海上自升式修井作业平台的设计探讨

2015-06-08秦晓栋李鸣夫中国石油集团海洋工程有限公司天津300451

化工管理 2015年24期

秦晓栋李鸣夫（中国石油集团海洋工程有限公司，天津 300451）

随着海洋勘探开发范围的越来越大，其工作水深逐渐增加，这就给海上修井作业带来了一定的困难，传统的坐底式平台已经满足不了海洋勘探开发修井作业的需求，自升式平台便应运而生，它通过可升降装置实现海上修井作业，对海洋勘探开发事业的发展有着重要的贡献。

1 海上自升式修井作业平台的工作原理

1.1 电动液压升降装置

要实现海上修井作业就必须实现桩腿的升降，海上自升式修井作业平台的工作原理是通过液压缸活塞杆的伸缩运动带动桩腿的升降运动，从而实现海上修井作业。液压缸中活塞杆的伸缩运动能够带动横梁的上下运动，通过锁销将横梁和桩腿紧紧地锁在一起，从而实现了桩腿的升降运动。其中，桩腿上设有销孔，销孔中插有销子，同时装腿上还设有齿块，通过齿块与销子互相咬合，以此来带动桩腿的升降，依据此原理，在液压缸活塞杆伸展与收缩的过程中，就能实现桩腿的上升与下降，实现海上修井作业。

1.2 电动齿轮条式升降装置

电动齿轮条式升降装置的主要原理是利用电能带动齿轮的转动，使齿轮与平台的桩腿的齿条互相咬合，从而实现桩腿的升降，这种方式升降效率高并且具有持续性的特点，但是其依赖于复杂的变速机构，体积较大，对各种材料的要求比较严格，一般用于深水自升式平台。

2 自升式平台的构成和型式选择

2.1 自升式平台结构的构成

自升式平台的结构构成主要有：①桩腿：桩腿的主要作用就是完成平台整体的升降，使之能够上升到海面上，实现海上修井作业；②平台：平台主要提供工作人员修井作业的工作场地和日常生活场地，并且在迁航的过程中提供稳定的浮力，保证迁航的顺利；③固桩结构：顾名思义，固桩结构就是将桩腿与平台牢牢的固定在一起，形成一个整体，这样平台所承受的载荷就能通过桩腿传达到海底地基上，固桩结构主要包括固桩块、固桩架等设备[1]。

2.2 平台结构型式的选择

平台型式的选择主要有以下几个依据：①根据工作水深进行选择：如若工作水深较深，应选择桁架式桩腿，如若水深较浅则要选择壳体式桩腿；②根据海地土壤条件进行选择：根据海底土壤条件的松软不同分别选择插桩式桩腿或整体沉淀桩腿或桩靴式桩腿。桩腿数目的选择也十分重要，这直接影响着平台的结构构成，传统的自升式平台桩腿三个月目较多，6-14根不等，就目前来看，常用到的有三桩腿和四桩腿，三桩腿搭配三角形平台，四桩腿搭配矩形平台。

3 设计工况和设计载荷

3.1 作业工况

是指在正常情况下，平台升至海面，进行修井作业的工作状态。其载荷有静载荷和环境载荷两种，静载荷包括：平台重量、供应品、压载、固定装置、作业载荷等，其环境载荷包括最大风、海流、海床支持力、波浪载荷等。

3.2 迁航工况

不抄过12小时的迁航为普通迁航，在风暴中的迁航称为风暴迁航，在迁航过程中除了要考虑静载荷和环境载荷之外，还要考虑平台浮力，迁航中平台因摇摆、漂移等产生的惯性，拉力和倾斜重力等因素，迁航对风速也有一定的要求，一般来说，在风速大于36m/s时进行普通迁航，在风速大于51.5m/s时进行风暴迁航。

3.3 升降工况

平台的升降是实现海上修井作业的关键，平台的上升分为4个步骤：①降桩：将桩腿降到海底地面上；②插桩：将桩腿插入海底土壤中，③预压：进行预压措施，衡量插入情况；④升台：将平台升至海面上。根据平台上升的步骤，我们可以得出，平台下降的步骤有降台、拔桩、升桩工况。自升式平台的升降工况除了要考虑静载荷和环境载荷之外还要考虑在平台升降的过程中对桩腿产生的力。

3.4 自存工况

自存工况指的是在一些极端的自然环境条件下，平台已不能正常作业，且威胁到平台以及平台工作人员的安全，可以选择适当减少可变载荷，抛弃非固定载荷，以保证平台及其工作人员的安全，静载荷中平台重量、固定装置、压载重量是保证平台运行的基本载荷。

4 桩腿长度及升船高度的设计

4.1 桩腿长度的设计

桩腿的长度设计是海上自升式修井作业平台设计的关键，其桩腿的长度关系到平台能否升至海面进行正常作业，桩腿长度设计公式如下：

在以上桩腿长度设计公式中，L代表所要设计的桩腿长度。

h1代表桩腿入土深度，桩腿入土深度与海底土壤状况、载荷、桩腿大小、整个自升式平台的结构型式有关；h2代表最大工作水深；h3代表水面以上波峰高度；h4代表平台底部到波峰的高度；h5代表平台型深；h6代表固桩架的高度；h7为余量，根据桩腿结构以及桩节距确定的富余高度。由此可见，以桩腿的长度要综合多方面因素进行考虑。