海上平臺拼裝式滑移底座設計與應用

李振衛，劉東旭，韓樹杰，黃志力，段春陽，楊效昆

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

0 引 言

面對油價低迷的嚴峻挑戰，以及海上油氣田開發高投入的成本壓力，液壓舉升修井裝置（hydroulic workover unit）以其超高性價比和良好的機動性，已在側鉆、完井、起下電泵、打撈、套銑封隔器、鍛銑套管、鉆水泥塞、棄井作業等方面實現應用［1-6］。但是，海上老平臺普遍存在甲板面積小、吊車能力小或因吊車降級使用導致吊裝能力不足等問題［7］。

為增加液壓舉升裝置修井作業的適用平臺的范圍，降低對平臺現有吊裝能力的要求，同時有效解決防噴器組試壓問題，本文針對液壓舉升裝置海上平臺修井作業工藝［7］和目標平臺現場作業需求，設計了應用于液壓舉升裝置的可拆分成重量較小構件的拼裝式滑移底座，并進行了現場應用測試，取得了良好效果。

1 拼裝式滑移底座結構設計

1.1 技術分析

拼裝式滑移底座主要用于為340 K型液壓舉升裝置修井作業提供支座和滑軌。滑移底座跨距12/18 m范圍可調，滿足渤海油田常見井口槽跨距要求；凈空高度不小于5 m，滿足11″5 000 psi防噴器組安裝及試壓要求。設備專業載荷為340 K液壓舉升裝置的干重和操作重，如表1所示。

表1 設備專業載荷Tab.1 Load of equipment

1.2 設計要求

結構分析考慮所有設計工況，并且所有結構構件名義應力處于許用應力范圍內，結構設計以工作應力法為設計基礎。作業、安裝和運輸環境下的設計載荷參考GB/T 25428中相關規定確定，最大設計風速參考表2所示的設計風速。

表2 設計風速Tab.2 Design wind velocity

1.3 結構設計

拼裝式滑移底座由滑鞋、長滑軌、段滑軌、連接梁、支撐框架、防噴器組裝平臺構成，如圖1所示。長滑軌與短滑軌通過銷軸固定并與兩端滑鞋相連，橫跨于現有海上采油平臺的滑軌上，防噴器組試壓臺設置在長滑軌底部靠平臺滑軌一側，用于對防噴器組進行組裝和試壓；支撐框架跨立于兩平行的長、短滑軌上，用于懸掛防噴器組合配合液壓舉升裝置的安裝。各構件之間采用銷軸和螺栓固定，可由拖輪將滑移底座運輸至海上平臺，采用現場拼裝的方式進行安裝，主要構件單件重量均不超10t，對平臺吊車吊裝能力要求較低。拼裝式滑移底滑鞋位置可調，通過調整滑鞋位置可實現滑移底座跨距在12～18 m范圍內連續可調，適應不同平臺的井口槽跨距要求，便于拼裝式滑移底座在不同平臺之間的搬遷和安裝。

圖1 拼裝式滑移底座結構Fig.1 Structure of assembled sliding base

2 拼裝式滑移底座強度校核

2.1 強度校核說明

主要結構的自重荷載由計算程序SACS自動計算生成。插入板、筋板、連接件等自重載荷由手工計算后作為點荷載、線荷載或面荷載施加到結構模型上。其他未模擬的附件（如焊縫、筋板等）的自重荷載在結構模型中按10%余量進行考慮。環境載荷參照渤海某目標平臺數據，以平臺頂層甲板的地震響應加速度作為下底座準靜力地震分析的輸入條件，地震響應加速度為：X向0.09g；Y向0.09g；Z向0.045g。根據API RP 2A WSD中相關規定進行模擬［8-12］。

2.2 校核模型

本文采用SACS軟件建立分析模型，結構模擬為三維空間剛架，對所有對結構強度和剛度有較大影響的構件都進行了詳細的模擬。對桿件起有效支撐作用的斜撐，按照其兩端工作點之間的長度修正有效長度。支撐重型設備的梁定義為主要構件，其他梁定義為次要構件，如圖2所示。下底座兩主梁采用Q345B拼接梁連接，下底座主梁約束情況如圖3所示，按平臺導軌跨距為18 m計算，在跨距兩端18 m處添加鉸接約束。

圖2 計算模型Fig.2 Calculation model

圖3 邊界條件Fig.3 Boundary conditions

2.3 結果分析

如表3所示，極端井位名義應力校核結果顯示所有桿件均滿足規范要求。液壓舉升裝置下底座在最大載荷180 t和空載地震工況下，其UC值均小于1，結構強度滿足要求。

表3 極端井位Tab.3 Extreme location

3 現場應用

拆分后的滑移底座構件由拖輪運輸至目標作業平臺，首先安裝滑鞋，保證滑鞋與平臺滑軌既能相對滑移又能限位固定。利用平臺吊機將滑軌吊至組裝位置，鉸接段放臨時支撐工裝，利用配套千斤頂對導軌進行微調，對正導軌連接銷孔，插入連接銷并緊固。依次安裝導軌連接梁、防噴器組裝平臺和支撐框架。防噴器組在組裝平臺整體安裝完成并試壓合格后，滑移支撐框架將防噴器組整體懸吊至井口。圖4為現場組裝照片。

圖4 拼裝式滑移底座安裝Fig.4 Assembling of sliding base

拼裝式滑移底座已在渤海灣旅大油田、墾利油田2個雙井區平臺和南海番禺油田1個修井機故障平臺實現現場應用，配合液壓舉升裝置完成總計7口井修井作業，作業井深3 000～3 500 m，現場作業過程中定期巡檢拼裝式滑移底座，未發現異常。

隨著液壓舉升修井裝置的推廣應用，渤海油田墾利區塊部分井口平臺在基設階段已經將液壓舉升裝置作為備選修井機具納入油田開發建設方案中，在平臺組塊的上方預留對液壓舉升裝置安裝位置，后續如果生產需要可直接安裝液壓舉升裝置，進行修井作業。拼裝式滑移底座作為液壓舉升修井裝置作業設備的一個重要組成部分，用于海上平臺修井作業，應用前景非常廣闊。

4 結 語

（1）設計了一種可拆分為重量較小構件的拼裝式滑移底座，使用該滑移底座配合液壓舉升裝置進行海上平臺修井作業可大幅降低對平臺吊裝能力的需求。

（2）采用SACS軟件建模分析，該滑移底座滿足340 K型液壓舉升裝置最大載荷180 t和空載地震工況下的強度需求。

（3）拼裝式滑移底座可大幅減少液壓舉升裝置安裝拆卸工作量，縮減作業準備工作周期，其在雙井區平臺和修井機故障平臺取得了良好的應用效果。