自升式鉆井平臺報廢后安全適用性研究

成維松

（勝利油田安全環保處，山東 東營 257000）

自升式鉆井平臺服役時間超過設計壽命后，通過進塢檢測發現平臺故障頻率將不斷提高。其中結構損傷主要體現在腐蝕及裂紋，特別是由于焊接、疲勞載荷、結構改裝等原因導致的裂紋數量會不斷增多。在實際使用過程中主要通過減少作業負荷、結構加固、降低鉆井船使用條件等風險控制措施以保證平臺安全生產作業。當安全措施不足以滿足安全作業需求時，為提高資產利用率通常將載荷較大的鉆井模塊報廢，將平臺改做他用。現以某一自升式鉆井平臺為例，適用有限元軟件，對其鉆井功能報廢后的適用性方案進行分析。

1.平臺概況

（1）結構。平臺主體為典型的尾部開槽自升式鉆井平臺，由長方形的平臺主體、四根圓柱形樁腿和齒輪齒條升降系統組成。平臺結構主要尺寸如表1所示。

表1 平臺主體尺寸參數 m

平臺體自下而上依次為底甲板、主甲板和上部甲板。平臺底甲板主要承受預壓載、燃油、淡水等液艙的重量。主甲板首端設有直升機平臺和生活區，另外主要有泥漿泵、泥漿池以及部分機械設備。平臺體中間兩側共有吊機兩座（貝克海洋900型船用起重機）。上部甲板主要有井架、鉆井設備、管子堆場等。

平臺結構采用縱橫骨架式結構形式，在固樁圍井區進行特殊加強，圍井四周面板加厚，船體材料為ABS的A級鋼（屈服極限248MPa），樁腿為ABS的DH36級鋼。

（2）功能性載荷。功能性載荷包括結構載荷、吊機載荷、設備載荷、各類容器及其儲藏物載荷、電纜載荷、管線載荷以及可變載荷等。結構及設備載荷總重量2 217t，鉆井狀態可變載荷928t、升船狀態可變載荷473t、生存狀態的可變載荷246t。

（3）環境條件。作業水深15m。

波流載荷：操作工況最大波高7.62m，波周期12s，海流設計流速1.02m/s；自存工況最大波高8.53m，波周期14s。

風載荷：操作工況36.0m/s；自存工況51.5m/s。

2.有限元模型（見圖1）

圖1 有限元模型

結構建模時選用BEAM188、PIPE59、PIPE16、SHELL63、MASS21等ANSYS程序自帶的單元類型，依據現場檢測資料扣除各構件腐蝕，建立有限元模型。

根據《海上移動平臺入級與建造規范》的要求，其邊界條件取泥面以下3m處鉸支承。載荷依據不同改造方案加載。許用應力當應力安全系數為1.11。

3.改造為配套生活支持平臺

改造為其他平臺的配套動力生活支持平臺，保留本平臺泥漿循環系統、動力系統、生活樓，去除井架及相應的鉆井載荷。去除載荷大小及設備項目（見表2）。

表2 各工況鉆井載荷

在改造為動力生活支持平臺后功能性載荷大幅減小，考慮到改造后甲板堆放雜物增加載荷的風險，將目前結構進行反算，求出允許增加的均布載荷值。計算工況選取作業、自存、拔樁工況，計算結果見表3，等效應力匯總如圖2所示。

表3 各工況計算匯總

圖2 等效應力匯總

分析計算結果，得出如下結論。

（1）固樁區橫縱艙壁處在作業工況下等效應力值較大，已接近許用應力值（223MPa），這是由于作業工況下甲板垂向載荷較大所致，此位置按甲板載荷布置圖已施加8kN/m2的載荷，另加5.33kN/m2共計13.33kN/m2。

（2）固樁室位置在自存工況下等效應力值較大，這是由于自存工況下環境載荷更加惡劣所致。船體及固樁區的最大等效應力圖見圖3、4。

圖3 船體最大等效應力

圖4 固樁區最大等效應力

4.改造為油氣集輸平臺

為配合生產需要，國內某些自升式平臺被改造為油氣集輸平臺，做固定平臺使用。考慮將此平臺改造為油氣集輸平臺進行分析。

考慮到平臺改造后的工作能力，同時參照其他油氣集輸平臺的儲油能力，按照配有11.5m直徑儲油罐，液貨及罐630t（均布載荷為61kN/m2）的情況進行計算分析。

改做固定平臺后按照《淺海固定平臺建造與檢驗規范》要求需考慮冰載荷，取設計冰厚24cm，極限抗壓強度2 085kPa進行計算。

僅就作業工況進行核算。作業工況計算匯總見表4，等效應力匯總圖見圖5。

表4 作業工況計算匯總

圖5 作業工況等效應力匯總

分析計算結果，得出如下結論。

（1）作業工況下去除了652t鉆井區域載荷增加了630t儲罐載荷，由于載荷分布的變化導致距船尾25.47m橫艙壁與距中11.05m縱艙壁部分位置應力不滿足要求；

（2）增加儲油罐后改變了平臺甲板的應力分布，對平臺結構影響大。

5.結束語

自升式鉆井平臺在服役年限超過設計壽命后，故障頻率隨之提高，較大的上部載荷及環境載荷易導致結構失效影響作業安全。筆者研究了將重量載荷較大的鉆井模塊報廢后，平臺后續改造方案的適用性。主要選取了兩種典型方案，改造為其他平臺的配套生活支持平臺及油氣集輸平臺。經比較分析給出如下結論。

（1）老齡平臺改造為配套生活支持平臺，設備載荷明顯減小，船體結構應力水平有所降低，此方案可行，但考慮到甲板堆放雜物的可能需核算結構的承載能力。

（2）老齡平臺改造為油氣集輸平臺，由于儲油罐重量大，對船體及樁腿的影響顯著，考慮到鋼材腐蝕及累積損傷度，此方案不可行。

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