海上平台拼装式滑移底座设计与应用

2021-02-19李振卫刘东旭韩树杰黄志力段春阳杨效昆

海洋工程装备与技术 2021年1期

李振卫，刘东旭，韩树杰，黄志力，段春阳，杨效昆

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

0 引言

面对油价低迷的严峻挑战，以及海上油气田开发高投入的成本压力，液压举升修井装置（hydroulic workover unit）以其超高性价比和良好的机动性，已在侧钻、完井、起下电泵、打捞、套铣封隔器、锻铣套管、钻水泥塞、弃井作业等方面实现应用［1-6］。但是，海上老平台普遍存在甲板面积小、吊车能力小或因吊车降级使用导致吊装能力不足等问题［7］。

为增加液压举升装置修井作业的适用平台的范围，降低对平台现有吊装能力的要求，同时有效解决防喷器组试压问题，本文针对液压举升装置海上平台修井作业工艺［7］和目标平台现场作业需求，设计了应用于液压举升装置的可拆分成重量较小构件的拼装式滑移底座，并进行了现场应用测试，取得了良好效果。

1 拼装式滑移底座结构设计

1.1 技术分析

拼装式滑移底座主要用于为340 K型液压举升装置修井作业提供支座和滑轨。滑移底座跨距12/18 m范围可调，满足渤海油田常见井口槽跨距要求；净空高度不小于5 m，满足11″5 000 psi防喷器组安装及试压要求。设备专业载荷为340 K液压举升装置的干重和操作重，如表1所示。

表1 设备专业载荷Tab.1 Load of equipment

1.2 设计要求

结构分析考虑所有设计工况，并且所有结构构件名义应力处于许用应力范围内，结构设计以工作应力法为设计基础。作业、安装和运输环境下的设计载荷参考GB/T 25428中相关规定确定，最大设计风速参考表2所示的设计风速。

表2 设计风速Tab.2 Design wind velocity

1.3 结构设计

拼装式滑移底座由滑鞋、长滑轨、段滑轨、连接梁、支撑框架、防喷器组装平台构成，如图1所示。长滑轨与短滑轨通过销轴固定并与两端滑鞋相连，横跨于现有海上采油平台的滑轨上，防喷器组试压台设置在长滑轨底部靠平台滑轨一侧，用于对防喷器组进行组装和试压；支撑框架跨立于两平行的长、短滑轨上，用于悬挂防喷器组合配合液压举升装置的安装。各构件之间采用销轴和螺栓固定，可由拖轮将滑移底座运输至海上平台，采用现场拼装的方式进行安装，主要构件单件重量均不超10t，对平台吊车吊装能力要求较低。拼装式滑移底滑鞋位置可调，通过调整滑鞋位置可实现滑移底座跨距在12～18 m范围内连续可调，适应不同平台的井口槽跨距要求，便于拼装式滑移底座在不同平台之间的搬迁和安装。

图1 拼装式滑移底座结构Fig.1 Structure of assembled sliding base

2 拼装式滑移底座强度校核

2.1 强度校核说明

主要结构的自重荷载由计算程序SACS自动计算生成。插入板、筋板、连接件等自重载荷由手工计算后作为点荷载、线荷载或面荷载施加到结构模型上。其他未模拟的附件（如焊缝、筋板等）的自重荷载在结构模型中按10%余量进行考虑。环境载荷参照渤海某目标平台数据，以平台顶层甲板的地震响应加速度作为下底座准静力地震分析的输入条件，地震响应加速度为：X向0.09g；Y向0.09g；Z向0.045g。根据API RP 2A WSD中相关规定进行模拟［8-12］。

2.2 校核模型

本文采用SACS软件建立分析模型，结构模拟为三维空间刚架，对所有对结构强度和刚度有较大影响的构件都进行了详细的模拟。对杆件起有效支撑作用的斜撑，按照其两端工作点之间的长度修正有效长度。支撑重型设备的梁定义为主要构件，其他梁定义为次要构件，如图2所示。下底座两主梁采用Q345B拼接梁连接，下底座主梁约束情况如图3所示，按平台导轨跨距为18 m计算，在跨距两端18 m处添加铰接约束。

图2 计算模型Fig.2 Calculation model

图3 边界条件Fig.3 Boundary conditions

2.3 结果分析

如表3所示，极端井位名义应力校核结果显示所有杆件均满足规范要求。液压举升装置下底座在最大载荷180 t和空载地震工况下，其UC值均小于1，结构强度满足要求。

表3 极端井位Tab.3 Extreme location

3 现场应用

拆分后的滑移底座构件由拖轮运输至目标作业平台，首先安装滑鞋，保证滑鞋与平台滑轨既能相对滑移又能限位固定。利用平台吊机将滑轨吊至组装位置，铰接段放临时支撑工装，利用配套千斤顶对导轨进行微调，对正导轨连接销孔，插入连接销并紧固。依次安装导轨连接梁、防喷器组装平台和支撑框架。防喷器组在组装平台整体安装完成并试压合格后，滑移支撑框架将防喷器组整体悬吊至井口。图4为现场组装照片。

图4 拼装式滑移底座安装Fig.4 Assembling of sliding base

拼装式滑移底座已在渤海湾旅大油田、垦利油田2个双井区平台和南海番禺油田1个修井机故障平台实现现场应用，配合液压举升装置完成总计7口井修井作业，作业井深3 000～3 500 m，现场作业过程中定期巡检拼装式滑移底座，未发现异常。

随着液压举升修井装置的推广应用，渤海油田垦利区块部分井口平台在基设阶段已经将液压举升装置作为备选修井机具纳入油田开发建设方案中，在平台组块的上方预留对液压举升装置安装位置，后续如果生产需要可直接安装液压举升装置，进行修井作业。拼装式滑移底座作为液压举升修井装置作业设备的一个重要组成部分，用于海上平台修井作业，应用前景非常广阔。