移動式采油平臺設計優化

穆勝軍，許海東

(中海油能源發展采油服務公司，天津 300457)

?

移動式采油平臺設計優化

穆勝軍，許海東

(中海油能源發展采油服務公司，天津 300457)

針對渤海灣5-30 m水深范圍內的邊際油田開發，收集某移動式采油平臺生產運行過程中所出現的主要問題，從設計源頭探討相關問題產生的根本原因和相應的解決方案，通過優化設計避免同類問題的出現，為后續同類型平臺的設計建造工作提供參考。

動式采油平臺;自升式采油平臺;根本原因;設計優化

可移動的自升式采油平臺是一座適用于渤海灣邊際油田開發生產裝置，可以在一個作業區域完成油田開采后移動到下一個目標油田，有著較好的經濟效益[1]。通過對移動式采油平臺存在的主要設計不足進行分析，并提出改進措施[2]。

1 平臺概況

移動式采油平臺是一艘插銷式液壓升降的四樁腿鋼質自升式采油平臺，非自航，適用于渤海灣5～30 m水深范圍內海域的原油生產、處理、儲存、外輸。平臺主要由主體、機械甲板、液壓升降系統、工藝處理系統、原油外輸系統、電熱站系統、公用系統、樁腿、吊機和生活樓等組成，在平臺主甲板艉部布置有棧橋與井口平臺連接。

平臺的樁腿為圓柱形結構，直徑3 m，高67 m。通過液壓樁機實現升、降、插、拔樁和升降平臺的操作。平臺升降系統的主液壓系統是開式并聯系統，四樁腿的油源來自同一個液壓泵站，4個樁腿并聯工作，各樁腿分別通過人為在觸摸屏上設置其主比例閥的開口大小來選擇升降速度。

原油外輸采用2點系泊系統實現。外輸作業時，運輸油船通過2點系泊系統錨泊于移動式采油平臺的一端，由柔性輸油管線與移動式采油平臺連接外輸。輸油完畢后將軟管內原油掃至穿梭油輪艙內，然后將軟管回收到移動式采油平臺滾筒上。

2 主要問題

2.1 電熱站系統

移動式采油平臺原設計的電熱站系統采用熱電聯供系統，主要由2臺蒸汽鍋爐、2臺1 200 kW蒸汽輪機、1臺1 200 kW備用柴油機組成。

蒸汽鍋爐不受燃料限制，可以充分利用油田伴生氣，振動和噪聲小，維護簡單，維修費用低。但是這種方案適用于負荷比較穩定的場所，并且蒸汽鍋爐升溫升壓緩慢，啟動時間較長，負荷出現波動時，汽包水位變化大，難以精確自動控制。蒸汽輪機從啟動到并網時間較長，且機組調峰性能不好。移動式采油平臺由于設備的加載卸載以及設備的自動啟停，造成平臺負荷變化較大，再加上平臺熱負荷的不斷變動，蒸汽鍋爐+蒸汽輪機系統難以自動適應負荷變化。特別是當原油外輸時，2臺原油外輸泵(每臺電機功率315 kW)以及2臺制氮機(功率138 kW)的啟動、停止，對電網沖擊較大，頻繁造成關停，最重要的是關停后恢復時間較長。

雙燃料內燃機+熱介質鍋爐，是熱效率最高的一種系統。但雙燃料柴油機對原油的消耗量較大，不能利用油田伴生氣，并且維護成本較高。電熱站系統為平臺提供動力和熱源，如果不能正常工作，將嚴重影響平臺正常生產，建議在以后電熱站設計中盡量采用2臺雙燃料主機和3燃料熱介質鍋爐的方案，同時盡可能預留出1臺天然氣發電機的安裝空間，以便在開發伴生氣量較大的油田時充分利用伴生氣進行發電。

2.2 總體設計

主甲沒有吊裝口，吊貨到主甲板極為不便。建議以后設計時，預留吊裝空間，這樣可以避免生產期間很多的吊重方面的安全隱患，同時也能很好地利用主甲板空間[3-4]。

生活樓位置欠佳，導致噪聲超標。由于中央空調和制氮機安裝在生活樓的右舷，主機房在生活樓艏部，其工作的噪聲導致生活樓房間噪聲嚴重超標，建議以后設計時合理布局。

在平臺原設計中，沒有在主甲上布置錨泊系統，這給在海上就位和碼頭靠泊帶來很大的困難。這樣的設計缺陷明顯，在海上就位需要非常好的氣候窗，如風力在10 m/s以內，浪高在1 m以下，能見度在2 n mile以上，氣候窗需要48 h；同樣在碼頭靠泊的時候，由于沒有卷纜設備，導致靠泊的時候只能靠人力去緊纜，既存在非常高的人和船體的安全隱患，又不能將纜繩帶緊。建議加裝錨泊系統的設計，確保海上就位和碼頭靠泊的安全可靠。

平臺海水泵架為單泵架加舷側應急泵的方式，并且泵架采用平臺液壓升降系統的液壓源，選用的液壓油缸升降、插銷式海水泵塔。主要問題有體積大、固定面少，操作困難，應急泵使用難度大，在使用過程中，還出現了海水泵從塔中脫落到海底，頂升油缸憋斷、塔架晃動撞擊船體、塔架本體產生裂紋等問題。建議布置2個泵架，采用齒輪齒條式升降裝置，同時加裝導向條設計，避免晃動。

2.3 平臺升降系統設計

平臺采用液壓升降系統，主要原理見圖1。控制信號用于調節主控閥的開度，進而控制流入各液壓缸液壓油的總流量，而主控閥的方位由2端的電磁信號控制。主油泵出口溢流閥用于控制油泵出口壓力，起安全保護作用。液壓缸實現平臺的升降作業，其進出口油路上溢流閥用于防止液壓缸超負載、防爆管等安全保護作用。液壓缸進出口油路上液控單向閥起液壓鎖的作用，可使液壓缸在任意位置停止升降。壓力傳感器用于測量油路壓力信號[5]。

液壓系統在實際應用中存在以下問題：4個提升油缸與定、動環梁均為機械剛性連接，且主液壓系統回路及各油缸液壓系統中又未設計流量同步控制功能和負載平衡功能。當樁腿與平臺摩擦導致單樁4個提升油缸負載不均衡時，系統無法自動均衡負載，液壓油會向負載輕的樁腿流動，進而導致負載輕的樁腿升降速度快，負載重的樁腿升降速度慢，平臺易在升降過程中傾斜。為防止平臺在升降過程中傾斜，需經通過降速、人工同步干預等方式不斷地調節。因此造成了平臺升降過程操作繁瑣，速度不能達到原技術要求，工作效率低等問題。

針對移動式采油平臺液壓升降系統所存在的問題，提出相應的改進設計。

1)在主液壓系統中增加基于負載敏感的流量自動分配閥組，以適應負載變化時流量的自動調節。

2)在單樁提升油缸液壓系統中增加負載平衡閥組、油缸同步元件及電磁控制閥，以解決負載不均而導致的平臺傾斜問題。

2.4 外輸滾筒

外輸滾筒的設計主要存在2大問題：滾筒中心與驅動端的萬向節的對中；沒有排管器。第1個問題帶來的后果就是每次收放外輸軟管時都必須將滾筒與萬向節之間的法蘭松開，然后連接上才能開始外輸，如果不松開就會將該法蘭面之后的一個彎頭撕裂(已發生過此類事故)；第2個問題帶來的后果就是需要人力去實現排管，特別是冬季，氣候惡劣的情況下，收一次外輸軟管的時候非常長，且特別困難。

1)對中問題的改進。經過多次調研分析，對中不好主要是由于滾筒在轉動過程中，支架也在發生顫動，這樣無論怎樣調整萬向節處的法蘭面，也不可能解決該問題。一種措施是對滾筒支架結構進行加強，確保支架的穩定。另一種優化措施是外輸滾筒輸油硬管與旋轉接頭連接形式優化為彈性橡膠軟管、旋轉接頭及彈性連接裝置的形式，降低了法蘭之間同心度的精度要求，減少振動、應力、同心度差等因素對旋轉接頭壽命的影響。

2)排管難問題的改進。對于外輸軟管排管難的問題，建議在外輸滾筒下方安裝輔助排管設備，其驅動源可以取自外輸滾筒的液壓單元。這樣可以在滾筒收管的過程中限制軟管，并跟隨滾筒收管的速度進行相應操作，使得軟管不產生過大的傾斜角度，順利排入滾筒的溝槽中。

2.5 樁腿外加電流保護裝置

樁腿外加電流保護系統在設計中主要存在以下3方面的問題。

1)樁腿頂部到固樁室的電纜與樁腿摩擦嚴重，并受損。

2)參比電極塊收放困難，全靠人力實現。

3)每升降一次樁腿，電纜都得剪斷破壞一次，不利于重復多次使用。

建議在以下方面進行優化改進，即：

1)用以承重鋼絲繩從樁腿頂部牽引到固樁室頂部，連接處采用花籃螺栓來調節松緊度；電纜采用防水防爆插座代替硬連接，然后將電纜固定到鋼絲繩上。這樣即可規避電纜摩擦的問題，同時解決每次升降都會被破壞的問題。

2)采用絞車來代替原來的人力提升，方便參比電極塊的收放，同時提升繩也采用一種可以負重的加強電纜來代替原來的尼龍繩和電纜。這樣既可以降低操作難度，也可以很好地規避尼龍繩老化的問題。

2.6 吊機

在原設計建造階段，吊機未作三聯動功能設計，在實際生產期間，由于吊機反應慢，跟不上風浪流對補給船的影響節奏，發生了多次安全隱患。

吊機三聯動是一個比較重要的功能，建議在設計時配備三聯動功能，確保滿足海上安全操作要求。

3 結論

移動式采油平臺是為海上邊際油田開發研制的第一座新型生產平臺，經過長期的生產運營管理，各種問題呈現。通過對移動式采油平臺原設計中存在的主要缺陷進行分析，并經過大量調研提出合理改進措施，將會對后續同類型平臺的設計提供一定指導。

[1] 劉海超.分體自升式平臺對接實驗模擬及分析[J].中國造船，2011，52(2)：98-101.

[2] 孫東昌，潘斌.海洋自升式移動平臺設計與研究[M].上海交通大學出版社，2008.

[3] 中國船級社.海上移動平臺入級規范[S].人民交通出版社，20120

[4] 黃冬云.荔灣3-1淺水平臺設備布置研究[J].中國造船，2011，52(2)：321-326.

[5] 尹樹孟.自升式海洋平臺齒輪齒條升降裝置有限元分析[J].中國造船，2011，52(2)：268-273.

Design Optimization of the Mobile Oil Production Platform

MU Sheng-jun, XU Hai-dong

(CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Tianjin 300457, China)

Mobile oil production platform is suitable for the development of the marginal oil field in the 5-30 m water depth range in Bohai bay. The main problems of a mobile production platform in the production process were collected, to analyze the main causes of problems and solution proposals through design, so as to optimize the design to avoid similar problems, and to provide reference for the same type of platforms in design and construction.

mobile oil production platform; jack-up oil production platform; basic cause; design optimization

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.006

2016-07-10

中海石油總公司項目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 08 LTD NFCY 2014-01)

穆勝軍(1973—)，男，學士，工程師

U674.38

A

1671-7953(2016)05-0025-03

修回日期：2016-08-10

研究方向:邊際油田開發裝置生產管理

E-mail:mushj@cnoooc.com.cn