迁移基盘式自升降平台在边际油田开发中的应用

　　摘要：本文介绍了迁移基盘式自升降平台的由来及组成，并对平台的安装方案给予了说明，随后阐述了平台的优势及应用，最后通过相关的计算分析验证了其结构强度。
　　关键词：迁移基盘式自升降平台、吸力式基盘、工作面
　　1 概述
　　在海洋石油平台中导管架和自升式平台是十分常见的结构形式，应用都很广泛。导管架作为最早出现的海洋平台结构形式，其工作点标高一般位于水面以上，这样便于焊接上部组块，但安装时需要使用大型浮吊，因而安装费用很高。
　　自升式平台出现之后，便得到了迅速的发展。由于其可重复利用、可搬迁和安装方便等特点，大大降低了油田开采的成本，对于边际油田的开发尤为重要。桩靴作为自升式平台的基础形式同样得到了广泛应用，但桩靴式基础对于海底土质比较敏感，因为这直接影响到插桩的深度，插桩的深度越深，压桩或拔桩的难度也越高，同时桩靴式基础不适于长期作业，因此自升式平台很少用于生产平台。
　　随着海洋石油工程的发展，边际油田的开发显得越来越重要，上述两种结构形式的平台已经不能满足要求，这就需要打破传统的油田开发模式，创造出新型的石油平台。正是基于上述的考虑，我们推出了迁移基盘式自升降平台（以下简称基盘式平台）。
　　2 平台组成介绍
　　基盘式平台兼顾了导管架式平台的安全可靠和自升式平台的可重复利用、可搬迁的特点，详见图1所示。基盘式平台主要由上部自升降平台和下部吸力式基盘组成。上部自升降平台与一般的自升式平台区别不大，只是因为桩腿需要插入下部吸力式基盘的腿柱内，因此没有桩靴。上部平台主要为设备及人员提供一个可靠的结构空间，可以根据实际需要的功能进行布置。下部吸力式基盘由基盘框架和吸力桩组成，吸力桩作为平台的基础通过框架连接构成一个整体。吸力式基盘可以看作是整个平台的基础，为上部平台提供强有力的支撑，相比桩靴式基础更为可靠和牢固。
　　上部平台与下部基盘通过连接节点相连，连接节点负责把上部平台所有的荷载传递给下部基盘，因此连接节点起到了非常重要的作用。上部平台桩腿需要插入到下部基盘对应的四个腿柱中，基盘的腿柱直径稍大于平台桩腿。连接点接详图见图2所示，主要由插入基盘腿柱喇叭口，固桩楔块和支撑筋板三部分组成。喇叭口主要起到导向的作用，便于插桩作业；固桩楔块负责约束桩腿的水平位移；支撑筋板主要是提供竖向支撑。
　　如图1所示，基盘式平台的功能设定为试采平台，基盘框架高度20m，吸力桩采用Φ7m×8m，适用涠洲地区水深40m的油田。另外还可以根据实际需要将平台的功能设计为生产平台、施工支持平台或者钻井平台等。
　　
　　3 平台安装
　　基盘式平台的安装就位不同于一般的自升式平台，由于它由两部分组成，安装时需要先把吸力式基盘安装到位，然后上部平台将桩腿插入基盘的腿柱内，最后起升至设计高度完成整个安装过程。
　　具体的安装步骤如下：
　　1) 吸力式基盘框架拖拉装船
　　基盘框架与吸力桩分别建造，框架与一般导管架拖拉装船无异，吸力桩重量较轻可直接由吊机吊装上船。
　　2) 吸力式基盘框架和吸力桩运输至锚地
　　装船固定完成之后，由拖轮拖航至锚地。
　　3) 吸力桩锚地组对
　　到达锚地之后，可由岸上的吊机或者驳船上配备一台履带吊即可进行吸力桩的组对。
　　4) 基盘和平台分别拖航至目标海域
　　吸力桩组对完成之后，基盘和平台分别拖航至目标海域，平台具有自浮功能不需要使用驳船，只需要一条拖轮即可。
　　5) 基盘下水及安装
　　基盘下部吸力桩连接的两个腿柱宽度大于驳船的宽度（根据实际尺寸选用驳船，图3所示的两吸力桩之间的轴线间距为35m），故吸力桩是悬在船舷两侧的。到达目标海域后驳船定位，吸力桩此时位于水中，利用充气设备在吸力桩内充气，等到吸力桩内气体达到一定体积之后，结构整体的浮力大于其重力的时候，基盘慢慢升起，基盘升起到一定高度之后，驳船可以从空隙中驶离，这就完成了基盘的下水（见图3所示）。基盘下水之后，慢慢释放掉基盘内的空气，基盘慢慢沉入水底并形成初始入泥，之后启动水泵将基盘灌入到位。基盘整个下水的过程需要一台履带吊辅助，因为基盘的浮力可以承担其重力，因此吊机只负责此过程的扶正作业，并不需要承担很大的竖向荷载，吊机的能力也就不需要很大。
　　6) 上部自升降平台安装及升起平台
　　基盘安装就位之后将自升式平台拖航至其上方，定位完成之后下放桩腿至基盘腿柱内，待桩腿全部插入到位之后，开动起升装置，将平台升起到预定高度，完成整个安装过程。
　　整个安装过程需要两艘拖轮，一艘驳船和一台小型吊机，不需要大型的浮吊等施工资源，大大的降低了施工成本，并且上部平台安装不存在压桩工况，减少了施工作业的时间，降低了风险。
　　
　　
　　图3基盘下船示意图
　　
　　4 平台主要优势及应用
　　基盘式平台有别于一般的自升式平台。首先，下部吸力式基盘取代了桩靴和沉垫，使得平台作业期间基础更加的牢固和稳靠；其次，上部自升降平台只需将桩腿插入到基盘的腿柱内即可，便于施工操作，风险性较低；再次，由于结构的工作点在水面以下，因此可利用海水提供的浮力减少大型设备的使用。
　　总结起来基盘式平台的主要优势及特点是：
　　1) 工作点位于水面以下，平台能够实现自安装，减少浮吊的使用。
　　2) 采用吸力式基础，可作为固定平台使用。
　　3) 可搬迁，可重复使用，降低石油开采成本。
　　自升式平台的功能一般是钻井平台、试采平台或施工支持平台等，极少作为生产平台来使用，主要是因为桩靴式基础无法实现连续长期作业，否则平台的作业将会存在一定的安全隐患。基盘式平台在上述方面明显优于一般的自升式平台，由于采用吸力桩作为平台的基础，故其拥有固定平台连续长期作业的能力。对于边际油田的开发，基盘式平台可以从开始采油直至采油结束持续作业，之后再迁移至下一目标油田。
　　5 相关计算分析
　　对基盘式平台进行了相关的计算验证，以证明其安全可靠。计算分析是在海恩1号自升式平台（见图4所示）的基础上进行的，海恩1号是我公司自主设计建造的自升式平台，它的主要尺寸见表1。基盘式平台功能暂定为试采平台，上部自升降平台采用海恩1号的尺寸，结构重量在海恩1号的基础上考虑了试采的功能增加了部分重量，上部平台作业时总重量约000t（海恩1号作业时重量2850t），作业水深40m。两个平台采用的环境荷载不同，详见表2所示。可以看出，基盘式平台使用的波浪条件要比海恩1号自升式平台恶劣，并且基盘式平台艏部设置了井口区（6口井）增加了六根直径762mm的隔水套管。
　　此次计算分析主要是针对风暴自存条件下的结构强度进行了分析，结果表明。基盘式平台各部分的结构构件强度能够满足规范的要求，限于篇幅此处不做过多说明。
　　
　　表1海恩1号自升式平台主要参数
　　型长/m 型宽/m 型深/m 桩腿长度/m 适用水深/m 桩腿直径/m 平台自重/t 船级
　　48 26 4 51 14 1.524 2150 CCS
　　
　　表2两平台主要环境参数
　　平台名称 海恩1号 基盘式平台
　　正常
　　作业 最大波高(m) 6.2 6.4
　　 波周期(s) 10.2 8.5
　　 设计风速(m/s) 36 36
　　风暴
　　自存 最大波高(m) 6.6 14.3
　　 波周期(s) 10.9 10.9
　　 设计风速(m/s) 51.5 51.5
　　
　　6 结论
　　上述的论证和计算分析表明吸力式基盘在水深一定的情况下，可以大大减少桩腿的长度，改善桩腿的受力条件（主要是降低其屈曲长度和端部约束条件），大大延长平台连续作业的时间并提高作业的安全性。对于现有的柱腿式自升式平台而言，可以在改造很小（去掉桩靴）的情况下增加其作业水深，根据不同的水深设计不同高度的基盘，使其成为基盘式平台。
　　基盘式平台作为一种新的平台结构形式，集导管架和自升式平台的诸多优点于一身，相信其应用前景将十分广阔。
　　
　　参考文献：
　　[1]黄凯文，段泽辉等.吸力桩式水下钻井基盘安装技术研究.石油钻采工艺.2007，6（29）22-23
　　[2]中国船级社，海上固定平台入级与建造规范[s],2005
　　[3]中国船级社，海上移动平台入级与建造规范[s],2005