑道梁設計是否合理顯得尤為重要[2]。

圖1 外掛井口平臺Fig.1 Extending wellhead platform

圖2 倒置插尖簡圖Fig.2 Diagram of inversion stabbing cone

1 問題產生原因分析

對于頂甲板滑軌需與老平臺滑軌對接，滿足老平臺鉆(修)機滑移要求的新建外掛平臺，由于新建導管架與老導管架之間存在安裝偏差，而且偏差值大小不確定，常規設計主要通過設置圖 2所示倒置的插尖、圖 3所示定位導向結構并在老導管架上設置圖 4所示 Docking(一種對接結構)裝置輔助導管架安裝來調整安裝偏差，但因其調整范圍有限，故安裝偏差較大的外掛平臺項目，只能依賴倒插尖和Docking裝置來進行調整，無法滿足鉆(修)井機的滑移、作業要求[3-4]。對于鉆(修)井機需在新老平臺間自由滑移操作工況下的滑道梁對接精度要求更加苛刻，需滿足兩導軌中心線的平行度為 0.6%，全長范圍內不超過5mm的要求[5]。

圖3 設置定位導向結構的導管架Fig.3 Jacket with positioning guide structure

圖4 采用Docking結構安裝就位的外掛平臺Fig.4 Extending platform with Docking structure in place

2 滑道梁對接精度的影響因素

根據現場平臺安裝實例，結合多年來海上施工建造平臺的經驗，本文對影響滑道梁對接精度的主要因素歸納如下。

2.1 導管架

2.1.1 平臺場址

新建平臺場址水深影響導向結構位置的設計，若實測水深與設計水深不一致，可能會導致新建導管架掛在老平臺側的導向結構上，將會加大影響導管架的安裝風險。平臺場址的海底平整度以及存在的鉆井船腳印將會影響導管架的安裝精度[6]。

2.1.2 建造誤差

導管架導向結構由建造方進行焊接和海上安裝，該結構海上焊接后的位置與設計圖紙的位置之間的偏差也會影響定位結構的設計。

2.1.3 安裝精度

安裝方的實際安裝精度影響導管架導向間隙值的選取，最終影響滑道梁的對接精度。

2.1.4 施工天氣及海況

合適的施工天氣和海況將會提高導管架的安裝精度，降低滑道梁對接偏差。

2.2 組塊

2.2.1 建造誤差

組塊制造誤差將會影響滑道梁的對接精度。

2.2.2 安裝誤差

導管架安裝誤差、鉆(修)井機滑軌的實際可調整安裝誤差范圍、過渡段安裝誤差和切割誤差也會影響滑道梁的對接精度。

3 設計方案比較

3.1 單腹板滑道梁設計

外掛平臺滑道梁的常規設計為單腹板 H型鋼或組合梁，見圖 5。設計通常只考慮該梁強度滿足鉆(修)機作業要求，但對新、老平臺間的海上安裝誤差影響考慮不足。通常需根據外掛平臺組塊海上安裝后的實測誤差對原設計的滑道梁大梁進行補強處理。由于該補強工作需在海上現場施工，導致海上工作量、人工成本增加，且施工較陸地困難。以綏中 36-1某外掛平臺為例，該平臺滑道梁大梁為H700的H型鋼，因海上安裝新老平臺大梁中心線偏差較大，T型滑軌的腹板與組塊滑道梁腹板未對正，存在較大的偏差，設計根據海上實測偏差數據，經計算提供了加筋板的補強方案。

圖5 原修井機滑軌下方大梁結構(方案1)Fig.5 Beam structure under rail of original workover rig(scheme 1)

3.2 雙腹板滑道梁設計

對于組塊安裝時間與導管架安裝時間相差較大的外掛平臺滑道梁的設計，可在新建導管架安裝結束后，通過導管架安裝就位后的實測報告核實原滑道梁下的大梁設計是否合適，再加以改造，做成雙腹板形式，見圖6。

圖6 調整后修井機滑軌下方大梁結構(方案2)Fig.6 Beam structure under rail of workover rig after adjustment(scheme 2)

以曹妃甸某外掛平臺為例，海上實測導管架安裝偏差后，設計依據南北兩側新、老導管架軸線偏差最大值，對原修井機滑軌下方的結構大梁進行了改造設計，并在該組塊出海安裝前完成了方案調整。該外掛平臺組塊海上安裝后滿足修井機滑移、作業要求。

3.3 三腹板滑道梁設計

設計之初考慮足夠的導管架安裝偏差，將滑道梁下的大梁設計裕度增大。為更好適應修井機 T型軌道梁在新老平臺間過渡，設計時通過增大滑道梁翼緣板寬度，將腹板設計成三腹板形式，見圖7。

圖7 三腹板組合焊接梁(方案3)Fig.7 Three web composite welded beam(scheme 3)

以曹妃甸某平臺為例，在吸取之前外掛平臺海上對接調整經驗基礎上，綜合以往外掛平臺項目實際安裝誤差值，在設計階段將該平臺滑軌下方大梁設計成寬翼緣、三腹板組合梁形式。

經過綜合比較(表1)，方案2和方案3比方案1海上施工周期短，綜合費用低，可根據項目的實際計劃、運行情況進行選擇。

表1 3種方案優缺點比較Tab.1 Comparison of advantages and disadvantages of three schemes

4 結 論

通過表1分析，在設計之初將滑道梁根據海上導管架安裝實測誤差調整為雙腹板形式，或將其直接設計為三腹板形式，雖鋼材用量略有增加，但節省了海上改造加強時間，降低了人工時，縮短了老平臺停產時間，同時為該平臺按時投產奠定了基礎。另外本文對各方案進行了對比分析，希望為相關設計人員提供一些參考，可根據項目實際情況進行方案選擇。