劉佳莉，崔書杰

（中石化石油工程設(shè)計有限公司，山東東營 257000）

1 概述

埕島油田位于山東省東營市河口區(qū)北部渤海海域的2～18m水深的極淺海域，是我國在極淺海域開發(fā)的第一個大油田，埕島油田地處黃河口水下三角洲的灘海交界地帶，場區(qū)海洋動力、淺層工程地質(zhì)、海底動力地貌條件十分復(fù)雜。

埕島油田井口平臺主要分為3種結(jié)構(gòu)型式：樁腿式井口平臺、直導(dǎo)管架式井口平臺、外套導(dǎo)管架式井口平臺。海洋環(huán)境及海底地質(zhì)條件惡劣，潮流強大，井口平臺要遭受風、浪、流以及平整冰及流冰的沖擊作用，由于長期受到海洋環(huán)境中的物理、化學(xué)、生物及機械作用。使平臺結(jié)構(gòu)在不同程度產(chǎn)生損傷后部分結(jié)構(gòu)失效，甚至使平臺倒塌[1]；根據(jù)延壽評估的結(jié)果，井口平臺出現(xiàn)不同程度的安全隱患。本文對井口平臺整體抗冰加固進行分析研究。

2 井口平臺加固改造措施

對于海洋平臺常見的加固措施有局部加固、整體加固兩種基本方法。

2.1 局部加固

主要的方法有以下三種：

1）通過內(nèi)部灌漿加固。通過灌漿方式對桿件加固是一種重要而恰當?shù)姆绞?。中心二號生活平臺通過在樁腿間灌注水泥漿有效減少了平臺振動。

2）外套卡箍或焊接外部加強肋板對節(jié)點進行加固。

3）打磨焊縫延長疲勞壽命。通過對焊縫的打磨可改善焊接部分的疲勞壽命，但對于已經(jīng)出現(xiàn)焊縫裂紋的部位不適用。

4）焊接新的橫撐或斜撐等結(jié)構(gòu)桿件，使平臺受力重新分配，降低部分節(jié)點和桿件受力。

2.2 整體加固

整體加固是指將一個新結(jié)構(gòu)建在已建結(jié)構(gòu)旁邊，用新結(jié)構(gòu)來支撐已建結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造和安裝雖然工程難度大，但對存在問題非常嚴重的已建結(jié)構(gòu)，整體加固能提供最好的解決方案。

3 井口平臺整體抗冰加固分析

3.1 分析軟件

結(jié)構(gòu)分析采用SACS（Structural Analysis Computer System） 軟件，SACS 程序是采用有限元法專用于海洋結(jié)構(gòu)工程的分析系統(tǒng)，是國際上比較先進的被普遍使用的海洋工程結(jié)構(gòu)分析程序。

3.2 計算結(jié)果分析

3.2.1 加固方案（一）：外打防護樁

計算時考慮8個方向的冰荷載，在井口平臺周圍增加4根抗冰防護樁，對井口平臺進行整體加固，通過新建保護樁的破冰作用，減少原井口平臺樁腿的冰作用力，改善原樁腿的受力狀況。

方案采用4根Ф1 000mm 防護樁，樁入泥39m，在（+）2.0m 和（+）5.0m 處設(shè)Ф500mm 的水平撐，水平撐之間設(shè)Ф406mm 的斜撐，樁頂標高（+）6.0m。加固樁與原井口平臺不設(shè)連接桿件，承受了主要的冰荷載，從而極大減少了原井口平臺的受力，對井口平臺起到了保護作用。

把原井口甲板和流程整體抬高到9.7m，同時在加固樁上新建上部組塊一座。在加固樁就位后，新建上部組塊采用吊裝方式安裝，外套新建上部組塊和原井口甲板設(shè)連接通道，解決了原井口平臺標高不滿足規(guī)范要求的問題。

通過計算分析，在極端冰荷載工況下，加固后平臺桿件最大應(yīng)力比為0.85，小于1.0，滿足規(guī)范要求（見表1）。管節(jié)點最大應(yīng)力比為0.629，小于1.0，滿足規(guī)范要求（見表2）。

表1 極端冰工況桿件最大應(yīng)力比

表2 管節(jié)點沖剪應(yīng)力匯總

各樁的承載力安全系數(shù)：極端工況下，壓樁安全系數(shù)最小為1.89，大于1.5；拉樁安全系數(shù)為1.88，大于1.5，計算表明承載力滿足規(guī)范要求。

因此井口平臺新建保護樁后，結(jié)構(gòu)強度能夠滿足抗冰的要求，能夠?qū)谄脚_起到保護作用。

3.2.2 加固方案（二）：外套導(dǎo)管架平臺

在原井口平臺外新套導(dǎo)管架（見圖1），對井口平臺進行整體加固，通過新建導(dǎo)管架的破冰作用，減少原井口平臺樁腿的冰作用力，改善原樁腿的受力狀況。

圖1 導(dǎo)管架平臺整體三維模型

外套導(dǎo)管架平臺主管采用Ф1 078×38mm、Ф1 058× 28mm，樁采用Ф900mm 的變徑樁，入泥44m。導(dǎo)管頂標高為（+）5.0m，底標高為（-）15.0m。在標高（-）15.0m、（-）4.0m、（+）4.0m 處設(shè)水平拉筋，采用φ600mm 鋼管。（-）15.0m、（-）4.0m之間設(shè)豎向斜拉筋，采用φ500mm 鋼管。

把原井口甲板和流程整體抬高到9.7m，同時外套平臺上新建上部組塊一座，外套新建上部組塊以及原井口甲板設(shè)連接通道，解決了原井口平臺標高不滿足規(guī)范要求的問題。

通過計算分析，在極端冰荷載工況下，加固后平臺桿件最大應(yīng)力比為0.76，小于1.0，滿足規(guī)范要求。管節(jié)點最大應(yīng)力比為0.43，小于1.0，滿足規(guī)范要求。

極端工況下，壓樁安全系數(shù)最小為1.72，大于1.5；拉樁安全系數(shù)為1.95，大于1.5，滿足規(guī)范要求。

打保護樁及外加導(dǎo)管架都能徹底消除井口平臺抗冰能力不足的問題，實際工程中可根據(jù)不同的平臺情況選擇合適的加固方案。

4 結(jié)論和建議

1）在各種工況組合中，結(jié)構(gòu)的水下斜撐管、樁基底部和水上橫撐管等部位應(yīng)力均較大，此處結(jié)構(gòu)較弱。對于水上結(jié)構(gòu)可通過增加水平撐等各種加固方式進行加固，對于水下結(jié)構(gòu)目前沒有比較成熟的加固方式，一般考慮整體加固方式。

2）整體加固方式在埕島油田應(yīng)用比較成熟的有外防護樁和外套導(dǎo)管架兩種方式，均能對井口平臺起到整體抗冰保護作用，能夠解決井口平臺樁基承載力不足或樁本身強度不足的隱患。