海洋石油201 船托管架結(jié)構(gòu)改造方案研究

樊娟娟 曹 泱

（1、北京數(shù)碼易知科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京100007 2、北京住總第一開(kāi)發(fā)建設(shè)有限公司，北京100000）

“海洋石油201”船是我國(guó)第一艘自主詳細(xì)設(shè)計(jì)的3,000 米深水鋪管起重船，采用了DP-3 動(dòng)力定位、自動(dòng)鋪管作業(yè)線等一系列國(guó)際最先進(jìn)的技術(shù)和裝備，能在除北極外的全球無(wú)限航區(qū)作業(yè)，其作業(yè)能力在國(guó)際同類船舶中處于領(lǐng)先地位，填補(bǔ)了我國(guó)在深水鋪管船設(shè)計(jì)領(lǐng)域的空白[1-2]。

“海洋石油201”船如今已經(jīng)服役多年，先后完成了許多高質(zhì)量的海管安裝工程，值得一提的是2013 年在荔灣3-1 氣田完成了1500 米水深下6 寸海管鋪設(shè)作業(yè)。但是，隨著越來(lái)越多的超深水油氣田被發(fā)現(xiàn)（如流花29-1、陵水17-2 等），水深及管道直徑開(kāi)始成為“海洋石油201”號(hào)鋪管船新的挑戰(zhàn)。急需一種簡(jiǎn)單有效而且經(jīng)濟(jì)性較高的方案對(duì)“海洋石油201”船進(jìn)行升級(jí)改造，加長(zhǎng)托管架長(zhǎng)度及增加張緊器能力是最行之有效的方法[2-3]。

1 改造設(shè)計(jì)方案

海洋石油201 船現(xiàn)托管架結(jié)構(gòu)有三段構(gòu)成，包括HITCH段、INTERMEDIATE 段、TAIL 段，各段通過(guò)軸連接結(jié)構(gòu)相連，托管架系統(tǒng)通過(guò)A-FRAME 結(jié)構(gòu)與船體結(jié)構(gòu)相連。托管架有效長(zhǎng)度為85 米，海洋石油201 船張緊器張力為400t。本文根據(jù)新增一段可行的方案[1]，設(shè)計(jì)增加一個(gè)新增段。改造升級(jí)后，托管架由四段構(gòu)成，新增段NEW SECTION 長(zhǎng)度為29.5m, 總長(zhǎng)度達(dá)106m，張緊器張力提升至600t，改造后結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖1。

圖1 改造后托管架結(jié)構(gòu)布置形式

2 設(shè)計(jì)分析研究

2.1 環(huán)境條件

針對(duì)以上環(huán)境條件，作以下假設(shè)：

（1）風(fēng)浪流同向；（2）波浪譜為JONSWAP,γ 取2.0；（3）風(fēng)譜取API 譜。

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2.2 分析方法

本文計(jì)算8 寸和48 寸兩種管道半徑尺寸，托管架布置半徑形式分別為R90 和R365m 布置形式。托管架結(jié)構(gòu)的受力主要有托管架結(jié)構(gòu)自重，張緊器張力，托管架移動(dòng)的慣性力，浮力，風(fēng)浪流環(huán)境力，船體運(yùn)動(dòng)對(duì)與托管架鉸接處產(chǎn)生的作用力等[2]。本文利用MOSES 軟件進(jìn)行了水動(dòng)力分析，計(jì)算得到的最大/最小鋼絲繩拉力、最大/最小托管架彎矩、托管架重心處的加速度，將托管架受力提取出極值，用SACS 軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核和節(jié)點(diǎn)沖剪校核，如圖3。

圖3 托管架和船體組合MOSES 模型

3 結(jié)果與分析

3.1 托管架結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度分析結(jié)果

按照API RP 2A-WSD 規(guī)范，對(duì)改造后托管架結(jié)構(gòu)進(jìn)行桿件強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)沖剪校核。其中，Hitch Section (第一節(jié)托管架）有3 處桿件應(yīng)力不滿足強(qiáng)度要求，UC 值大于1.0，如圖4，其他部分的桿件強(qiáng)度校核結(jié)果均滿足規(guī)范要求。本文中對(duì)HITCH SECTION 中不滿足強(qiáng)度要求桿件提出局部加強(qiáng)方案，通過(guò)焊接半圓管的方式進(jìn)行加強(qiáng)。對(duì)不滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的桿件通過(guò)如下方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)如圖5。經(jīng)過(guò)校核驗(yàn)證，通過(guò)此方式加強(qiáng)可以滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

圖4 HITCH SECTION 中UC 值大于1.0 桿件

4 結(jié)論

本文完成了托管架系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)方案后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究，主要結(jié)論如下：

圖5 結(jié)構(gòu)桿件加筋方式

（1）本文提出新增段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足相關(guān)規(guī)范要求。（2）文中提出的局部加強(qiáng)方案，使得原有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。操作簡(jiǎn)單易行。（3）海洋石油201 船托管架鋪管能力提升，技術(shù)上可行，可以進(jìn)行更深水鋪管作業(yè)，為我國(guó)南海油田開(kāi)發(fā)做準(zhǔn)備。