渤海导管架平台延寿评估及应对措施

蓝国阳，孙 浩，秦 江，王子堂，王 燕

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300451）

1 导管架平台临近服役年限所面临的风险

在设计导管架平台过程中，行业做法一般都是根据规范要求对其在服役期间可能承受的各种恶劣地质条件、水文条件进行分析，并将这些极端的风、波浪、海流和冰载荷组合起来作为平台承载的依据和参考。但随着服役年限的增长，导管架平台还会面临一些新的风险，主要有以下几个方面。

①重量变化风险：长期服役的导管架平台一般都经历过结构和设备改造，重大结构和设备改造必会导致平台重量、重量分布及可变荷载等发生相应变化，进而影响平台结构安全。

②结构缺陷风险：导管架平台长期在海洋环境中作业，受到海洋环境荷载作用的影响，不可避免地会产生各种腐蚀、变形、裂纹，甚至造成结构破坏，降低了平台结构承载能力，甚至影响平台的安全。

③船舶撞击风险：船舶撞击也是导管架平台结构面临的一个重要风险。船舶撞击将导致平台近水线面附近结构出现凹陷变形甚至断裂，船舶撞击产生的巨大作用力可能使平台面临倒塌的风险。

④海生物风险：海生物对于平台的影响主要体现在海生物增加波浪、海流对于平台的作用力，同时增加导管架重量，在严重的情况下，海生物对于平台结构造成的影响可能是决定性的。

⑤基础冲刷风险：土壤是海洋平台基础的保证，如果平台底部海流的冲刷作用强烈，则极有可能造成海底土壤冲刷严重，导致钢桩嵌固点下移和钢桩承载能力降低。

⑥上浪风险：由于设计或安装原因，导致平台高程不足，在极端环境条件下存在上浪风险。平台上浪会对平台产生巨大的作用力，严重时可能使平台面临倒塌的风险。

综上所述，对老龄化平台的结构状态进行安全评估是非常必要的。目前行业内主要依据相应的安全评估导则和法律、规范进行结构安全评估［1］，主要的评估流程如图1所示。

图1 主结构安全评估流程图Fig.1 Flow chart of main structure safety assessment

2 平台结构数据收集

目前整个导管架平台检测指标数据收集主要包括以下内容：

①外观检验，结构涂层状况、海生物生长情况和机械损伤；

②基础冲刷检验；

③海生物检验；

④超声波测厚；

⑤阳极检测及电位测量结果；

⑥对方案确定的节点进行焊缝无损检测。

3 平台延寿评估方法

依据评估前搜集的相关数据进行分析、筛选，选取合适的技术参数，对平台进行设计水平评估。评估分析相关设计准则和安全系数等应基于原始设计采用的规格书，任何损坏、修理、侵蚀或其他结构性能影响因素均应考虑在内。本评估中，所有结构分析工作都使用由Bentley公司开发研制的SACS软件进行，这是国际上比较先进的得到普遍使用的海工结构分析程序。

3.1 渤海导管架平台结构静力分析

渤海导管架平台结构静力分析为平台在位分析最重要的内容，用来校核其在冰载荷、风载荷和波流载荷联合作用下的结构强度。在位分析按照设计规范［3］要求进行，分为操作工况、极端工况和轻载工况三大类校核。

①操作工况校核：该工况为一年期下最极端的气候条件下平台正常作业，同时承受来自8个主方向的一年一遇的风、波和流载荷联合作用的结构强度校核，按照一年期的天文潮细分为操作高水位和操作低水位，共计16种校核工况。

②操作冰工况校核［4］：由于渤海海域冬季冰情严重，所以还特别需要校核冰载荷的影响，即操作冰工况下的结构强度校核。该工况为平台正常作业情况下承受来自8个主方向的一年一遇的风、流和冰载荷联合作用的结构强度校核；其中冰载荷按照所处水位作用在导管架主腿和隔水套管上，相应的冰载荷计算详见渤海海域钢质固定平台结构设计规定，同样按照一年期的天文潮细分为操作高水位和操作低水位，共计16种校核工况。

③极端工况校核：该工况为平台在百年一遇的极端气候条件下已停止作业，按照设计规范要求部分作业载荷减半的情况，平台同时承受来自8个主方向的百年一遇的风、波和流载荷联合作用下的结构强度校核；同时，按照百年期的极端天文潮细分为极端高水位和极端低水位，共计16种校核工况。

④极端冰工况校核：该工况为平台在百年一遇的极端气候条件下已停止作业，按照设计规范要求部分，作业载荷减半的情况下，承受来自8个主方向的一年一遇的风、流和冰载荷联合作用的结构强度校核；其中冰载荷按照所处水位作用在导管架主腿和隔水套管上，相应的冰载荷计算详见渤海海域钢质固定平台结构设计规定；同时，按照百年期的极端天文潮细分为极端高水位和极端低水位，共计16种校核工况。

⑤极端轻载工况校核：此工况是考虑百年极端气候条件下平台是否有发生极端倾覆的风险，考虑将上部组块的所有设备设施撤离，只保留上部组块和导管架结构自身存在的情况下，观察平台的桩基能否承受极端载荷的影响和是否会发生倾覆。该工况为平台在百年一遇的极端气候条件下已停止作业，按照设计规范要求减掉所有作业载荷的情况下承受来自8个主方向的百年一遇的风、波浪和流载荷联合作用的结构强度校核；同时，按照百年期的极端天文潮细分为极端高水位和极端低水位，共计16种校核工况。

⑥冰轻载工况校核：此工况是考虑百年极端冰厚条件下平台是否有发生极端倾覆的风险，考虑将上部组块上的所有设备设施撤离，只保留上部组块和导管架结构自身存在的情况下，观察平台的桩基能否承受极端冰情的影响和是否会发生倾覆。该工况为平台在百年一遇的极端气候条件下已停止作业，按照设计规范要求，减掉所有作业载荷的情况下，承受来自8个主方向的百年一遇的风、流和冰载荷联合作用的结构强度校核；同时，按照百年期的极端天文潮细分为极端高水位和极端低水位，共计16种校核工况。

3.2 渤海导管架平台结构地震分析

渤海导管架平台结构地震分析为平台在位分析重要的一部分，用来校核其在地震力作用下的结构强度。抗地震设计一般遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则，国内地震分析通常采取响应谱法进行设计，用有效地面加速度可以建立一个量化的标准设计谱；至少要进行强度水平和韧性水平2种情况下的结构校核，其中强度水平加速度一般取200年一遇的地震加速度，韧性水平加速度一般取1 000年一遇的地震加速度。由于渤海海域3类地区的地震加速度过大，所以常规的响应谱法韧性水平下结构很难满足规范要求，此时可采用响应谱法和静力弹塑性法结合进行地震韧性分析。

3.3 渤海导管架平台结构疲劳分析

渤海导管架平台结构疲劳分析主要依据API RP 2A-WSD规范，对于结构管节点的疲劳分析，该规范提供了一种简化疲劳方法［5］。

4 平台结构应对措施

依据安全评估规范要求，首先，对渤海导管架平台进行平台整体检测并将检测数据形成报告文件；其次，将检测报告中的数据进行分析、筛选，从而将部分结构数据参数在SACS计算中更新，并按照相关设计准则和安全系数等基于原始设计采用的规格书对其重新进行计算分析；最后，根据对应的静力、地震和疲劳分析结果对平台采取不同的应对处理措施。

①在设计水平评估下，目标导管架主结构、管节点强度均满足要求，无需任何处理即可继续使用。

②在设计水平评估下，目标导管架主结构强度不满足要求，只能采取报废处理措施。

③对于在设计水平评估下，目标导管架仅地震韧性水平下主结构强度不满足要求，此时可以采取极限评估方法，若极限评估下主结构强度满足要求，则平台可以继续使用。

④对于在设计水平评估下，目标导管架主结构强度满足要求，但管节点强度不满足要求的，此时仍可进行不带此管节点弦杆的设计水平评估；若此时主结构强度和刚度仍满足要求，那么平台只需进行局部加强处理即可。具体实施方法为先切掉此管节点弦杆对应段，然后换上加厚的管段重新焊接，使之满足管节点强度要求。