导管架式钻井平台新增桩腿加挂井槽改造技术

石油矿场机械2OL4年2月ABSTRACTTOINCREASETHEPRODUCTIONINMARGINALFIELD，MOREWELLSAREGOINGTOBEDRILLED，BUTTHEREWASNOTENOUGHDECKAREAONOLDJACKETPLATFORMSTHEAPPLICATIONOFLEGSEXTENSIONADDITIONALTECHNOLOGYFOROLDJACKETPLATFORMSOLVEDTHISPROBLEMEFFECTIVELYNEWLEGSAREADDEDFORSUPPORTINGTHENEWSTRUCTUREWHICHMEETSTHEDEMANDOFENLARGINGTHEWELLHEADAREAAHORNSHAPECONNECTIONSAREDESIGNEDTOAVOIDUNDERWATERWELDINGANDREDUCETHEACCURACYREQUIREMENTSDURINGTHEPROCESSOFINSTALLATIONTHERESULTSOFPUNCHINGSHEARCHECKFORMAJORMEMBERANDJOINT，PILECAPACITYCHECKINSEISMICANALYSISANDICERESISTANCEANALYSISSHOWTHATTHEPLATFORMMEETTHESPECIFICATIONREQUIREMENTSKEYWORDSDRILLINGPLATFORM；WELLSLOT；TECHNICALREFORM；FEM我国海洋石油勘探和开发始于2O世纪6O年代，早期平台形式主要是固定式平台，其中钢制导管架平台是目前冰区普遍采用的一种结构形式。我国有许多导管架平台已经达到或接近设计服役年限，但其中大部分平台仍在服役。为达到增产的目的，需要在这些老平台上加设生产井，但由于老平台预留井槽不足，无法满足此要求。近年来，通过新增井槽从而增加调整井的做法得到了关注和应用。新增井槽的形式选取和方案设计都要依照平台现状和改造要求进行详细论证。改造方案的设计需综合考虑避免水下施工，降低安装施工难度，桩群效应对桩基的影响等因素。另外，改造对平台结构改变较大，继续服役面临安全风险。为确保改造后平台能够安全服役，并为平台改造提供依据，必须对改造后的平台进行全面的安全评估。II侣I制I_J。RI一冲一一函一4一一一土II；I；I1新增井槽扩建方案11新增井槽的分类新增井槽根据其所在位置的不同可分为井口区内新增井槽和井口区外加挂井槽2种形式。其中，井口区内新增井槽方案由于受到原有井口区空间限制，只适用于新增井槽数目较小的情况，新增的井槽位于平台甲板内部。这种改造方案的优点是平台结构新增载荷较小，对上部组块结构和井口区改造简单，钻修井作业位置不变，海上施工简易快捷，投入成本低。SZ361WHPB平台改造扩建项目和文昌132项目都采用了在井口区内新增井槽的方案如图1。但是，此方案受井口区空间制约十分明显，在井口区作业时设备布置十分困难，不便日常生产和维修，且新增井槽数量有限。新增内挂井槽新增内挂井槽一一图1内挂井槽示意如果新增井槽数目过多，应考虑在井口区外加挂井槽的方案。井口区外加挂井槽的优点是井口区空间可以得到充分的扩展，避免在井口区施工，不影响平台正常生产。相比在井口区内新增井槽，此方案对平台原有结构影响较大，需对修井机滑轨等设施进行改造。对平台原有结构进行过多的改造必然第43卷第2期刘洋，等导管架式钻井平台新增桩腿加挂井槽改造技术直与水平面交角大于75。的孤立墩柱D25M上的水平冰力为FMIFCAD1式中M为形状系数圆形截面取值09；为嵌人系数；为接触系数；为冰无侧限压缩强度；D为冰挤压结构的宽度；H为冰厚。导管架结构的总冰力按挤压破坏模式计算，考虑到桩腿和隔水导管之间的相互影响，各桩腿和隔水导管上的力应乘以相应的遮蔽系数，其总冰力为各桩腿和隔水导管的冰力之和。遮蔽系数选取参见中国海海冰条件及应用规定中5。412节。冰力计算设计参数如表3。表3海冰设计参数当取定某一工况，即冰厚、方向一定时，冰载随时间而变化。根据桩腿上一点的冰载荷时间历程可计算焊接点相对时间的主应力时程曲线。随之也可得其疲劳寿命。其计算步骤如下“1根据计算工况，将取定的第I工况的冰厚代入RALSTON公式中，得到相应的静冰力值FF。将动冰力时程历时T一354S用此况下的静冰力进行调整，使得调整后的整个时段中最大冰力等于RALSTON公式中得到的静冰力值F。2将放大后的冰载时间历程，作为外加激励作用在平台结构上，计算其振动响应，算出第K个管节点的第L个焊接点处的热点应力时间历程。3运用雨流计数法对得到的热点应力时间历程进行循环计数，得到第K个管节点的第L个热点处热点应力幅为的循环次数为,4根据计算工况表中该工况出现的概率以及环境条件中给出的历史平均冰期的持续时间，得到该工况在1A中的持续时间T秒。也就可以得到第K个管节点的第L个热点处热点应力幅为的循环次数为N一。寺25如果管节点在水面以下，则选择常温的SN曲线，如果管节点在水面以上，则选择低温的SN曲线，按照MINER线性累积损伤准则，得到在工况I，1口中第K个管节点的第L个热点处的损伤度。6对所有管节点的所有热点重复上述步骤15，则可分别得到在工况I中，所有管节点的所有热点处的损伤度。7对所有工况重复步骤16，则可以得到1A中每个管节点的每个热点的累积损伤，对所有的累积损伤分别取倒数，得到各个管节点的各个热点处的冰振疲劳寿命年，作为设计要求，其中的最小值应该大于平台的疲劳寿命要求年限。对选取的节点提取应力响应曲线，发现桩腿主要节点最大应力为73MPA，如图7所示。远未达到材料屈服极限，满足设计要求。该节点处的疲劳寿命36386A取安全系数2，满足平台设计寿命的要求。L4223改造后平台地震工况下桩基承载能力校核对改造后的平台分别进行强度水平地震分析和韧性地震分析。强度水平地震的地面水平加速度为016G，韧性地震分析用2倍强度水平的地面水平加速度来模拟，地面地震水平加速度为032G。在韧性地震中进行桩基承载能力的校核。所得水平地震力如表5；地震工况下要求桩基承载能力安全系数大于12。各桩腿最危险工况下承载能力如表6。地震工况下，最危险桩为B035，如图8。该桩位于平台东南角，安全系数为231。结果表明改造后平台在地震工况下的桩基承载能力仍然可以满足要求。表5强度水平和韧性水平地震力舳如如加M7O石油矿场机械2014年2月3结论图8地震工况下平台最危险的桩1新增桩腿式外挂井槽可以使井口区空间得到充分扩展，有效解决老平台由于预留井槽不足导致无法新增调整井的问题。2用水上导向桩作为新增结构和平台原有结构间的连接装置，可避免水下焊接，喇叭状连接套筒设计增大了连接区域，降低了安装难度。3计算结果表明平台最大加速度为055MS。，操作人员在平台上的舒适度满足正常作业的要求。平台桩腿主要节点最大应力为73MPA，满足设计要求。冰力作用下改造后平台的疲劳寿命为36386A取安全系数2，满足平台设计寿命的要求。地震工况下的桩基校核结果表明平台能够满足结构抗震的安全要求。4目前该技术已在我国多个海上油田得到推广应用，为我国边际油田的二次开发提供了创造性的解决方案。参考文献1张大勇，岳前进，车啸飞在役抗冰导管架海洋平台结构风险评估C第十四届中国海洋岸工程学术讨论会论文集上册，200979862李大全，罗振钦，胡辉，等加挂井槽技术的研究与应用EJ中国工程科学，2011588923邓欣，尹彦坤，易涤非，等海洋平台加挂井槽技术研究与实例分析J中国海洋平台，20071246494张建勇，李挺前，穆顷，等导管架平台外挂桩腿扩建技术实践与改进IJ中国海洋平台，20121227315APIRP2A，RECOMMENDEDPRACTICEFORPLANNING，DESIGNINGANDCONSTRUCTINGFIXEDOFFSHOREPLATFORMSWORKINGSTRESSDESIGNS2LTHEDITIONDEC2000E6石磊，高国鑫外延平台海上安装技术分析C第十五届中国海洋岸工程学术讨论会论文集上册2O1187DNVRPC203，RECOMMENDEDPRACTICE，FATIGUESTRENGTHANALYSISOFOFFSHORESTEELSTRUCTURESS200183窦培林，王辉辉导管架平台强度分析J江苏科技大学学报自然科学版，20088169王世敬导管架平台冰激振动响应分析FJ石油矿场机械，2007，3