渤海采油平臺新增樁腿技術研究

董振宇，田德鵬，黃小明，趙 威

（1.中海石油（中國）有限公司曹妃甸作業公司，天津 300459；2.中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300452）

0 引言

目前渤海油田正處于高速發展的階段，在役采油平臺的井槽數量及甲板面積已經難以適應油田二次開發和規模擴大的需求。由于新建平臺的周期長且成本高，渤海油田依托現役平臺設計建造了多座新增樁腿，以便外掛井槽增打調整井或增加設備，最大限度發揮現役平臺能力的同時，緩解了鉆井平臺及浮吊資源的緊張。經實踐證明，此開發模式具有投資少、見效快且適應性強的特點，創造出良好的經濟效益。

1 新增樁腿項目的設計基礎及設計原則

本文選取4 個具有代表性的渤海海域的新增樁腿項目進行對比分析，以得到此類項目的設計基礎條件和設計基本原則（圖1～圖4）。另外，還對各項目的結構形式、用鋼量和吊裝重量進行統計，作為經濟概算的依據，對于未來類似項目的開發具有一定指導意義。

圖1 SZ36-1 WHPJ 平臺新增樁腿項目

圖2 旅大10-1 WHPA 平臺新增樁腿項目

圖3 BZ26-2 WHPA 平臺新增樁腿項目

圖4 SZ36-1 WHPE/G 平臺新增樁腿項目

1.1 改造工程概況

渤海采油平臺主要的新增樁腿項目改造工程情況見表1。

表1 渤海采油平臺新增樁腿項目改造工程對比

1.2 設計基礎條件

渤海采油平臺主要的新增樁腿項目設計基礎條件見表2。

表2 渤海在役采油平臺新增樁腿項目設計基礎條件對比

1.3 設計原則

1.3.1 總體布置設計基本原則

（1）總體設計的基本原則為依托現役平臺，充分利用現有設施，盡量減少投資和海上施工工作量。在保證新增組塊與現役平臺間隙足夠的情況下，應減小新增樁腿與現役平臺樁腿的距離。這不僅有利于保證新老平臺連接后的整體強度，而且節約用鋼量。如有必要，還應考慮現役平臺的延壽評估問題。

（2）對于有鉆井需求的新增樁腿項目，應預留足夠數量的井槽，綜合考慮鉆修井方式、鉆井船二次就位、現役平臺吊機能力及是否有新增吊機的需求、靠船方向等因素，合理選擇新增樁腿的位置。在充分滿足新增樁腿與隔水套管安全距離的情況下，新增樁腿適宜設計為直樁以減少海上打樁的難度。

（3）對于鉆井小平臺以及接污平臺的設計可綜合考慮。既可以二者共存，也可以在鉆井小平臺上增設臨時構件以滿足鉆井作業的需求，鉆井結束后將其改造為接污平臺。但在設計井口區結構時，應注意避讓鉆井小平臺。

（4）新增平臺的隔水套管設計應考慮冰堵塞的情況，隔水套管與新增樁腿之間的距離應大于1.5 m，有利于隔水套管安裝及后期采油樹的作業。

（5）應控制新增平臺懸臂甲板的跨度，控制甲板變形。在布置設備時應使大型設備盡量遠離懸伸甲板。

（6）在前期設計階段，應根據后期的改造情況考慮是否為平臺預留泵護管、電纜護管或立管。

（7）如果考慮利用現役平臺鉆修機作業，應考慮鉆修機滑移到新增井口時是否有鉆修機改造需求，是否需要對相關設備（如泥漿泵、罐，柴油罐及管子堆場等上部設施）進行移位，新增平臺是否有足夠空間擺放這些設備。

（8）如果利用鉆井船打井，需預先提供鉆井船的主尺度和樁靴間距等數據，并確認隔水套管是由工程貫入導管或由鉆井設備下套管，同時應確認鉆井船的懸臂梁可以覆蓋的最大范圍。

1.3.2 新增樁腿設計基本原則

（1）在項目運行之前應盡可能地收集資料，如現役平臺的最新環境參數、地質資料、陸地及海上施工完工報告、服役期內歷次改造內容及檢測評估報告、周邊現有海底管線完工報告及最新探摸結果等。

（2）應考慮鉆井船樁靴腳印是否與新增樁腿周邊現有海底管線干涉，如果新增樁腿為單斜，則應結合實際情況考慮樁靴是否與新增樁腿干涉。

（3）應密切關注現役平臺的樁基承載力，避免在承載力余量不足的樁腿附近布置大型設備。

（4）新增樁腿在入泥深度的選擇方面，在滿足安全要求的前提下應充分考慮海上打樁的難度，必要時可以考慮將持力層設計為硬的黏土層。

（5）新增樁腿應合理進行樁的分段，一般渤海區域將樁分為3 段。泥面處和反彎點處不應設計為接樁點，同時應使用厚壁段。

（6）根據樁腿有無斜度設計，組塊與導管架連接方式為過渡段或倒盲板：如果新增樁腿為直樁宜設計為倒盲板，以減少組塊安裝時就位的難度；如果新增樁腿為斜樁則宜設計為過渡段，實現樁腿由斜改直的過渡。

（7）根據最新的環境條件對新老平臺樁腿進行校核，對平臺的重量進行嚴格控制。

（8）核實新增樁腿與現役平臺的連接部分加厚段長度，是否滿足規范要求。

1.3.3 海上安裝設計基本原則

（1）由于新增樁腿是完全依托于現役平臺，因此可能在新增樁腿的安裝過程中發生大量的干涉問題，在項目初期就應該充分評估可能出現的問題并一一核實。主要干涉的內容有：①新增樁腿是否與預定位置周邊現有海管干涉；②新增樁腿是否與平臺上部設備（如放空管、火炬臂、吊機等）干涉；③新增樁腿是否與原導管架干涉；④新增樁腿是否與周邊平臺干涉；⑤新增樁腿鋼樁入泥后是否與原平臺鋼樁干涉；⑥新增樁腿與現役平臺的連接部分是否與現役平臺原有的電纜護管、泵護管等存在干涉。

（2）項目初期需進行海底探摸，明確新增樁腿是否與預定位置周邊現有海管干涉，如果考慮移動海管路由，應充分考慮施工時間及費用。

（3）導管架陸地建造方案的影響，應明確導管架陸地建造方案為立式或臥式。如果是臥式建造則需要進行陸地翻身，則導管架吊點、翻身輔助吊點、吊機資源及碼頭承載力等需要核實。

（4）打樁對現役平臺的影響，由于新增樁腿打樁時已經與現役平臺連接完畢，應合理控制打樁能量和打入速度，避免對現役平臺作業產生影響。

為患者提供綜合的關懷和服務[17]：心理健康篩查；健康生活方式指導（如戒煙）；生育指導；疫苗接種指導；HIV相關的神經認知功能障礙的篩查；旅行健康指導；舒緩醫療服務。均應按照相關指南或規范來進行。

（5）組塊海上安裝時的生根點，結合實際重心對平臺進行安裝，為避免在吊裝中出現偏心的情況，應詳細核實重心位置，組塊就位后再根據實際狀態對過渡段進行調整。同時控制海上安裝精度，避免采油樹與組塊下甲板發生碰撞。

（6）新增組塊海上安裝應充分考慮施工誤差（包括安裝水平度和轉角誤差），對于新增井口的樁腿應考慮增加滑道梁的翼緣寬度。

（7）提前調研上部組塊就位對接時可能存在的障礙物（如管線、電纜等），并注意避讓。

（8）選取該方案前先了解船舶資源，包括碼頭裝船、海上運輸和海上安裝的相關船舶，需預先確認吊裝船舶的吊重曲線、起重能力、鉤頭數量和鉤間距，以及運輸駁船的主尺度、甲板布置圖等數據。

2 新增樁腿項目結構有限元強度分析

2.1 主要構件桿系結構強度分析結果對比

采用SACS 軟件對各平臺新增樁腿項目的主要構件進行分析，為類似項目結構構件的選型提供參考。

渤海采油平臺新增樁腿項目的操作工況有限元強度分析結果見表3，其中UC為最大名義應力比值。

表3 渤海采油平臺新增樁腿項目操作工況有限元強度分析結果

2.2 局部有限元強度分析結果

應用ANSYS 軟件對各平臺隔水套管及主吊點進行分析，作為今后新增樁腿項目結構構件的選型提供參考。

（1）隔水套管局部冰力（圖5）。通過對隔水套管局部冰力應力云圖分析，可知流冰在隔水套管潮差區內的壁厚選取25 mm能夠滿足規范要求。因此，考慮扣除腐蝕余量因素，此處的壁厚不應小于19 mm。

（2）新增樁腿結構主吊點（圖6～圖7）。通過新增樁腿結構主吊點結構及應力云圖分析，可知軸式吊點能良好地適應于新增樁腿項目的海上安裝要求：一方面有利于避開新增樁腿結構內部的狹小空間，特別是有立管和電纜護管穿過的時候；另一方面將圓管作為吊點有利于導管架的翻身，因為耳板式吊點無法承受翻身時的平面外側向力。

圖6 新增樁腿結構主吊點結構

圖7 新增樁腿結構主吊點應力云圖

3 結束語

綜上所述，隨著新增樁腿外掛井槽項目的順利投產和良好運行，不僅積累了大量經驗，新增樁腿外掛井槽或外擴甲板的思路也成為一種成熟的增產項目設計模式，此計模式還會在更多的平臺中得到應用。新增樁腿的改造形式，能夠在短時間內迅速增加甲板面積和井槽數量，這種投資少、見效快、制作工藝簡單的改造模式，為海洋石油行業增產穩產創造了良好的支持保障條件。通過不斷改良，此技術將會更多地出現在采油平臺改造設計領域。新增樁腿還有對安裝精度和海底狀態要求高、與現役平臺壽命不同步的特點，在安裝過程中需要船舶資源長時間輔助，對現役平臺存在一定的影響，因此在未來的設計、施工過程中將做進一步的完善。