埕島油田井口平臺結構延壽改造技術

劉佳莉，崔書杰

（中石化石油工程設計有限公司，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，場區海洋動力、淺層工程地質、海底動力地貌條件十分復雜。

埕島油田井口平臺主要分為3種結構型式：樁腿式井口平臺、直導管架式井口平臺、外套導管架式井口平臺。海洋環境及海底地質條件惡劣，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境中的物理、化學、生物及機械作用。使平臺結構在不同程度產生損傷后部分結構失效，甚至使平臺倒塌[1]；根據延壽評估的結果，井口平臺出現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）通過內部灌漿加固。通過灌漿方式對桿件加固是一種重要而恰當的方式。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，但對于已經出現焊縫裂紋的部位不適用。

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

2.2 整體加固

整體加固是指將一個新結構建在已建結構旁邊，用新結構來支撐已建結構。新結構的設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構，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

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

3.2 計算結果分析

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Ф500mm 的水平撐，水平撐之間設Ф406mm 的斜撐，樁頂標高（+）6.0m。加固樁與原井口平臺不設連接桿件，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連接通道，解決了原井口平臺標高不滿足規范要求的問題。

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力比為0.85，小于1.0，滿足規范要求（見表1）。管節點最大應力比為0.629，小于1.0，滿足規范要求（見表2）。

表1 極端冰工況桿件最大應力比

表2 管節點沖剪應力匯總

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

因此井口平臺新建保護樁后，結構強度能夠滿足抗冰的要求，能夠對井口平臺起到保護作用。

3.2.2 加固方案（二）：外套導管架平臺

在原井口平臺外新套導管架（見圖1），對井口平臺進行整體加固，通過新建導管架的破冰作用，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 導管架平臺整體三維模型

外套導管架平臺主管采用Ф1 078×38mm、Ф1 058× 28mm，樁采用Ф900mm 的變徑樁，入泥44m。導管頂標高為（+）5.0m，底標高為（-）15.0m。在標高（-）15.0m、（-）4.0m、（+）4.0m 處設水平拉筋，采用φ600mm 鋼管。（-）15.0m、（-）4.0m之間設豎向斜拉筋，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連接通道，解決了原井口平臺標高不滿足規范要求的問題。

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力比為0.76，小于1.0，滿足規范要求。管節點最大應力比為0.43，小于1.0，滿足規范要求。

極端工況下，壓樁安全系數最小為1.72，大于1.5；拉樁安全系數為1.95，大于1.5，滿足規范要求。

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

4 結論和建議

1）在各種工況組合中，結構的水下斜撐管、樁基底部和水上橫撐管等部位應力均較大，此處結構較弱。對于水上結構可通過增加水平撐等各種加固方式進行加固，對于水下結構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用比較成熟的有外防護樁和外套導管架兩種方式，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。