浅水导管架水平度调整方法分析

姜广都，李新超，孙华峰，王敏，黄海滨

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

浅水导管架的施工程序包括了前期安装设计，码头装船，海上运输，海上安装以及完工报告制作等，每一个步骤都对整个施工程序有着重要的影响，本文主要研究涉及海上安装的主要难点，导管架的水平度调整。导管架的水平度的合理性关乎导管架上部结构的安装以及稳定运行，对整个海洋结构平台的顺利平稳运营有着极为重要的影响。导管架调平主要有调平器调平和浮托提拉调平法，调平器造价高，使用环境要求较高并且施工周期较长，对工程的成本是一个比较大的负担；而浮托提拉调平法施工程序简单，尤其是浅水区域导管架的安装普遍使用的浮吊起吊下水，浮吊资源首先就已经具备，所以本文采用了浮托提拉调平法进行调平作业，完全满足了施工需求，安全可靠同时节约了成本。

1 导管架简介

本文分析的导管架为渤中13-1 WHPB ，此结构形式为四腿，有三个水平层，在海平面高度（+）5.0m处的结构尺寸为18米×18米，每个主腿钢桩由三节组成，导管架总重683吨。

2 施工海域概述

渤中13-1 WHPB导管架坐落于渤海湾，具体坐标如下表所示：

导管架WHPB 38北纬 东经 平台方向 重量（T） 水深（m）O33’02.6’’ 119O03’55.6’’ 280.69° 683 22.9

3 施工过程中出现的问题以及解决方案

1）导管架吊装下水过程中出现的问题

渤中13-1项目采用了水下预钻井的导管架安装方案，在井口上部设置水下基盘，在基盘上部设置

导向桩，后期导管架的套筒与导向桩对接。此方案的可以极大缩短油田开发周期，并且也可以减少项目运行过程中所产生的各种成本，可以有效的达到降本增效的目的。水下基盘与导管架套筒的连接方式如右图所示：

项目的前期准备工作以及海上航行阶段都比较顺利，但是在海上安装过程中出现了导管架水平度超过规范要求的情况，导管架的水平度问题一直是海上安装存在的一个比较普遍的难题，出现问题如下所示：

运输驳船到达施工现场，傍靠起重船德瀛，待现场气象环境满足起吊要求进行导管架起吊下水作业。导管架下水就位，满足下水就位精度之后进行首节钢桩插打作业，在首节四根钢桩插入导管架主腿后进行导管架水平度测量，以最低点A1为基准线，测量结果为：A2,530mm；B1,700mm；B2,1160mm；初步估计原因为导向桩与导向桩套筒间隙过小，导致导管架B2轴无法下移。

2）导管架调平方案

根据此结果，现场决定先进行最高点B2钢桩的打入，再根据实际情况决定进行最低点A1钢桩的打入后进行调平，在A1桩打完之后，测平以最低点A1为基准线，水平度结果：A2,555mm；B1,680mm；B2,1010mm

在A1钢桩打完之后，德瀛进行调平作业。首先挂A1,A2点吊扣，挂法为A1，A2吊扣各连一个钩头，提升A1,A2点合力至100吨，按照50吨的量逐渐加力至450吨，测平，结果：A2,390mm；B1,380mm；B2,780mm。

由于德瀛扒杆右侧受力，扒杆左右受力不均的情况下吊重不能超过400吨，不能继续加力，重新挂扣，将B2处卡环与吊扣拆下进行挂扣。此次挂法为A1,A2吊扣连卡环，B2处吊扣双用连卡环，两头各挂一钩头，吊重升至至500吨，测平，结果：A2,455mm；B1,325mm；B2,735mm，继续保持500吨2小时，各点高度基本没有变化，进行焊接筋板固定钢桩与导管架。

由于调平结果无法满足施工要求，经过分析研究，此问题的主要原因应该就是导管架套筒与水下基盘的导向桩干涉引起。鉴于导管架已经就位，导管架的套筒的工作使命已经完成，决定切割B2点的套筒，导管架低侧挂调平扣，通过扒杆将导管架的低侧向上拉，使导管架达到安装允许误差范围内后，在钢桩和桩腿之间焊接筋板，导管架和钢桩固定完成，摘下调平扣。后续进行组对焊接皇冠板，灌浆作业以及喷砂作业等。

导管架通过调平后的水平度

注： 根据技术规格书的要求，此导管架水平度允许最大误差范围为对应两桩腿间跨距的5‰ (mm)，即ROW1与ROW2间水平最大误差范围18400×5‰=92mm，ROW A与ROW B间水平最大误差范围18200×5‰=91mm，对角最大误差范围为25880×5‰=129mm。

3）调平吊点强度校核

在导管架调平过程中，主要是通过吊机通过吊装锁具连接卡环，然后通过卡环连接导管架主腿上的吊点，所以用于连接锁具卡环和主腿的吊点必须要进行强度校核，如果受力超出许用强度，会造成吊点的撕裂，对施工造成巨大的安全隐患。吊点结构形式以及尺寸如图所示：

本文通过有限元分析软件ANSYS对吊点结构进行计算校核，通过模型的建立，网格划分，施加作用力以及边界条件的定义来计算吊耳在最大拉力500吨的情况下的受力情况，吊机的吊钩位置位于吊点正上方，吊点与导管架主腿连接处作为约束边界，计算结果应力图如下所示：

4 结论

导管架的水平度调平历来都是海上安装的重点难题，现有设备有限的情况下要充分利用现场资源进行调平作业，保证项目的顺利施工。实际上，我们也是可以通过前期的准备来尽可能的减少甚至避免产生导管架水平度不满足施工规范的问题，主要可以通过以下几个方面采取措施。

第一点，导管架安装前一定要做好安装海床地貌区域的预处理，通过使用挖沟机等设施提前对该区域进行地貌平整作业，使该区域能初步满足水平度要求，为导管架的安装打下良好的基础。本项目所使用的水下基盘预安装方案，更是要求基盘的导向桩与导管架的套筒之间的精密预置，误差过大就有可能造成巨大的影响，例如本文导管架水平度出现的较大偏差就是此原因造成的。