浅析固定平台重量控制对于降低工程成本的实际效果.pdf

第3 1 卷第3 期中国海洋平台 V 0 1 3 1N o 3 2 0 1 6 年0 6 月 C H I N A0 F F S H O R EP L A T F O R MJ u n ，2 0 1 6 文章编号：1 0 0 1 4 5 0 0 ( 2 0 1 6 ) 0 3 - 0 0 2 8 - 0 6 浅析固定平台重量控制对于降低工程成本的实际效果 柳扬斌 ( 中海石油( 中国) 有限公司天津分公 ，郑路 司工程建设中心技术部，天津3 0 0 4 6 1 ) 摘要：论述了在全球原油价格低速的形势下，海洋石油工程降本增效的必要性与紧迫性，凸显出平台重 量控制对降低工程成本的重要作用，并通过实际工程案例简要介绍了固定式平台上部模块重量控制的几种成 功做法以及成效。鉴于严格优化平台上部模块重量所产生的显著经济效益，可以得出结论：固定式平台的前期 设计方案整体论证以及具体设计过程中的不断优化对于降低平台整体投资意义重大，应予以高度关注和持续 改进。 关键词：海上固定平台；平台上部模块甲板优化；重量控制；分块设计方案优化 中图分类号：P 7 5文献标识码：A A ct u a lP o s it iv eE f f e cto nE n g in e e r in gP r o je ctC o s to f F ix e dP la t f o r mW e ig h tC o n t r o l L I UY a n g b in ，Z H E N GL u ( T e ch n ica l D e p a r t m e n t ，E n g in e e r in gC o n s t r u ct io nC e n t e r ，C N O O CC o ，L t d ， T ia n iinB r a n ch ，T ia n j in3 0 0 4 61 ，C h in a ) A b s t r a ct ：T h en e ce s s it ya n du r g e n cyo ft h eo f f s h o r eo ile n g in e e r in gin v e s te f f icie n cyin t h eg lo b a lcr u d eo il p r ice sd o w n t u r ns it u a t io nw e r ed is cu s s e d S of ix e dp la t f o r mw e ig h tco n t r o l isv e r yim p o r t a n tt or e d u cet h eo f f s h o r eo ilf ie ld s d e v e lo p m e n te n g in e e r in gco s t I ts h o w s s e v e r a lco n cr e t em e t h o d so fp la t f o r mw e ig h tco n t r o la n dt h es u cce s s f u lr e s u lt so fs o m ep r a ct i ca l e n g in e e r in ge x a m p le sw e r ed is cu s s e db r ie f ly S ow eca nd r a waco n clu s io nt h a tint h ee a r ly p e r io do ft h ef ix e dp la t f o r md e s ig ns ch e m eco m p a r is o na n ds p e cif icd e s ig nint h ep r o ce s so f co n t in u o u s lyo p t im iz eisag r e a ts ig n if ica n cet or e d u cet h ep la t f o r mo v e r a ll in v e s t m e n t W e s h o u ldp a ya t t e n t io nt Oco n t in u o u sim p r o v e m e n to fp la t f o r mw e ig h tco n t r 0 1 K e yw o r d s ：f ix e do f f s h o r ep la t f o r m ；p la t f o r mt o p s id e Sd e cko p t im iz a t io n ；w e ig h tco n t r 0 1 ；d iv is io nd e s ig ns ch e m eo p t im iz a t io n 0引言 海上固定平台的工程建设成本中相当大的一部分是平台钢结构制作成本，在确保平台满足生产使用要 求的前提下，需尽可能减小海上平台的上部设施( 上部模块) 的设计尺寸和重量以满足安装资源的要求，同时 降低钢材使用量。因此，平台上部模块的设计重量控制变得尤为重要。 1 降低固定平台模块重量的重要经济意义 油田总体开发成本中，新建生产设施所占的费用份额很大，而对于海上油田生产设施中的固定平台而 收稿日期：2 0 1 5 0 8 2 6 作者简介：柳扬斌( 1 9 8 0 一) ，男，工程师。 第3 期 柳扬斌，等浅析固定平台重量控制对于降低工程成本的实际效果 2 9 言，降低其整体建造工程费用所贡献的效益尤其明显。降低和控制海上油气平台的尺寸和重量成为今后海 上平台设计的重点。 固定式导管架平台在我国是最为常见的平台型式，此类平台适用于水深较浅的海域，能够承载较大的上 部设施重量，便于钻修井作业。吊装安装为常规的模块安装方式，要求模块吊重必须在浮吊安全起吊能力范 围之内，对于模块重量大、安装风险高的项目，重量控制必须作为项目的重点工作执行，以确保模块的海上安 装顺利进行。其中，平台的模块和导管架( 桩基) 的结构钢材重量，占据了平台整体重量相当大的比重。表1 为渤海海域近年新建平台的重量数据对比。 表1 渤海海域近年新建平台的重量数据对比 根据表1 所示的统计数据表明：平台的结构钢材重量占平台整体干重的百分比平均数为6 9 3 ，建造 一座海上钢质固定平台，有2 3 以上的干重重量是结构钢材重量。因此，在确保平台相应井口配套设施及平 台主轴线框架尺寸不变的情况下，尽可能地减少上部模块甲板整体尺寸、缩减甲板空余面积和提高空间利用 率，是减少平台结构钢材使用量的有效途径。 2 通过调整平台工程设计总体布置和轮廓尺寸以降低结构重量 2 1B Z l9 4 油田综合调整项目背景简介 B Z l9 4W H P C 是1 座8 腿8 主桩导管架结构形式的井口平台，设置3 2 个井槽( 4 8 ) 、上部模块采用梁 柱板空间框架结构型式，设有工艺及水处理设施、6 0 人生活楼及H X J l8 0 型修井机。导管架设计水深为 2 1 5m ，工作点尺寸为( 1 8m + 1 8m + 1 8m ) X2 0m ，8 根导管腿为Y 向单斜，斜度为1 ：1 0 ，钢桩桩径为 1 8m ，人泥深度8 1 5m 。 2 2 平台整体设计优化过程 在基本设计第一阶段的内部审查中，根据2 0 1 5 年2 月开始实行的海上固定平台总体设计规范的要 求，设计单位开始进一步提高甲板利用率、减少甲板空余面积和降低模块结构钢材总重，对各个专业进行了 较大幅度的优化调整。 ( 1 ) 调整总体甲板设备布置，缩减模块工作房间面积和局部甲板宽度、取消1 层工作甲板，平台甲板层 数由4 层优化为3 层，总计减少甲板面积15 2 5m 2 。 ( 2 ) 将上部模块分块线从原设计的靠近2 轴东侧2m 处改至2 轴东侧8 1m 处作为东西分块界线，取 消原设计的模块运输支撑假腿。从而将上部模块的吊装总重从基本设计初始的54 5 6t 降至50 8 5t ，上部模 块的钢结构材料总重从O D P 设计的34 2 0t 减少到30 2 1t 。同时B Z l9 4W H P C 导管架在工作点间距不变 的前提下用钢总重从O D P 的53 7 0t 降低至51 7 5 9t 。 3 0 中国海洋平台第3 1 卷第3 期 经过此次优化，B Z l9 4W H P C 上部模块分东、西2 块吊装均可满足45 0 0t 级起重船“华西50 0 0 ”的起 吊半径和起吊能力的要求。 2 3 优化后成果 B Z l9 4W H P C 经过基本设计后期对O D P 原总体布局的大幅优化，提高了甲板空间利用率，在平台结 构上体现出的减重数据是非常明显的，O D P 设计与基本设计优化后用钢量对比见表2 。 表2B Z l9 4W H P C 平台O D P 设计与基本设计优化后用钢对比 由B Z1 9 4W H P C 平台的设计优化成果可以看出：执行新的总体设计规范后，对于大幅减少平台设计 用钢量、提高甲板利用率的降本效果是非常可观的。 3 调整模块的分块吊装方案 3 1S Z 3 6 1 二期调整项目背景介绍 S Z 3 6 1C E P N 是1 座8 腿8 主桩导管架结构形式的油气处理平台，上部模块采用梁柱板空间框架结构 型式，设有油气处理设施。甲板由上、中、下工作甲板组成，甲板主尺寸：7 4 8 5m 3 9 7m ，工作点间距 ( 1 8m + 1 8m + 1 8m ) 2 2m 。C E P N 导管架设计水深为3 0 4m ，8 根导管腿为Y 向单斜，斜度为1 ：1 0 ，钢 桩桩径为2 1m ，入泥深度8 4m 。 3 2C E P N 上部模块吊装超重问题 在S Z3 6 1 油田二期调整项目O D P 阶段锁定的C E P N 安装资源为“蓝鲸号”起重船，由于“蓝鲸号”吊装 能力和安全起吊跨距的限制，O D P 设计时拟定将C E P N 模块沿2 、3 轴正中间平均划分为东块约60 0 0t 、西 块约60 0 0t 进行建造和安装。在不考虑偏心的情况下，东块、西块的吊装重量已经非常接近“蓝鲸号”的起 重极限能力。“蓝鲸”号浮吊在4 9m 和5 0m 吊装半径下的吊重能力见表3 。 表3 “蓝鲸”号浮吊在4 9m 和5 0m 吊装半径下的吊装能力 在S Z 3 6 1 二期工程项目调整的基本设计阶段，经过基本设计项目组重新复核C E P N 模块的吊装重量， 发现C E P N 东块初步估算吊重增至65 0 9t 超出了“蓝鲸号”在4 9m 吊装半径时的吊装极限能力，且东块重 心偏心严重。 3 3 设计方提供的几种解决方案 针对此问题，基本设计项目组会同建造、安装各相关方的意见，为控制C E P N 东块的单重，提出建议将6 台主机单独组成一个动力模块，在与其余部分构成的C E P N 东、西块同时陆地建造，在海上单独吊装( 即 C E P N 上部模块海上3 吊安装) 。 第3 期 柳扬斌，等浅析固定平台重量控制对于降低工程成本的实际效果 3 4工程项目组选定的模块分块方案 工程项目组经过分析论证，认为将C E P N 模块分为3 块吊装会带来以下不利影响： ( 1 ) 两吊变三吊会增加模块结构重量，影响导管架计算。C E P N 模块整体构成由2 块改为动力、东、西3 块，必将增加各构成模块间的连接过渡及结构加强构件，从而进一步增加C E P N 平台上部的总体重量，并造 成C E P N 导管架及桩基结构荷载的校核必须全部重新计算，影响基本设计及详细设计的工作进度，以及 C E P N 导管架开工建造的结构钢材采办。 ( 2 ) 增加一个动力模块会增加滑道占用资源。上部模块分3 块进行陆地建造必定会增加对海洋石油工 程股份有限公司青岛场地的滑道建造资源的占用，尤其是分出动力模块单独建造会增加C E P N 模块的滑道 占用面积近一倍，这对于本已经非常紧张的场地资源的使用增加了额外的负荷。 ( 3 ) 平台6 台主机独立分块会增加海上连接调试工作量。C E P N 分成3 块也必将增加上部模块内部的 工艺配管电仪讯等系统的海上连接、调试工作量，降低了模块陆地建造完工的完善程度，增加海上施工 的时间和成本，加大海上施工现场管理难度，不利于海上施工现场的Q H S E 风险控制。 基于以上的原因，C E P N 模块的分块重量是否超出“蓝鲸号”的起重能力，将决定选取哪种施工方案，工 程项目组根据以往项目的分块设计经验以及C E P N 甲板设备布置情况，就分块方案与相关单位进行了充分 的讨论，从各个角度进行了全面分析论证，为实现项目整体效益最大化，确定了最优分块方案。保持C E P N 模块仍分为东、西2 块的吊装方案，将东、西分块界线由O D P 设计的2 、3 轴中间平分，修改为沿C E P N 平台 2 、3 轴靠近3 轴位置进行分块。以此分块方案为前提，确定了C E P N 模块陆地建造和海上安装施工方案，并 要求设计方进一步细化工作，严格控制模块最终重量，确保C E P N 模块最终吊装重量满足“蓝鲸号”的安全 吊装要求。图1 为最终确定采用的C E P N 模块分块方式平面图，表4 为C E P N 模块重新核算吊装跨距及其 对应“蓝鲸号”的起吊能力。 甲甲甲甲甲9 。 坩”、日m。i ll f 十 _ 一蚓 掰嘲 5 一遵盏群毽图器秀熏矽、 旷； 萤 2 t 鸶 。，； 一蝴 、懑l 葛嚣蚤一慧一牌豁一 萎 l “日蛔咚蛙雕建l峨蟊； 榭rr 弼i 莎嵴粹脚琶口瑟r 挈曩 严酽 吖l” 、 羽；。尸。奄鬻一琶 _ _ 辨叫蓝 l 7 弋一 一 g魏 赢艇磊 ：r 霸A 一、 7 姐l| II I ，羹 二匿T 鬟奄沁8翅孰 群蒲乒薛粲障褊辞鍪驾盈F ，f 碰一鳓澄 剐饵 I 芦孽一 一 糯。 鳓 iI I ，鼯黼一， ，桶一I 瀚。一 l 镭潮基玉盘翼阵F 、 ，l 。I 1 8 7 ，臀黼n l I II 目Il罩“赫- - 1 呻赛t 捌雾委匕 一鼹I - 嘲I t l长涝 誊 1 犬 7 一”警一 f 嬲褊广 丽k崩晶茹紫一l 是 = 啜一”H 卿盘舀砭基2 虫写毋 疆日“蓟 缪磅挚秘一蝌 V 图1最终确定采用的C E P N 模块分块方式平面图 3 2 中国海洋平台 第3 1 卷第3 期 3 5C E P N 分块减重措施 为确保重新划分的东、西块各自单独吊装重量不超出蓝鲸号的起重极限能力，在C E P N 模块的基本设 计和详细设计中采取了以下减重措施： ( 1 ) 细化和准确估算重量：要求设计各专业重量估算有原则、变化有依据，重量估算划分到最小单元；不 同阶段的重量控制要有充分的设计阶段背景和数据支持。 ( 2 ) 取消所有容器的撬座，严格控制设备单撬重量，要求各专业重量估算划分到最小单元，部分容器类 设备底座设计成马鞍座形式。 ( 3 ) 在设备采办中，从设备标书编制、评标、技术澄清、现场验货等各阶段都把重量控制作为关键技术指 标严格控制。 ( 4 ) 简化机械设备底座，降低重量，节省钢材。 ( 5 ) 优化管线路径，合理共用支架，控制C E P N 平台模块的重量、重心。 ( 6 ) 取消大阀门固定操作平台，改为可移动式操作平台。 3 6C E P N 平台重控成果 通过采取以上重控措施，从详细设计最终版的吊装重量分析以及加工设计的重控报告显示，不需采取后 装两台主机、部分挡风墙等减重措施，实现了C E P N 东块56 3 7 9 6t ，西块55 7 8 1 7t 的指标，此时东、西块 重量均已满足“蓝鲸”号吊装要求。 经过设计过程的精细化控制和模块建造现场的严格把关，C E P O 和C E P N 模块的陆地完工重量控制在 设计许可范围内，并于2 0 1 3 年6 月1 2 日6 月1 6 日由蓝鲸号顺利完成了C E P N 平台东、西模块的海上吊 装，为项目的按期投产提供了有力的保障。 由于成功减重，C E P N 模块东、西块采用两吊完成海上安装，减少极为可观的单块预制建造费、海上运输 费用以及连接调试费用。 4通过减少平台模块大型设备的底座以减轻模块总重 4 1 取消大型设备底撬 以生产分离器为例，单罐设计尺寸为40 0 0m m ( I D ) 1 60 0 0m m ( T T ) ，假如为此罐体设置底座，底 座尺寸应为52 0 0m m X 1 90 0 0m m ，按照型钢采用4 5 号工字钢，铺5m m 花纹钢板计算，底撬重量约为2 0t 。 C E P N 模块共有1 2 台类似尺寸的卧式罐体，为减轻重量，在基本设计阶段取消了所有卧式罐体的底撬，仅此 一项措施即可为平台上部模块减重约2 4 0t 。 辽东区域某平台的生产分离器采用的是整体成撬大底座，如图2 ( a ) 所示。S Z 3 6 1C E P N 平台生产分离 器优化调整为：采用马鞍座形式直接安装在平台上部模块经过调整的甲板梁格上，如图2 ( b ) 所示。 4 2 简化机械设备底座，降低重量，节省钢材 对于应急发电机底座，辽东区域某平台是采用的通用底座加设备支撑型钢的双层底座形式，如图3 ( a ) 所示。S Z 3 6 1C E P N 、C E P O 平台设计时简化调整为单层H 型钢点对点的支撑底座形式，如图3 ( b ) 所示。 第3 期 柳扬斌等 浅析固定平台重量控制对于降低工程成本的实际效果3 3 ( a ) 某平台生产分离器 ( b ) f 尤化后的平台生产分离器 图2 生产分离器的底座优化 ( b ) 简化后的芷撑底腰形式 图3 应急发电机的底座优化( 下转第4 1 页) 第3 期 王 晗，等基于H ilb e r t - H u a n g 变换的海洋平台结构损伤识别研究 别。不同损伤程度、采样数据长度和波浪参数下该指标的有效性不受影响。 ( 2 ) 在同一损伤位置，随着损伤程度的增加，损伤指标M S A C 值在相应变大，M S A C 值与模型结构的损 伤程度存在着对应关系。 ( 3 ) 在损伤测点处，受信号边际谱频域分辨率的影响，M S A C 值随着采样数据长度的增加而变大，趋势 由急变缓。采样数据过长或过短都会对损伤识别的准确性产生影响，对其进行合理选择十分重要。 ( 4 ) 波高的改变对损伤前后边际谱的差异影响不大，可以说其对损伤指标M S A C 值的影响是有限的。 波浪周期对M S A C 值的影响十分明显，随着周期变大，损伤指标M S A C 值逐渐变小，同时由于其与采样频 率、采样数据长度及频域分辨率之间的相互作用，合理确定各个分析参数十分重要。 基于响应信号H ilb e r t 边际谱构造的损伤指标M S A C 能够实现结构损伤的定位识别，并能根据其大小 对损伤严重程度进行定性判断，相比于传统方法需要布置的测点更少，但对于损伤程度更准确的识别，还需 进一步研究。 参考文献 1 3 方辉海洋平台结构损伤诊断方法研究 D 青岛：中国海洋大学，2 0 0 5 2 3 杨秋伟基于振动的结构损伤识别方法研究进展 J 振动与冲击，2 0 0 7 ，2 6 ( 1 0 ) ：8 6 8 9 3 F a r r a rCR 。D o e b lin gSW ，N ixDA V ib r a t io nb a s e ds t r u ct u r a ld a m a g eid e n t if ica t io n J P h ilo s o p h ica l T r a n s a ct io n so f t h eR o y a lS o cie t yA ：P h y s ica l，M a t h e m a t ica la n dE n g in e e r in gS cie n ce s ，2 0 0 1 3 5 ( 9 ) ：1 3 1 1 4 9 4 H u a n gNE ，S h e nZ ，L o n gSR 。e ta 1 T h ee m p ir ica lm o d ed e co m p o s it io na n dH ilb e r ts p e ct r u mf o rn o n lin e a ra n dn o n s t a t io n a r yt im es e r ie sa n a ly s is A P r o cR S o cL o n d o n 。S e r A ，1 9 9 8 ，4 5 ( 4 ) ：9 0 3 9 9 5 5 王黎黎基于希尔伯特一黄变换的时频分析算法研究 D 西安：西安电子科技大学，2 0 0 9 6 3A lle m a n gRJ ，B r o w nDL Aco r r e la t io nco e f f icie n tf o rm o d a l v e ct o ra n a ly s is ，P r o ce e d in g so ft h e1 s tI n t e r n a t io n a lM o d a l A n a ly s isC o n f e r e n ce C O