李新超，李懷亮，阮志豪，王南海(.海洋石油工程股份有限公司，天津 30045；

2.能威(天津)海洋工程技術(shù)有限公司，天津 300392)

隨著海上浮托安裝技術(shù)的發(fā)展，不同規(guī)格形式的樁腿耦合緩沖器(Leg Mating Unit，簡稱LMU)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種固定式和浮式平臺的組塊整體安裝[1-2]。LMU主要用于浮托安裝過程中緩沖組塊與平臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的垂直與水平碰撞，減少組塊與平臺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對強度的要求，是浮托安裝技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，對于大型組塊整體安裝起到至關(guān)重要的作用[3-4]。

1 LMU國產(chǎn)化示范應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計

LMU國產(chǎn)化示范應(yīng)用目標(biāo)項目為中國南海西部海域文昌9-2/9-3中心平臺，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為8腿導(dǎo)管架。根據(jù)組塊結(jié)構(gòu)形式以及組塊浮托安裝受力特點，在導(dǎo)管架每個主腿上方均設(shè)計1個LMU(共8個)，8個編號位置的LMU結(jié)構(gòu)尺寸完全相同,文昌9-2/9-3中心平臺LMU編號及結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖如圖1所示。

圖1 文昌9-2/9-3中心平臺LMU編號及結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)文昌項目設(shè)計要求，LMU總體設(shè)計方案由海工公司安裝分公司完成，文昌LMU緩沖組件(垂向彈性體和橫向彈性體)，由衡橡科技股份有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計和制造，鋼結(jié)構(gòu)部分，由海工公司特種設(shè)備分公司負(fù)責(zé)建造以及總裝，從而實現(xiàn)文昌LMU整體組件的國產(chǎn)化要求。

2 LMU鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

為保證LMU國產(chǎn)化示范應(yīng)用順利實施，對LMU結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體壓縮性能試驗和海上測試試驗，對其關(guān)鍵鋼結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測，確保LMU結(jié)構(gòu)的完整性。

在每個測點布置應(yīng)變花，并使用應(yīng)變信號采集系統(tǒng)，檢測出每個測點所有應(yīng)變片的應(yīng)變值，然后計算出所有測點位置的主應(yīng)力，使用材料力學(xué)第四強度理論對LMU鋼結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行校核[5]。

試驗中使用兩種應(yīng)變花的布置方案：45°三向應(yīng)變花、90°雙向應(yīng)變花，詳見圖2。

圖2 單個測點應(yīng)變花布置示意圖

根據(jù)不同試驗工況的特點，鋼結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力系數(shù)選取有所不同。LMU鋼結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力見表1。

表1 LMU鋼結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力

2.1 LMU整體壓縮性能試驗

選用編號為A3的LMU作為試驗的對象，監(jiān)測位置主要分為2部分：接收器上緣外側(cè)鋼結(jié)構(gòu)、外套筒底部鋼結(jié)構(gòu)。測點布置情況如圖3所示。

1)接收器：每60°布置一個測點，共6個測點，每個測點布置45°三向應(yīng)變花。

2)外套筒底部：每60°布置一個測點，共6個測點，每個測點布置90°雙向應(yīng)變花。

圖3 LMU整體壓縮試驗方式

編號A3的LMU垂向設(shè)計載荷為1 650 t，考慮放大系數(shù)為1.3，即垂向試驗載荷使用2 145 t。試驗過程中，使用壓力試驗機逐步加載，然后卸載，反復(fù)進(jìn)行6次，并且在每次檢測之前將應(yīng)變計變形平衡清零。LMU最大應(yīng)力出現(xiàn)在第一次試驗中，其校核結(jié)果見表2。

表2 LMU整體壓縮試驗應(yīng)力監(jiān)測校核結(jié)果

2.2 LMU海上測試試驗

完成LMU整體壓縮試驗后，進(jìn)行其海上測試試驗。選用導(dǎo)管架外4腿處LMU(A1、B1、A4和B4)作為本次試驗的對象，監(jiān)測位置為：外套筒上緣外側(cè)鋼結(jié)構(gòu)、外套筒底部鋼結(jié)構(gòu)。測點布置情況如下。

1)外套筒上緣：每60°布置一個測點，共24個測點，每個測點布置90°雙向應(yīng)變花。

2)外套筒底部：每60°布置一個測點，共24個測點，每個測點布置90°雙向應(yīng)變花。

LMU海上測試試驗的方式如下：將8個LMU組件在陸地整體組裝完成，運輸?shù)綄?dǎo)管架安裝現(xiàn)場；參考圖1所示LMU編號，將對應(yīng)編號的LMU安裝并焊接到文昌導(dǎo)管架對應(yīng)主腿上方；開始組塊浮托法安裝作業(yè)，同步監(jiān)測上述4個試驗對象在對接整個過程中的外套筒測點應(yīng)力應(yīng)變，海上測試方式詳見圖4。

圖4 LMU海上測試試驗方式

統(tǒng)計LMU海上測試試驗所有測點的應(yīng)力計算結(jié)果，并計算出最大等效應(yīng)力。校核上述試驗對象外套筒測點位置的強度，其結(jié)果見表5。

表5 LMU海上測試試驗應(yīng)力監(jiān)測校核結(jié)果

3 結(jié)束語

綜上所述，國內(nèi)已完全掌握了LMU的設(shè)計、制造及試驗技術(shù)，具備國產(chǎn)化能力。LMU緩沖彈性件(垂向橡膠和橫向橡膠)性能滿足設(shè)計要求，應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果顯示，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力均小于其許用應(yīng)力，滿足結(jié)構(gòu)強度設(shè)計要求。

該項技術(shù)的成功研發(fā)和應(yīng)用，意味著LMU的設(shè)計及關(guān)鍵彈性復(fù)合材料部件制作，不會再受國外專業(yè)公司的掣肘。該項技術(shù)具有持續(xù)推廣應(yīng)用前景和非常顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，為開發(fā)海上油氣田采用浮托技術(shù)安裝奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[1]范模，易叢，白雪平，等.大型組塊浮托安裝關(guān)鍵技術(shù)研究及在我國的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國海上油氣，2013，25(6)：98-100.

[2]王樹青，陳曉慧，李敏一.海洋平臺浮托安裝分析及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報，2014，41(718)：189-196.

[3]房小明，郝軍，魏行超.南堡35-2油田中心平臺應(yīng)用浮托法安裝新工藝實踐[J].中國海上油氣，2006，18(2)：126-129.

[4]劉東玉，郭鋼，徐興平.海洋平臺浮裝就位技術(shù)研究[J].中國海洋平臺，2004，19(6)：50-53.

[5]孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰.材料力學(xué)(I)[M].4版.北京:高等教育出版社，2002.