尹海波

(招商局重工江蘇公司， 江蘇 南通 226116)

海洋石油944自升式鉆井平臺(tái)大樁靴管路布置方案

尹海波

(招商局重工江蘇公司， 江蘇 南通 226116)

由于陸地油氣資源有限，海洋儲(chǔ)量豐富而且已探明和開采數(shù)量只占總儲(chǔ)蓄量的極少部分，又有各國加緊爭奪海洋資源為背景，包括海洋石油鉆井平臺(tái)在內(nèi)的各種海洋工程船舶及設(shè)備的建造需求日益增長。海洋勘探開發(fā)日益向深水推進(jìn)，自升式鉆井平臺(tái)發(fā)展尤為迅速。在目前國際上比較主流和成熟的自升式鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，海洋平臺(tái)944為了適應(yīng)更為疏散的地質(zhì)條件，首次采用大樁靴方案，同時(shí)為優(yōu)化樁靴沖樁和拔樁效率，改進(jìn)了沖樁噴嘴的安裝、維護(hù)及更換方案，優(yōu)化沖樁管路布置，減少削弱樁靴結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、增加操作人員進(jìn)入樁靴的通道及空間，在節(jié)省管路材料減輕重量的同時(shí)，又便于操作及維護(hù)。

鉆井平臺(tái)；大樁靴；管路布置

0 引言

隨著近海石油開采逐漸向深海區(qū)域擴(kuò)展，依據(jù)我國自身的海洋地貌，其中豐富的石油儲(chǔ)量使得自升式鉆井平臺(tái)的建造需求大幅增加。世界上第一艘自升式鉆井平臺(tái)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，我國第一艘自升式鉆井平臺(tái)“渤?！?號(hào)于1972年建造完成，開創(chuàng)了我國自升式鉆井平臺(tái)的先例[1]。

自升式鉆井平臺(tái)主要分為井口槽式平臺(tái)和懸臂梁式平臺(tái)，由主體、樁腿和升降系統(tǒng)三部分組成?！昂Ｑ笫?44”采用GUSTOMSC公司設(shè)計(jì)的CJ50-X120-F型式，是目前國際上首臺(tái)成熟的高端自升式大樁靴鉆井平臺(tái)。該文以中海油CJ50型鉆井平臺(tái)的樁靴結(jié)構(gòu)為依托，介紹樁靴管路布置方案，針對(duì)方形樁靴管路布置的特點(diǎn)進(jìn)行深入探討。

1 自升式鉆井平臺(tái)樁靴設(shè)計(jì)簡介

自升式平臺(tái)依據(jù)開采海底地貌和土質(zhì)的不同，一般采用插樁型、箱型和沉墊型等。其中采用最多的是在每一根樁腿下端加裝一樁腳箱，亦稱樁靴，這樣在增大海底支撐面積的同時(shí)又可以減小樁腿插入海底的深度。樁靴的設(shè)計(jì)使得在給定最大作業(yè)水深的前提下，樁腿的設(shè)計(jì)長度減小，提高了插樁和拔樁的作業(yè)安全性。在全球自升式鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造中，三樁腿和四樁腿的設(shè)計(jì)是最為常見的。HYSY944采用的就是三樁腿設(shè)計(jì)，且樁腿下端的樁靴(可完全回收進(jìn)船體)為一個(gè)長方體，包括樁靴在內(nèi)，樁腿全長165 m。

2 樁靴結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

HYSY944采用的樁靴結(jié)構(gòu)為長方形，如圖1所示。樁腿直接插入樁靴與其融為一體，設(shè)計(jì)與建造的樁靴須滿足水密、有方便人員進(jìn)入樁靴的人孔、有足夠的結(jié)構(gòu)以支撐除自身以外的所有重量等要求。

由圖1、圖2樁靴結(jié)構(gòu)可以看出，樁靴內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，需要將沖樁環(huán)管分三路獨(dú)立布置的同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)沖樁的需要將其分為上下2層布置，同時(shí)，還需要布置樁靴內(nèi)部噴射泵的管路，以便在拖航時(shí)抽吸樁靴內(nèi)的海水。

圖1 樁靴頂部結(jié)構(gòu)圖

圖2 樁靴底部結(jié)構(gòu)圖

圖3 TOPVIEW(頂部視圖)

2.1 樁靴立板壁厚劃分

由于管路布置需要橫穿內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立板，優(yōu)化管路布置需要對(duì)立板的板厚及結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化?，F(xiàn)針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行立板壁厚劃分，如圖3所示。

圖3中，中間黑色連續(xù)線為高強(qiáng)板，高強(qiáng)板用在應(yīng)力集中的地方，該處任何開孔均應(yīng)得到基本設(shè)計(jì)認(rèn)可并做加強(qiáng)。周圍虛細(xì)線為DH36板，可以開孔，但也需要做加強(qiáng)。

3 噴嘴及環(huán)線的布置對(duì)照

噴嘴的布置直接影響到拔樁的效率，所以要使得底部沖樁的同時(shí)達(dá)到壓力均衡，噴嘴的布置也要求布置勻稱。

圖4 某自升式平臺(tái)噴嘴布置分布圖

3.1 噴嘴及環(huán)路布置方案

圖4為某自升式鉆井平臺(tái)噴嘴布置分布圖，可以看出：其樁靴小，呈三角形，因此噴嘴數(shù)量少，呈圓形布局，上層和下層分別設(shè)置一條主管即可滿足噴嘴的壓力要求。而“海洋石油944”樁靴為大樁靴，與海底接觸面積大且成長方形，按照常規(guī)布置方案難以清除真空吸附力，因此“海洋石油944”項(xiàng)目增加大量噴嘴的同時(shí)，為了保證每個(gè)噴嘴有足夠的壓力，又額外為底部噴嘴增加了一路單獨(dú)的管路，即上層噴嘴為一條主管，下層噴嘴分別為兩條主管。上層管路主要用于清理樁靴頂部淤泥，下層管路主要是在拔樁時(shí)將海水通過高壓泥漿泵加壓后，經(jīng)均布噴嘴噴出，沖刷樁靴底部淤泥，清除樁靴底部真空吸附力，便于拔樁。樁靴噴嘴布置如圖5、圖6所示。

圖5 樁靴頂部噴嘴布置分布圖

圖6 樁靴底部噴嘴布置分布圖

4 樁靴內(nèi)部管路布置

樁靴內(nèi)部主管路主要是采用管徑為6″(1″=0.254 m)的class 1級(jí)管，分2層布置，須遵循MSC開孔要求，結(jié)合樁靴內(nèi)部特點(diǎn)，考慮降低開孔數(shù)量、管路布置的對(duì)稱性及減少管材使用長度，同時(shí)也要考慮上下層管路的布置是否會(huì)對(duì)人員進(jìn)入樁靴的通行和維修空間造成影響。

依據(jù)以上壁厚劃分圖及樁靴結(jié)構(gòu)，以及下層主管需布置單獨(dú)2路的要求，為降低管路布置的重量，環(huán)管布置的主要優(yōu)化策略為：

(1) 底層內(nèi)圈環(huán)管布置。要滿足接入沿樁腿外側(cè)下來的沖樁管線，需有一側(cè)平行于三角形樁腿區(qū)域布置，如果繞三角形區(qū)域一周，不僅難以避開三個(gè)端點(diǎn)的加強(qiáng)區(qū)域，也勢必造成管路冗長，同時(shí)也會(huì)影響到下層外圈環(huán)管的布置。考慮到要滿足三角形樁腿區(qū)域內(nèi)部噴嘴布置和保證此區(qū)域抽吸泵的安裝維修空間，根據(jù)底層立板布置的幾何特點(diǎn)，繞內(nèi)部正六邊形外緣布置最節(jié)省管路材料，可以綜合考慮到不遮擋人員進(jìn)出人孔通道。

(2) 底層外圈環(huán)管布置。根據(jù)樁靴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，必須避讓縱向中心立板狹窄區(qū)域穿艙，同時(shí)又考慮到MSC開孔要求，需要與內(nèi)圈環(huán)管開孔有一定的距離以達(dá)到強(qiáng)度要求。所以外圈環(huán)管取中間空間布置管路。樁靴內(nèi)部環(huán)管管線在保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，又需要盡量保持對(duì)稱。

(3) 頂部環(huán)管的布置。盡量與底層外環(huán)管對(duì)稱布置。因此，三路環(huán)管布置都需要考慮噴嘴的布置要求，方便開支管和降低支管穿艙次數(shù)以及不遮擋人孔。優(yōu)化后的布置方案如圖7～圖9所示。

圖7 樁靴底部管路布置

圖8 樁靴頂部管路布置

圖9 環(huán)管垂直方向布置典型圖

綜合以上布置方案，三個(gè)樁靴內(nèi)部主要的管材用量統(tǒng)計(jì)如下：

(1) 6″美標(biāo)無縫鋼管 I級(jí)管 408 m。

(2) 6″美標(biāo)無縫鋼管 III級(jí)管33 m。

(3) 5″美標(biāo)無縫鋼管 III級(jí)管 51 m。

(4) 4″美標(biāo)無縫鋼管 III級(jí)管 32m。

(5) 2.5″美標(biāo)無縫鋼管 I級(jí)管182m。

(6) 2″美標(biāo)無縫鋼管 I級(jí)管 38m。

(7) 2″美標(biāo)無縫鋼管 III級(jí)管 43m。

5 結(jié)論

由主要管系材料及開孔統(tǒng)計(jì)，結(jié)合HYSY944自升式鉆井平臺(tái)樁靴的特點(diǎn)，對(duì)樁靴管路布置進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的布置方案可最小化節(jié)省材料、最優(yōu)化人員穿行及維護(hù)操作空間，同時(shí)滿足管系布置的整體對(duì)稱美觀性，對(duì)于減輕整體重量及提高拔樁的效率有很大的幫助。

[1] 孫東昌，潘斌. 海洋自升式移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究 [M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2008.

The Optimization of HYSY 944 Jack-up Spud Can Piping Arrangement

YIN Hai-bo

(Merchants Heavy Industry(Jiangsu)Co.， Ltd， Jiangsu Nantong 226116, China)

As the oil gas sources in land is limited, and the exploited sea sources is only a little part of the huge reserves, many countries compete on occupy sea sources. As a result, offshore oil gas exploited plants and equipments construction have huge market in the world. With the advance of deep-sea oil gas exploration, jack-up drilling platform is developing quickly. In most of the popular design of drill plants in the international, HYSY944 have do much work on saving spaces and piping materials in spud can, adopting new jetting nozzles arrangement plan, making the best piping arrangement, limiting weaken the intensity of the hull structure.

jack-up platform; big spud can; piping arrangement

1001-4500(2016)06-0023-04

2016-07-12

尹海波(1978-)，男，工程師。

P75

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