（机械工程专业论文）海洋结构整体浮装所用支撑框架和牵引系统设计计算.pdf

中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 中文摘要 海洋结构整体浮装 所用支撑框架和牵引系统设计计算 李俊华( 机械_ t - 程) 徐兴平( 教授) 摘要 目前，国外大型海洋结构整体浮装技术早已有了较快的发展。在 美国，大型海洋石油平台的整体浮装就位技术已相当的成熟，在墨西 哥湾等地，此技术已经成功得到了应用。然而在我国，此技术还相当 不成熟。海洋条件和国外也大不相同，不能照搬照抄国外的这一技术。 为了改变这种现状，我国的科研人员正在夜以继目的加紧工作，试图 研制出种适合中国海域的大型海洋石油平台整体浮装技术的方法。 通过理论分析和试验研究，找出一种合适的大型石油平台整体浮 装就位技术的方法，从而改变传统的用浮吊进行整体吊装的方法。本 文介绍了海洋平台安装方法，并重点对平台液压牵引系统设计计算、 滑移装船驳船调载模拟计算和平台支撑框架设计计算进行了详细的分 析。通过这种整体安装方法，不仅可以节省浮吊的使用费，而且还缩 短了平台的安装周期。更重要的是，可以弥补我国大型石油平台整体 浮装技术的空白。海上体积、重量较大的结构物采用该技术安装是一 个发展趋势，具有广泛的应用前景。 关键词：海洋平台，整体浮装，驳船调载 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 英文摘要 t h ed e s i g na n dc a l c u l a t i o no f t h es u p p o r tf r a m ea n dt o w i n gs y s t e mf o r f l o a t o v e ro fo f f s h o r es t r u c t u r e s l ij u n - h u a ( m e c h a n i c a le n g i n e e r i n 曲 d i r e c t e db yp r o f e s s o rx ux i n g - p i n g a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h et e c h n o l o g yo ff l o a to v e rf o rl a r g eo f f s h o r es t r u c t u r e h a v ed e v e l o p e dr a p i d l yi nr e c e n ty e a r s i na m e r i c a ，t h i st e c h n o l o g yh a s d e v e l o p e dq u i t em a t u r i t ya n ds u c c e s s f u l l yp u tu s ei n t om e x i c og u l f w h i l e i nd o m e s t i c ，t h i st e c h n o l o g yi sn o tm a t u r i t y t h ec o n d i t i o no ft h eo f f s h o r e i sd i f f e r e n tf r o mt h a to fa b r o a ds ot h a tw ec a nn o tc o p yt h et e c h n i c a lf r o m a b r o a dd i r e c t l y t oc h a n g et h i ss t a t u s ，o u rs c i e n t i f i cr e s e a r c h e ri sw o r k i n g h a r dd a yb yn i g h ta n dt r yt od e v e l o pas e to fm e t h o do fl a r g ep l a t f o r m f l o a to v e ri n s t a l l a t i o ns u i t e df o rt h ec o n d i t i o n so f o u rc o u n t r i e s o t i s h a r e t h r o u g ht h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n ts t u d y ，t h i sp a p e rf i n d sas u i t a b l e m e t h o du s e df o rl a r g ep l a t f o r mf l o a to v e ri n s t a l l a t i o na n dc h a n g e st h e t r a d i t i o n a lt e c h n o l o g yt h a tt a k e su s eo f f l o a th o i s t i n t r o d u c et h et e c h n o l o g i c a lo r i g i no ft h ep l a t f o r mf l o a to v e r ，e x p l a i n t h em e t h o do f t h el a r g eo c e a ns t r u c t u r ei n s t a l l a t i o na n dt h ek e yt e c h n o l o g y t h a tt h ep l a t f o r mf l o a t so v e r t h em o s ti m p o r t a n tt h i n gi st od e s i g na n d c a l c u l a t es u p p o r tf r a m ea n dp l a t f o r mt o w i n gs y s t e m t h i sm e t h o dc a l ln o to n l ys a v et h eh o i s te x p e n s eb u ta l s os h o r t e nt h e i n s t a l l a t i o nc y c l eo ft h ep l a t f o r m t h em o s ti m p o r t a n t ，i tf i l l su pt h eb l a n k o ft h i sf i e l di no u rc o u n t r y t h i st e c h n i q u ec a nb ew i d e l yu s e di nl a r g e 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 英文摘要 v o l u m ea n dw e i 【g h ts t r u c t u r e si n s t a l l a t i o n k e yw o r d s ：o f f s h o r ep l a t f o r m ，f l o a to v e r , b l a s ta n dd e b l a s t 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 独刨性声明 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 签名： 泌年，三月，上日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 加西年1 2 - - 月 i 日 冲s 辱rf y b 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章前言 第1 章前言 随着海洋油气田的不断开发，海洋油气生产设施，平台、组块等结 构物向更大更重的方向发展结构重量达到几千吨到上万吨，施工水 深由几米向百米和千米发展，国内和国外的大型吊装起重船的现有量 和吊装能力远远满足不了需要。尤其作为滩浅海油田的开发，结构物 的海上安装受到的制约条件更多。既存在没有大型吊装船的问题，也 存在有了吊装船，但由于大型吊装船吃水较深，而施工现场水深满足 不了要求仍无法安装的难题。 整体结构物的海上安装方法，安装能力是否满足需要，直接影响 到油田开发方式的确定和开发速度。国内和国外的大型吊装起重船的 现有量和吊装能力，以及施工条件远远满足不了需要，常规的吊装技 术由于装备的能力限制不能满足需要，结构物的海上安装技术的突破， 新的安装技术的研究和应用成为世界各国海工技术研究的对象。 随着我国对滩海油气田的不断开发和利用，海上石油平台的建造 规模也越来越大，平台的吨位也随之加大，例如1 9 9 7 年建造的中一5 , - - 号生产平台重量已达到一干余吨。以前所有这些平台的海上安装就位 全部都是采用大型浮吊分块吊装完成的。目前，国内最大的浮吊“蓝 江号”能力为3 8 0 0 t ，其吃水深度已经达到8 m ，再大一点的浮吊，其 吃水深度更大。美国能源公司的d p a 平台重量达3 2 0 0 多吨，而其就位 海域平均水深只有7 m 左右，根本不能满足大型浮吊的工作水深要求， 因此，无法利用浮吊进行整体吊装。必须寻找新的安装技术。大型石 油平台整体就位技术应运而生。 所谓平台整体浮装就位就是将平台在陆地上安装好后，用牵引设 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章前言 备将其整体拖到驳船上，再由驳船运到指定的就位地点，通过驳船调 载将平台坐到已在海上固定好的导管架上，从而实现平台的整体浮装 就位。由于不需要浮吊，不但节省了浮吊的使用费，而且还缩短了平 台的安装时间。 驳船调载是根据施工需要及时调节驳船舱内压载水量，使驳船产 生上下位移，也就是说如果驳船需要上升，则将舱内压载水外排；如 果驳船需要下降，则向舱内打水0 1 。 据报道，美国拥有大型石油平台整体浮装就位技术，且己在墨西 哥湾成功使用过，但尚无该技术的详细说明，而且美国墨西哥湾的海 况和美国的工业现代化程度与我国的存在较大差异，故不能照搬美国 的技术，而是需要根据我国的情况来自行设计研究大型石油整体浮装 技术。 近年来，美国、日本、英国和前苏联等国设计制造了多种大型非 自航气垫平台，特点是平台尺度较大，采用全垫升，不装设空气螺旋 浆而靠牵引或行走机构达到移动的目的例。这类装置载重大、速度低， 适用于钻机的整体运移。最大载重达1 0 0 0 t ，如前苏联秋明西伯利亚 大型设备安装局设计所为验证千吨级气垫运输技术而设计制造的一个 试验性平台，平台尺度为2 0 x 6 0 m ，自重为1 0 5 0 t ，用4 台8 0 0 马力柴 油机驱动直径为l 。3 6 m 的不锈钢叶片风扇，双进风，风量4 0 m 3 s ， 设计气垫压力8 0 0 k g f m 。该平台在陆上和水上均进行过运输试验。 美国g l o b a lm a r i n ed e v e l o p m e n t 公司于1 9 6 5 年设计制造了 a c t 一1 0 0 非自航气垫平台，平台尺度为2 4 x1 8 6 2 m ，自重1 3 6 t ，正 常载重9 1 t ，最大载重1 0 8 t 。采用两台功率为6 4 马力的柴油机驱动。 气垫压力为7 0 4 k g f m ，越障高度为3 0 0 n 加，可用多种牵引工具牵引。 该平台经不断完善和改进，成功地用于美国普鲁霍湾钻井人工岛的钻 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章前言 机模块搬迁”3 。 非自航气垫平台的行走机构主要有履带式、轮胎式、轮胎明轮组 合式以及钢轮式。履带式主要适用于泥水状态的滩地，如芬兰制造的 v e c t o r 4 型载重4 0 t 的气垫平台，在平台首尾各装设一对装在液压悬 臂支架上的履带行走机构，可自行推进行驶。轮胎式行走机构则在较 硬的地面和砂质海床地区具有较好的行走性能。在水深较大的水陆过 渡带行驶时，可采用明轮和轮胎组合的行走推进机构，在水比较深轮 胎不能着地时，靠明轮划水推进。在像大港淤泥十分严重的地区，则 采用钢轮式更为合适。钢轮行走推进机构的工作原理类似于农用机耕 船的推进轮( 棘轮) ，在泥水状态下有很好的通行性能。棘轮入泥深度 可调并有多种转向方式，转向十分灵活。我国7 0 8 研究所研制开发了 这种推进机构，并在3 5 t 气垫平台上试验获得成功。 随着国内对海上油田的进一步开发和利用，海上平台也日趋向大 型化、规模化发展，海上大型采油开发平台的拖运安装成为制约施工 的关键因素。由胜利石油管理局和美国能源开发公司( 简称e d c 公司) 在埕岛西区共同投资建造的埕岛西区d p a 6 p 心平台，是目前国内浅海水 域大型平台之一，施工海域的最低天文潮位为6 3 3 m 。其导管架为六腿 式结构，重量为6 8 0 t ，上部平台为六腿式二层钢结构，重量为3 2 0 0 t 。 该中心平台是一座集油气开采、注水、外输、供电、修井、生活等功 能于一体的大型综合性平台。主要分析阐述了平台的安装方法，牵引 系统的设计计算，滑移装船驳船调载模拟计算和平台支撑框架设计计 算分析，为今后海洋平台浮装技术的发展提供了理论依据和实践参考。 3 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章大型海洋结塑量j ；篷薹 第2 章大型海洋结构海上浮装 浮装技术是国际上近几年发展起来的新兴的安装技术，仅有几家 大的安装公司掌握此技术。国内中石化集团胜利油嘣对此技术进行了 研究，并在工程中得到应用，取得了可观的经济和社会效益。本文主 要介绍了埕岛西区d p a 中心平台的拖运安装施工技术。 2 1 埕岛西区d p a 中心平台简介 埕岛西区d p a 中心平台是胜利油田最先进的海洋平台结构之一，其 导管架为六腿式结构，其上部的尺寸为3 4 m 2 8 m ，虽下部的尺寸为 3 7 ，7 c 8 m x 3 1 7 0 8 m ，高度t 4 1 9 m 。导管架就位处最低天文潮位为6 3 3 m ， 主导管的平面斜度8 ：1 ，空间斜度为5 6 5 6 9 ：1 。外部有2 组双层井口 平台，每组井口数量为1 2 个。 d p a 中心平台工程主体为六腿式二层钢结构平台两边分别设有 2 2 t 吊机，南部设有火炬架。平台总体几何尺寸为6 l 4 3 1 6 m ，总重 约3 2 0 0 t 。一层为生产平台，主要布置了生产分离器、压缩机及储罐等 各种设备共1 9 台套：二层为钻井平台，主要布置了发电机组、主控室、 生活模块、注水泵模块等各种设备1 8 台套。如图2 一l 所示。 生活模块、注水泵模块等各种设备1 8 台套。如图2 一l 所示。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章大型海洋缝塑睁：曼! 兰墨 图2 1d p a 中心平台示意图 该工程的建造完全按照国际标准运行，工期紧，工程监理为美国 e d c 公司代表及中国青岛船级社，质量要求极高。拖运安装施工难度前 所未有，主要有如下几条； ( 1 ) 钢结构在装船前要进行称重，以确定钢结构的重量和重心。 ( 2 ) 钢结构的重量、尺寸大，必须采用调载滑移装船方法，才能顺利、 安全地完成装船工作。 ( 3 ) 导管架的就位方位偏差为+ - - 2 。，对角线水平度不超过5 0 8 m m ，就 位时要求必须将已完工的油井插入到导管架的井口平台内。 ( 4 ) 由于平台重量达3 2 0 0 余吨，受施工水域水深的影响，目前海上还 没有相应的浮吊可以对本平台进行吊装作业，故需要利用“浮装”技 术来进行平台就位，而且“浮装”技术在亚洲尚属首次应用，没有可 借鉴的成型经验。 2 2 平台装船方案 2 2 1 导管架滑移装船 s 生里至塑查兰! 兰壅! 三堡堡主堂焦堡苎墨! 兰奎型塑堂箜塑塑圭堡茎 导管架滑移装船的难点： 难点一：导管架底部的宽度为3 7 7 0 8 m x3 1 7 0 8 m ，经过多方调研， 国内的驳船宽度均小于导管架的宽度，导管架装船后，将有四根主导 管在驳船外侧。 难点二：导管架前部的c 轴部分因有四个井口平台，造成导管架拖 运前部过重，为了避免上船时将驳船压得过低，影响b 、a 轴顺利装船， 驳船必须随时可以调整吃水，以保证牵引过程中船上滑道与陆上滑道 顶面平齐。 2 2 2 拖运用驳船的选择 导管架底部的尺寸为3 7 7 0 8 m x3 1 7 0 8 m ，经过多方调研，本次导 管架装船采用的重任7 0 6 驳船，参数为：船长9 1 m ，船宽2 4 5 m ，型深5 5 m ， 空载吃水o 8 m ，7 0 0 0 t ，配备有1 6 0 0 m 3 h 的压载泵系统调节 压载水。 2 2 3 驳船的加固 为了确保顺利装船，对驳船进行了加固，驳船钢制滑道下部焊接 妒7 6 2 x 2 6 m m 斜撑一根，6 1 6 r a m 斜撑2 根，见图2 2 。 图2 - 2 驳船加固示意图 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章大型海洋结构海上浮装 2 2 4 拖运工具的选择 拖运重量按6 8 0 t 计算，因为铁木与钢板之间的摩擦，摩擦系数1 取 o 6 ，采用液压牵引系统，拖运采用2 台卷扬机，则每台卷扬机的牵引 力为 5 1 巾3 ： f 摩擦力= “n = o 6x6 8 0 2 = 2 0 4 t = 1 9 9 9 2 k n f 卷扬机= f 摩擦力 卷扬机效率取0 8 ，则：单个卷扬机牵引力为： l1 3 0 8 = 1 4 2 t = 1 3 9 2 k n 采用2 0 t 卷扬机可满足要求。 安全系数n = 3 2 6 5 1 1 3 3 。 2 2 5 拖运 在所有的准备工作完成之后，导管架将在指定的时间开始拖拉装 船。在拖拉过程中，原则上不能停，但当调载速率与拖拉速率不协调 时，可以考虑暂停。具体步骤如下： 步骤l ：将导管架拖拉到码头前沿，调整重任7 0 6 船位，确保船上 滑道面与码头滑道面相平； 步骤2 ：拖拉导管架至前轴底座中心离开码头1 3 m ，重任7 0 6 调载 使导管架前轴底座后部离开码头滑道： 步骤3 ：拖拉导管架离开码头1 5 8 5 4 r a ，此时导管架中轴底座到达 码头边缘，重任7 0 6 调载使驳船上的滑道与码头上的滑道相平： 步骤4 ：拖拉导管架至中轴底座中心离开码头1 3 m ，重任7 0 6 调载 使导管架中轴底座后部离开码头滑道： 步骤5 ：拖拉导管架离开码头3 7 7 0 8 m ，此时导管架后轴底座到达 码头边缘，重任7 0 6 调载使驳船上的滑道与码头上的滑道相平： 步骤6 ：拖拉导管架至后轴底座中心离开码头1 3 m ，重任7 0 6 调载 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章大型海洋结构海上浮装 使导管架后轴底座后部离开码头滑道； 步骤7 ：拖拉导管架离开码头3 9 9 0 8 m ，此时导管架上船到指定位 置，见图2 3 。 捌2 - 3 导管架拖离码头示意图 2 3 平台滑移装船 2 3 1 平台滑移装船的难点 难点一：平台拖拉过程中，应保证整体刚性强度，防止结构出现 失稳状态。 难点二：平台重量达3 2 0 0 余吨，拖拉系统设计制造复杂。 难点三：防止平台在拖拉过程中出现偏移，俗称“下炕”。 难点四：平台上船过程中，保证驳船上的滑道始终与陆上的滑道 对中的问题。 难点五：平台重心从陆地逐渐过渡到船上时，对驳船压载系统要 求较高，存在许多不可确定因素。 难点六：必须保证平台重心和驳船重心相吻合，便于海上运输， 提高拖航稳性。 2 3 2 平台滑移系统的加固 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章大型海洋结构海上浮装 加固平台梁与临时支撵系统连接处。加固临时支撑系统，形成框 架结构，保持合理受力状态，防止牵引失稳，驳船尾部加固。 233 滑移装船拖拉系统设计制造 滑移拖拉系统采用卷扬机、液压拖动系统和前后拖点( 受力点) 结 构组成。前后拖点由我公司自行设计校核，从拖拉结果看，完全能够 承担此项任务。 23 4 拖拉过程防偏措施 在平台拖拉过程中，平台在四台卷扬机的作用下前进，由于卷扬 机的机械误差，不可能保证每台卷扬机都能同步运行，随着误差的积 累，就会出现平台在拖拉过程中发生偏移的现象“h ”1 。 2 3 5 驳船系固对中 为保证平台上船过程中，驳船不发生左右摇摆现象，必须对驳船 进行固定。如图2 4 所示，驳船系固需要四条缆绳或钢缆，分别固定在 码头上相应位置的地锚或带缆桩上。当平台滑移装船之前，调整好驳 船的位置，然后收紧缆绳，将驳船的尾部牢牢顶在码头边缘上，实现 船上滑道和陆地滑道的对接。 2 ，3 6 平台上船和驳船调载 平台上船：当一切条件都具备以后，我们就可以进行平台滑移装 船了。驳船调载与平台拖拉滑移是两个相关的操作，两者的速率必须 统一，才能保证平台平稳上船。平台上船分成如下五个步骤： 步骤l ：平台开始牵引上船，当平台行走到其临时支撑a 轴滑靴前 半部分上船时，开始调载，直至使驳船达到即将承载a 轴重量的临界高 度。 步骤2 ：继续牵引平台，使临时支撑系统b 轴滑靴一半上到驳船上， 这期间不断调载，使驳船的高度始终处于临界状态。 9 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章大型海洋结构海上浮装 步骤3 ：继续牵引平台，平台的重心逐渐从陆地过渡到船上，直至 平台临时支撑c 轴滑靴前半部分上到驳船上，此期间驳船不断调载。 步骤4 ：调载驳船，使驳船尾部逐渐高于陆地，使平台整体重量全 部由驳船承重，然后继续牵引平台，直至平台到达预定位置。 圈2 - 4 停靠系泊示意图 2 4 平台海上就位 2 4 1 导管架海上就位 导管架海上就位的难点： 难点一：由于导管架尺寸大，且吊装用索具必须保证4 倍的安全系 数“”，如用钢丝绳进行吊装，据计算，钢丝绳索具的重量将会达到5 2 t 。 难点二：海上吊装就位时，必须将已建的c b l 8 1 井口插入到导管 架的井口平台内，导管架的井口平台上下各有一层，与c b l 8 l 抗冰隔 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章大型海洋结构海上浮装 _h_-_-_-_-_一 水管之间的间隙仅为3 0 咖。 难点三：导管架就位方位误差不超过2 0 m m ，吊装选用的浮吊为 固定浮吊，浮吊的吊臂不能左右、上下移动，导管架就位处周围没有 任何平台可供重任7 0 6 驳船停靠，给吊装就位带来极大的难度。 导管架就位方法： 将导管架的吊装索具挂到吊装船的大钩上，缓慢起钩，在导管架 的四个方向分别系上缆绳，以便调节方位，吊装船的移动全部靠四个 锚的松与绞来调节，就位时在导管架上部放置一台电罗经，根据电罗 经测得的方位来确定导管架的方位“”。 2 4 2 平台就位方法 2 4 2 1 平台海上就位的难点 受平台重量和就位水深的影响，平台就位必须采取浮装的方法就 位。届时驳船背负平台进入导管架结构中间，然后驳船压载，缓慢下 沉，将平台腿插入桩管之中，实现平台腿和桩管的对接后，停止驳船 压载下降，然后切割掉临时支撑系统与平台梁间的连接( 在此期间动态 监视海面变化，随时利用压载保持驳船当前受力情况) ，最后驳船继续 下降，当平台完全脱离驳船，达到安全距离之后，抽出驳船。 难点一：由于风浪潮汐的影响，驳船怎样进入导管架中间实现平 台就位。 难点二：如何实施平台腿与桩管高精度对中。 难点三：在驳船调载下沉期间，防止出现驳船过度下沉，出现驳 船倒吊在平台梁上的“倒挂”现象。 难点四：由于受导管架底部结构上小斜撑的影响平台就位后， 驳船下沉深度受限，驳船撤离困难。 2 4 2 2 平台海上就位步骤 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章大型海洋结构海上浮装 为保证平台在就位海域实现精确就位，特制定如下措旋“： ( 1 ) 首先芝罘岛号浮吊按照方案确定的海域位置抛锚就位。 ( 2 ) 在驳船到达预定海域之前。按照抛锚图的标识，g p r s 定位，在 预定位置抛下6 个带锚漂的定位锚。 ( 3 ) 重任7 0 6 驳船到达预定海域后，根据海流潮向的不同，做好抛 锚准备，通常驳船均采用顶流就位的方法，如果在涨潮期间，驳船从 导管架一侧北面绕出来3 0 0 m 的地方抛艏锚，船尾冲向导管架。如果在 落潮期间，驳船距离导管架以南3 0 0 m 处将一个艏锚抛下，然后在一 艘6 0 0 0 h p 拖轮和一艘3 0 0 0 h p 拖轮协助下，使重任7 0 6 驳船艉顺向导管 架。 ( 4 ) 利用芝罘岛号工作艇将重任7 0 6 号驳船的尾部的两根漂浮缆， 穿过导管架中间连接到芝罘岛号中间部位的两台绞车上，并收紧缆绳， 稳住驳船方位。如图2 5 所示： 圈2 - 5 稳定驳船方位示意图 ( 5 ) 1 扫6 0 0 0 h p 拖轮和3 0 0 0 h p 拖轮，将预留的四只定位锚( 1 、2 、3 、 4 ) 用钢缆挂到驳船的四台卷扬机上( 编号一一对应) ，连同驳船首锚， 五只锚同时作用将驳船拖住、对正。3 号和4 号锚钢缆分别从5 号和6 号 锚的导缆孔出船，如图2 - 6 所示。 ( 6 ) 再将1 、2 号锚缆收紧，接着将3 、4 号锚缆收紧调整驳船的 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章大型海洋结构海上浮装 位置，将7 0 6 号驳船、导管架和芝罘岛号浮吊轴线对中，做好拖拉准备。 ( 7 ) 当就位准备工作就绪以后，拆除掉平台的临时固定装置，等 待合适海流的到来( 此时间原则上为白天) 。 ( 8 ) 选择涨潮时，启动芝罘岛号的绞车，同时松动重任7 0 6 号驳船 的首锚及其他辅助锚，将驳船缓慢拖入导管架内。此时平台的横向方 向由锚l 、2 、3 、4 共同控制。 ( 9 ) 当驳船上5 ，6 号锚的导缆孔接近导管架时，将3 、4 号锚缆从5 ，6 号导缆孔调n 3 ，4 号导缆孔，继续缓慢进船。 图2 - 6 驳船对正不意图 ( 1 0 ) 待驳船艉部超过井口后，将定位锚5 、6 挂在驳船尾部相对应 的5 、6 号绞车上，此时作用在驳船上的锚共计7 只，加之芝罘岛号上的 两台绞车，可以控制平台，将驳船就位到预定位置。 ( 1 1 ) 割掉临时支撑到桩靴上的加强板，等待一个潮汐周期，观察 潮汐情况。 ( 1 2 ) 观察潮汐变化正常，则在高平流到来之前将六根平台立柱和 1 3 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章大型海洋结构海上浮装 六根桩管对中，然后进行压载安装。 2 4 3 9 台浮装就位分析 2 43 1 模拟低平流浮装 ( 1 ) 平台安装可行性的条件：平台安装时驳船底部离导管架斜撑影 响线的距离l 必须大于浮装过程中驳船降低的深度h ( l = 2 4 5 m ) 。 ( 2 ) 平台立柱( 7 0 0 0 1 5 2 4 ) 和桩尖( 5 7 6 ) 的总长度为6 0 5 2 m m 。 ( 3 ) 浮装前桩尖距桩管的距离为：临时支撑( 9 0 2 5 ) + 船体露出水面 商度( 4 5 0 0 ) 一桩管露出水面高度( 7 5 0 0 - i i 0 0 ) 一平台腿与桩尖的总长度 ( 6 0 5 2 ) = 1 0 7 3 m m 。 ( 4 ) 驳船压载下沉距离为：桩尖与桩管距离( 1 0 7 3 ) + 桩尖的高度 ( 7 8 7 ) + 脱离裕量( 2 0 0 ) = 2 0 6 0 m m 。 图2 7 低平流就位模拟截面图 ( 5 ) 影响线高度：2 4 5 0 - 2 0 6 0 = 3 9 0 m m 。 ( 6 ) 结论：低平流就位方案可行。 2 4 3 2 模拟高平流浮装 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章大型海洋结构海上浮装 高平流就位道理与低平流就位的道理相同，水涨船高，驳船压载 的深度变化，但驳船从平台底部抽出的距离不变，方案可行。 2 4 33 平台浮装就位措施 ( 1 ) 通过以上高、低平流浮装的模拟计算，可以看出以上方案可行。 但为保证浮装就位后驳船能够顺利抽出导管架，我们又制定如下措施， 即平台就位后，立即切掉临时支撑系统六根支腿的顶端( 5 0 0 m m ) ，增大 相对空间。 ( 2 ) 为防止平台浮装下沉时，产生倒挂现象，我们事先应该根据调 载计算模型，模拟驳船浮装就位，计算出相关数据，并以此来科学指 导施工。同时在平台浮装就位现场，动态监视驳船与导管架的相对位 置。防止出现倒挂现象。 ( 3 ) 为防止平台腿与桩管下落对接时，对平台产生强烈撞击，损坏 平台结构及平台上的设备仪表，特地利用“重任7 0 6 ”号驳船进行实地 现场模拟，得出在本区域的海域，气象良好调载动作适宜，驳船下降 将平稳过渡，不会出现强烈撞击的现象，可以不用进行缓冲装置的施 工。 由于采用了许多新工艺、新技术、新设备，平台、导管架的陆地 预制、拖运上船和海上就位，都达到了业主规范与合同的要求，就位 后的方位与设计方位仅相差0 1 。，满足导管架方位偏差的要求( 2 。) ，打完桩后的导管架水平度在l o m m 以内。平台顸制尺寸和导管架的 尺寸吻合，海上浮装就位十分顺利。平台和导管架的旋工质量被e d c 公司的专家称为“世界上最好的”。同时也为今后海上油田大型平台 浮装技术积累了宝贵经验。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平台支撑框架设计计算 第3 章平台支撑框架设计计算 3 1 支撑框架的结构型式 支撑框架采用钢管焊接而成的空问框架，共设6 根中1 4 0 0 m m 4 0 m m 的主支撑立柱，设支撑结构底标高为0 0 0 ，在标高4 6 0 m 、6 8 2 5 m 处分别设0 6 3 0 m i n x1 0 m 及0 4 2 6 m m xl o m m 的水平连接构件，主支撑立 柱焊接在变截面焊接工字钢h 1 0 0 0 底座上，并设c b 6 3 0 m m x1 0 m m 斜支 撑。h 1 0 0 0 底座下安放3 0 0 m m 高铁木，铁木下为滑道的滑块。为减少 铁木与滑块间的摩擦阻力，铁木底面浸蜡并涂黄油，在前面的两h 1 0 0 0 上设有牵引拉耳，材质为d 3 2 或1 6 m n “。 0 1 4 0 0 r a m 4 o m m 的主支撑立柱及0 4 2 6 m m x l o m m 的水平连接构件 材质为q 2 3 5 a ，中6 3 0 m m xl o m m 构件材质为d 3 2 或1 6 m n 。见节点图3 一l 。 为便于在甲板安装就位后，驳船压载使支撑框架与上部甲板脱离， 在标高7 5 2 5 m 处设有插尖结构。在平台下水及拖航过程中。该处沿主 立柱周向均匀设8 块3 0 m m 厚竖向连接板，连接板材质为i 3 2 或1 6 m n 。 k 图3 - l 节点圈 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平台支撑框架设计计算 支撑框架的结构见图3 2 。 r ! ：! ：至翌 气丑j 羞l 工f 铺 ! 堕 e 琶曲 e 盟塑 图3 - 2 支撑框架的结构图 下面分别给出结构的临时连接板布置图、拉耳结构图和底座详图 见图3 3 。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平台支撑框架设计计算 0 1 4 0 0 x 4 0 又研一 以 临时连接板布翌图 h 型铜 一 拉耳结构图 底座岸圈 图3 - 3 临时连接板布置图，拉耳结构图，底座详图 3 2 支撑框架结构分析 3 2 1 模型的建立 模型的建立根据p a r a g o n 设计的d p a 平台相关图纸。建立的 分析模型，包括上部组块结构、平台支撑框架结构。模型采用美国 s a c s - - e d i 公司的s a c s 软件建立。建立的模型图见图3 - 4 。支撑结 构的支撑点均模拟为铰支座。 3 2 2 荷载 针对平台在预制场地预制时可能情况考虑了5 种基本工况及1 种 组合工况。甲板设备荷载采用的是湿重“。 由计算机模型建立的结构自重：8 5 4 5 k n 非计算机模拟的结构自重：8 8 4 0 k n 输入的生产平台设备湿重：6 0 4 7 k n 1 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平台支撑框架设计计算 输入的钻井平台设备湿重 x 方向的风荷载： y 方向的风荷载： 2 匕x 图3 - 4 结构分析模型图 组合工况： 平台预制时条件： z 向荷载：3 3 8 4 9 k n x 方向的风荷载： 1 6 7 k n y 方向的风荷载：2 2 5 k n 与p a r a g o n 荷载控制文件相比，误差为0 9 9 ，分析时采用的 竖向荷载是可行的。 详细的荷载输出结果见附录a 。 3 2 3 主要计算结果汇总 根据a p i r p 2 a w s d ( 2 0 版) 进行结构的应力分析。 1 9 n孤 州 胁 猫 主旦互i 1 2 堂! 兰查! 三堡堕圭堂垡笙苎 茎! 主兰宣塞堡焦壅塑生生簦 支座反力 最大支座反力：6 3 5 0 k n 。 结构变形 最大结构变形4 7 r a m 。支撑结构变形详细结果见附录b ，预制结 构支撑变形图见图3 - 5 。 i u t x 一g l o b a l ；：1 4 9 ：器，? 2 一矗笋：兰o 跏 匕。 搿：；：弋o 、， ：l ：= 器f ：譬；：一。：；：i ，l a l l r 。舞- n i 乙：三， 匕， 正 图3 - 5 预制结构支撑变形图 2 0 姐 ，i洳 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第3 章平台支撑框架设计计算 支撑结构杆件应力 支撑结构杆件最大应力比为o ，4 2 。 支撑结构管节点冲剪应力 支撑结构管节点最大冲剪应力e e 为o ，1 5 。 详见附录d 。 由以上分析结果可知，平台在预制过程中支撑框架的结构是安全 的。 3 3 平台下水工况 3 3 1 模型的建立 模型的建立根据p a r a g a n 设计的d p a 平台相关图纸。建立的 分析模型，包括上部组块结构、平台支撑框架结构。模型采用美国s a c s - - e d i 公司的s a c s 软件建立。建立的模型基本同平台预制时模型。 支撑结构的支撑点均模拟为铰支座，其中两支撑考虑6 3 5 m ( 2 5 英寸) 的强制位移，模拟平台下水过程中的不均匀沉降。 3 3 2 荷载 针对平台在下水过程中可能情况，考虑了6 种基本工况及1 种组 合工况。甲板设备荷载采用的是干重。 由计算机模型建立的结构自重：8 5 4 6 k n 非计算机模拟的结构自重：8 8 4 0 k n 输入的生产平台设备干重：6 0 4 7 k n 输入的钻井平台设备湿重： 1 0 4 1 7 k n x 方向的风荷载：1 6 7 k n y 方向的风荷载：2 2 5 k n 下水时的拖力： 5 3 8 0 k n 组合工况： 2 1 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第3 章平鱼妻撵堡堡垦生生竺 平台下水时条件： z 向荷载： 2 9 2 6 3 k n x 向荷载： 1 6 7 k n y 向荷载： 5 6 0 6 k n 与p a r a g o n 荷载控制文件相比，误差为0 5 0 ，分析时采用的 竖向荷载是可行的。详细的荷载输出结果见附录c a 3 3 3 主要计算结果汇总 根据a p ir p2 a - - w s d ( 2 0 版) 进行结构的应力分析。 支座反力 最大支座反力：9 5 1 6 k n 。 结构变形 最大结构变形1 1 6 m m ( 包括6 3 5 m m 的强制位移) ，支撑结构变 形图见图3 - 6 。 支撑结构杆件应力( 考虑1 3 3 的系数) 支撑结构杆件最大应力比为o 6 0 。 支撑结构管节点冲剪应力 支撑结构管节点最大冲剪应力比为o 2 5 。 由以上分析结果可知，平台在下水过程中支撑框架的结构是安全 的。 3 4 平台拖航初步分析 为保证平台支撑框架在平台拖航时也有足够的安全，对平台进行 了初步的拖航分析。应该说明，此初步分析是极其粗略的，其目的并 不在于平台的拖航安全分析，而是为了控制本设计的平台支撑框架， 保证本设计的平台支撑框架在平台拖航时有足够的安全度。详细的拖 航安全分析要根据具体的驳船及拖航条件、结构固定在驳船上的方式 2 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平台支撑框架设计计算 等进行。 。一。二譬一慌：。一t 二s t h - r h9 1 9 hd x o a 10 45 4 匕。 裟：嚣：喘。：? “气；：戈：= 焉? ：i ：，一。：；笋：l 璺：j 。 匕。 图3 - 6 平台下水支撑结构变形图 3 4 1 拖航分析采用的船舶动力特性 根据国际上通用的做法，当不确定具体的拖航条件时，通常采用 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平台支撑框架设计计算 的船舶拖航运动特性数据为：( 根据p a r a g o n 公司设计基础资料，采用 n o b l e - - d e n t o n 公司的基础数据) n 7 h 2 ”。 横摇角2 0 度，横摇周期1 0 秒，( r o l l ) 。 纵摇角1 2 5 度，纵摇周期1 0 秒，( p i t c h ) 。 升沉加速度为0 2 9 。( h e a v e ) 。 在工况组合时，横摇、纵摇分别与升沉相组合。 3 42 分析结果 应该说明，上述采用的驳船拖航时的运动特性参数是很保守的。 由于该平台的特殊施工条件决定了平台在驳船上的支撑方式，在该运 动特性条件下，经分析发现对于平台本身，已有相当一部分杆件的应 力超出了规范规定的许用应力。但即使在此条件下，设计的支撑结构 的最大应力比为0 9 9 ，仍满足规范的要求。( 注：在拖航状态下，需 增加7 6 2 1 9 m m 的横向支撑构件，使支撑框架固定在驳船上) 。 3 5 牵引耳校核 3 5 1 牵引力的确定 根据平台下水时的荷载描述( 见3 3 2 ) ，平台下水时的牵引力为 5 3 8 0 k n ( 每牵引点上的牵引力为2 6 9 5 k n ) 。根据a p ir p2 a - - w s d ( 2 0 版) 2 4 2 c 节的规定，考虑1 5 倍的动力放大系数，即每一牵引 点上的牵引力为4 0 4 7 k n 。 最终确定的荷载为：用于牵引点的分析时荷载取4 0 4 7 k n 。 用于选择卡环时荷载取静荷载2 6 9 5 k n 。 3 5 2 卡环的选择 用于选择卡环时荷载取静荷载2 6 9 5 k n ，根据此荷载，初步选择 2 6 7 5 k n ( 3 0 0 s t ) c r o s s b ys h a c k l e ( 或相当规格的卡环，卡环的极限 荷载一般应为吊索工作荷载的4 倍) ，根据该卡环的主要尺寸初步确定 2 4 生里至塑奎堂! 兰奎! 三堡堡主堂焦堕奎 苎! 童! 鱼圭堡堡塑堡：| 生竺 了拉耳的尺寸。 35 3 拉耳应力校核 拉耳抗剪 f：上：竺筹：60mp口【rm4315mpa=126mp口a 00 6 8 。 m 2 。1 ” 满足要求。 主板抗剪 忙砉= 高等蝴脚口 r = 0 4 x 3 1 5 m p a 观s 舰 满足要求。 主板承压