姜廣都

摘 要：導(dǎo)管架滑移下水是安裝重型導(dǎo)管架的一種常見的方式，隨著我國對(duì)海上深水油田的進(jìn)一步開發(fā)，吸收國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，掌握這方面的分析技術(shù)并使之應(yīng)用于我國深水開發(fā)工程尤為緊迫。本文對(duì)導(dǎo)管架滑移下水安裝過程的方法進(jìn)行了分析論述。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管架；滑移下水；安裝技術(shù)

深水導(dǎo)管架的下水、扶正、座底、調(diào)平、打樁和灌漿等是導(dǎo)管架海上安裝連續(xù)完成的作業(yè)內(nèi)容。如果有預(yù)鉆井的水下基盤，在導(dǎo)管架扶正后還有“對(duì)接”的環(huán)節(jié)。下水是深水導(dǎo)管架安裝過程中必不可少的環(huán)節(jié)。對(duì)于大型深水導(dǎo)管架的海上安裝，當(dāng)其自重超過現(xiàn)有浮吊的最大吊力時(shí)，采用滑移下水的方法就是唯一可行的安裝方法。如何經(jīng)濟(jì)、安全地進(jìn)行深水導(dǎo)管架的滑移下水成為海洋工程必不可少的熱點(diǎn)問題之一。

1 導(dǎo)管架滑移下水安裝過程

滑移下水的導(dǎo)管架由主結(jié)構(gòu)和下水桁架組成，下水桁架底部設(shè)置2條平行的帶有連續(xù)性滑靴的下水腿，下水腿間距與駁船上左右2條滑道相同。下水駁船甲板上設(shè)置有滑道，在船艉部設(shè)置有與滑道齊平的主搖臂和次搖臂各1個(gè)，搖臂使導(dǎo)管架在即將脫離駁船的階段即導(dǎo)管架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的反力為一分布力，不致使結(jié)構(gòu)受到破壞。為減少搖臂對(duì)導(dǎo)管架的反力，一般要求導(dǎo)管架的頂部（小頭）先下水。

導(dǎo)管架由駁船上滑移下水，首先在傾斜的駁船上由外力（液壓缸或絞車）推動(dòng)克服滑靴與滑道間的靜摩擦力，其后在傾斜的滑道上靠自身重力的作用滑移，最后通過下水駁船的搖臂滑入水中。典型的導(dǎo)管架滑移下水過程如下：①對(duì)駁船調(diào)載，使下水駁船傾斜達(dá)到預(yù)定的角度和預(yù)定的吃水線；②切割縱向固定板（件），用液壓缸或絞車帶動(dòng)導(dǎo)管架滑移；③導(dǎo)管架在駁船上向前滑移時(shí)重力作用的變化使駁船更加傾斜，這時(shí)導(dǎo)管架依靠自重繼續(xù)滑移；④當(dāng)導(dǎo)管架滑移到一定位置時(shí)，船頭的搖臂開始旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)管架從傾斜的搖臂上滑下，為避免導(dǎo)管架受到損傷，在導(dǎo)管架底部到達(dá)搖臂之前，導(dǎo)管架和搖臂應(yīng)分離；⑤導(dǎo)管架在水中達(dá)到最大潛水深度，靠自身浮力轉(zhuǎn)動(dòng)上升，最終漂浮在水面，一般情況下，導(dǎo)管架的“小頭”略高出水面。

2 滑移下水分析

2.1 分析內(nèi)容

滑移下水分析的主要內(nèi)容包括：導(dǎo)管架的運(yùn)動(dòng)軌跡是否安全穩(wěn)定，如導(dǎo)管架和駁船、泥面的安全間隙等；導(dǎo)管架和駁船的強(qiáng)度；導(dǎo)管架是否以安全的方式脫離搖臂；導(dǎo)管架在下水過程中和最終的漂浮位置是否穩(wěn)定；在意外破損充水情況下，導(dǎo)管架下水的安全穩(wěn)定性；導(dǎo)管架構(gòu)件是否可抵抗水壓力（波浪拍擊力）等。海上施工過程被認(rèn)為是可控的過程。施工分析的目的就是通過詳細(xì)模擬分析得出最佳的施工方式和過程，并保證施工過程安全。導(dǎo)管架滑移下水分析是為了預(yù)測和選擇其最佳的下水過程，確定駁船的吃水深度、縱傾角度和搖臂最大允許角度等，從而保證導(dǎo)管架和駁船在下水過程中的安全，并篩選出此過程中最不利的工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。

2.2 分析方法

在導(dǎo)管架滑移下水過程中，導(dǎo)管架和駁船都是運(yùn)動(dòng)物體。模擬物體運(yùn)動(dòng)過程采用動(dòng)態(tài)平衡原理，即運(yùn)動(dòng)物體的慣性力和其所受外力是瞬時(shí)平衡的。利用該平衡方程來求解物體運(yùn)動(dòng)過程，用時(shí)間歷程分析法，即時(shí)域分析法。導(dǎo)管架滑移下水過程是在水中的一個(gè)三維空間運(yùn)動(dòng)過程。在數(shù)值模擬分析中，要考慮動(dòng)水拖曳力、動(dòng)水慣性力、駁船和導(dǎo)管架的相互作用力、桿件慣性力、重力和浮力等。駁船和導(dǎo)管架的相互作用是指在初始階段駁船和導(dǎo)管架被約束在一起的運(yùn)動(dòng)，這種約束在方程的剛度矩陣?yán)锟紤]。

2.3 參數(shù)分析

參數(shù)分析的目的是優(yōu)化駁船的預(yù)定下水參數(shù)，以便得到可接受的下水軌跡和使導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)應(yīng)力在下水過程中最小。駁船主要預(yù)定下水參數(shù)包括駁船吃水、縱傾角度和主搖臂的最大允許傾角。受此3參數(shù)影響的主要因素包括：搖臂最大受力；當(dāng)搖臂傾斜時(shí)，下水腿在搖臂上的最小長度；駁船最大浸沒深度；導(dǎo)管架最大入水深度；導(dǎo)管架水平桿所受的波浪最大拍擊速度；下水期間駁船的穩(wěn)性，駁船縱向強(qiáng)度等。駁船的吃水、縱傾角度和搖臂的最大允許傾角對(duì)以上分析結(jié)果都有影響，進(jìn)行其詳細(xì)的參數(shù)分析可確定合理的參數(shù)，使以上結(jié)果成為可以接受的，并得到優(yōu)化的駁船下水過程。

2.4 下水軌跡分析

下水分析是模擬導(dǎo)管架和駁船在下水過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。該分析用三維時(shí)域模擬技術(shù)的專業(yè)計(jì)算機(jī)程序預(yù)測實(shí)際的下水過程，下水模擬分析的關(guān)鍵是用計(jì)算模型模擬得是否精確和對(duì)分析結(jié)果的判斷。計(jì)算模型包括導(dǎo)管架和駁船的模型。對(duì)于導(dǎo)管架，不但要準(zhǔn)確模擬主結(jié)構(gòu)，還要模擬對(duì)其下水有影響的附屬構(gòu)件，如防沉板、卡樁器等，尤其要對(duì)導(dǎo)管架的重力和分布進(jìn)行詳細(xì)模擬。

2.5 結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)分析是根據(jù)導(dǎo)管架下水過程模擬分析所得到的結(jié)構(gòu)受力情況來校核導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。從導(dǎo)管架完全支撐在駁船上到導(dǎo)管架離開駁船為止，整個(gè)過程是一個(gè)連續(xù)的受力過程，受力的大小和方式不斷變化。在導(dǎo)管架未脫離駁船之前，受力較大的過程是導(dǎo)管架處在搖臂上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)導(dǎo)管架除受波浪拍擊和靜水壓的作用外，搖臂對(duì)導(dǎo)管架的反力較集中。導(dǎo)管架下水腿在滑移下水過程中有2種受力狀態(tài)：一是當(dāng)下水腿的管節(jié)點(diǎn)通過搖臂中心時(shí)導(dǎo)管架下水腿受到集中力作用；二是當(dāng)下水腿的相鄰節(jié)點(diǎn)間的管段受搖臂反力作用時(shí)，導(dǎo)管架下水腿受到分布力的作用。

綜上所述，從目前看，深水導(dǎo)管架的下水安裝分析無論是在理論上還是在計(jì)算機(jī)程序上都是比較成熟的，其模擬過程和實(shí)際操作過程基本符合，在安全和穩(wěn)定上有保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曉剛.深水導(dǎo)管架滑移下水的安裝分析技術(shù)和設(shè)計(jì)方法[J].中國海上油氣，2015，15（3）：4-10.