埕岛油田井口平台结构延寿改造技术

2020-05-15刘佳莉崔书杰

化工设计通讯 2020年4期

刘佳莉，崔书杰

（中石化石油工程设计有限公司，山东东营 257000）

1 概述

埕岛油田位于山东省东营市河口区北部渤海海域的2～18m水深的极浅海域，是我国在极浅海域开发的第一个大油田，埕岛油田地处黄河口水下三角洲的滩海交界地带，场区海洋动力、浅层工程地质、海底动力地貌条件十分复杂。

埕岛油田井口平台主要分为3种结构型式：桩腿式井口平台、直导管架式井口平台、外套导管架式井口平台。海洋环境及海底地质条件恶劣，潮流强大，井口平台要遭受风、浪、流以及平整冰及流冰的冲击作用，由于长期受到海洋环境中的物理、化学、生物及机械作用。使平台结构在不同程度产生损伤后部分结构失效，甚至使平台倒塌[1]；根据延寿评估的结果，井口平台出现不同程度的安全隐患。本文对井口平台整体抗冰加固进行分析研究。

2 井口平台加固改造措施

对于海洋平台常见的加固措施有局部加固、整体加固两种基本方法。

2.1 局部加固

主要的方法有以下三种：

1）通过内部灌浆加固。通过灌浆方式对杆件加固是一种重要而恰当的方式。中心二号生活平台通过在桩腿间灌注水泥浆有效减少了平台振动。

2）外套卡箍或焊接外部加强肋板对节点进行加固。

3）打磨焊缝延长疲劳寿命。通过对焊缝的打磨可改善焊接部分的疲劳寿命，但对于已经出现焊缝裂纹的部位不适用。

4）焊接新的横撑或斜撑等结构杆件，使平台受力重新分配，降低部分节点和杆件受力。

2.2 整体加固

整体加固是指将一个新结构建在已建结构旁边，用新结构来支撑已建结构。新结构的设计制造和安装虽然工程难度大，但对存在问题非常严重的已建结构，整体加固能提供最好的解决方案。

3 井口平台整体抗冰加固分析

3.1 分析软件

结构分析采用SACS（Structural Analysis Computer System）软件，SACS 程序是采用有限元法专用于海洋结构工程的分析系统，是国际上比较先进的被普遍使用的海洋工程结构分析程序。

3.2 计算结果分析

3.2.1 加固方案（一）：外打防护桩

计算时考虑8个方向的冰荷载，在井口平台周围增加4根抗冰防护桩，对井口平台进行整体加固，通过新建保护桩的破冰作用，减少原井口平台桩腿的冰作用力，改善原桩腿的受力状况。

方案采用4根Ф1 000mm 防护桩，桩入泥39m，在（+）2.0m 和（+）5.0m 处设Ф500mm 的水平撑，水平撑之间设Ф406mm 的斜撑，桩顶标高（+）6.0m。加固桩与原井口平台不设连接杆件，承受了主要的冰荷载，从而极大减少了原井口平台的受力，对井口平台起到了保护作用。

把原井口甲板和流程整体抬高到9.7m，同时在加固桩上新建上部组块一座。在加固桩就位后，新建上部组块采用吊装方式安装，外套新建上部组块和原井口甲板设连接通道，解决了原井口平台标高不满足规范要求的问题。

通过计算分析，在极端冰荷载工况下，加固后平台杆件最大应力比为0.85，小于1.0，满足规范要求（见表1）。管节点最大应力比为0.629，小于1.0，满足规范要求（见表2）。

表1 极端冰工况杆件最大应力比

表2 管节点冲剪应力汇总

各桩的承载力安全系数：极端工况下，压桩安全系数最小为1.89，大于1.5；拉桩安全系数为1.88，大于1.5，计算表明承载力满足规范要求。

因此井口平台新建保护桩后，结构强度能够满足抗冰的要求，能够对井口平台起到保护作用。

3.2.2 加固方案（二）：外套导管架平台

在原井口平台外新套导管架（见图1），对井口平台进行整体加固，通过新建导管架的破冰作用，减少原井口平台桩腿的冰作用力，改善原桩腿的受力状况。

图1 导管架平台整体三维模型

外套导管架平台主管采用Ф1 078×38mm、Ф1 058× 28mm，桩采用Ф900mm 的变径桩，入泥44m。导管顶标高为（+）5.0m，底标高为（-）15.0m。在标高（-）15.0m、（-）4.0m、（+）4.0m 处设水平拉筋，采用φ600mm 钢管。（-）15.0m、（-）4.0m之间设竖向斜拉筋，采用φ500mm 钢管。

把原井口甲板和流程整体抬高到9.7m，同时外套平台上新建上部组块一座，外套新建上部组块以及原井口甲板设连接通道，解决了原井口平台标高不满足规范要求的问题。

通过计算分析，在极端冰荷载工况下，加固后平台杆件最大应力比为0.76，小于1.0，满足规范要求。管节点最大应力比为0.43，小于1.0，满足规范要求。

极端工况下，压桩安全系数最小为1.72，大于1.5；拉桩安全系数为1.95，大于1.5，满足规范要求。

打保护桩及外加导管架都能彻底消除井口平台抗冰能力不足的问题，实际工程中可根据不同的平台情况选择合适的加固方案。