徐田甜 董 坤 王 宁 (中海石油基地集团油田建设工程设计研发中心 天津 300452)
徐田甜(1978. 09-),男,汉族,湖北人,工程师,从事船舶与海洋工程设计工作。
董 坤(1981. 11-),男,汉族,河南人,助理工程师,从事船舶与海洋工程设计工作。
王 宁(1982. 12-),男,汉族,天津人,助理工程师,从事船舶与海洋工程设计工作。
1 前 言渤中34-1油田位于渤海中部海域,紧邻南部的渤中34-2/4油田,距东北的渤中28-1油气田约
22 km,属于渤中34油田群,水深约为20 m。渤中34-1CEPA(CentralEquipmentPlatform A)中心平台是一座集钻修井、生产及生活为一体的12腿、12桩的综合平台,有两个井口区共40个井槽。
渤中34-1 CEPA中心平台在甲板组块顶层甲板有一座可容纳100人的生活模块。生活模块内主要包括居住、公共、卫生、办公、炊事和医疗用房等。生活模块顶部设直升机甲板,可供一架贝尔212型直升机起降。生活模块结构的设计寿命为20年。该生活模块是中海油渤海自营固定式平台中第一个与平台组块整体建造、整体装船并采用浮托法进行海上安装的“双通道”型生活模块。渤中34-1 CEPA中心平台整体概貌见图1。
2 总体布置渤中34-1 CEPA中心平台生活模块的总体布置符合SOLAS公约、《海上固定平台安全规则》和《民用直升机海上平台运行规定》等。生活模块室内的温度、湿度、通风、噪声、振动、照明、色彩、淡水和食品供应、卫生设施和防污等环境因素的控制比较合理有效。生活模块室内概况见表1。
渤中34-1 CEPA中心平台生活模块与中海油其他三座平台生活模块主要技术指标比较见表2。
由表2可见,“双通道”的构造形式与“单通道”型的生活模块相比,室内公共场所的总面积较大,人员之间的活动干扰小,舒适性良好。
3 结构设计3.1 结构分析
渤中34-1 CEPA中心平台生活模块为整体、四层框架式钢结构,甲板主体框架采用H型钢,甲板纵骨采用不等边角钢,立面采用圆管立柱和斜撑支撑,内、外围壁分别采用压筋型和槽型钢板。生活模块结构设计符合API、AISC、DNV、CCS规范和中海油企业标准《渤海海域钢质固定式平台结构设计规定》等[1, 2],其主要特点有:
1)论证了框架式和板壳式两种结构形式的优劣,确定采用框架式结构。
2)论证了6、8、12和16个基座的结构形式,确定采用8个基座的结构形式。
3)结构设计是按生活模块与甲板组块在同一场地整体建造、调试,采用浮托法进行海上安装。生活模块基座与甲板组块之间的连接进行了特别加强。
4)为了减轻自重,增加甲板间的净空高度,主要结构件采用屈服强度为345MPa~355MPa的高强度钢,并合理控制结构强度和刚度,提高结构材料的利用率。
5)结构设计已考虑生活模块现场建造与吊装的要求,并兼顾了今后该平台废弃时海上拆除的要求[3]。
生活模块结构设计应用SACS软件,对在位、地震、拖航和海上拆除吊装等工况进行了分析。渤中34-1 CEPA中心平台生活模块的有限元模型见图2,它由615个节点、1241个梁单元和354个板单元构成。
生活模块结构设计的主要技术参数见表3。
生活模块海上拆除吊装时需在NO. 4甲板上部加装一个约40 t的辅助吊装框架。生活模块海上拆除吊装分析模型见图3;辅助吊装框架模型见图4。
生活模块在各载荷工况下构件的最大名义应力比见表4。
3.2 构造优化
渤中34-1 CEPA中心平台的生活模块和甲板组块总自重约10 035 ,t同时在海洋石油工程股份有限公司青岛场地的滑道上建造。生活模块建造工程量见表5。
由表5可见,生活模块钢结构建造在整个建造工程中占有较大的比重。为了缩短建造工期,对生活模块构造进行了优化,主要包括:
1)对型材和板材规格进行了简统。
2)对所有单杆件、局部节点和节点板件进行标准化设计。
3)应用STRUCAD软件建立了结构产品模型(见图5),优化节点构造、全面校核节点强度,精确进行重量控制,减少结构的应力集中、焊缝交叠、焊接施工空间狭小等问题。
4)应用ANSYS软件对直升机甲板支撑结构的关键节点进行了局部强度分析。直升机甲板支撑结构的三种典型节点模型及其Von-Mises等效应力云图分别见图6、图7、图8。
3.3 结构设计评价
渤中34-1 CEPA中心平台生活模块与中海油其他三座平台生活模块质量饱和度指标比较见表6。渤中34-1 CEPA中心平台生活模块的详细设计与ODP报告相比,结构自重减少了约15. 7%,模块干重减少了约5. 9%,达到了结构优化的目的。
4 海上安装渤中34-1 CEPA中心平台生活模块与甲板组块除采用整体建造外,还采用浮托法进行海上安装,以减少海上连接和调试的工作量,缩短海上施工工期,降低施工成本。渤中34-1 CEPA中心平台浮托法海上安装见图9。
渤中34-1 CEPA中心平台生活模块与中海油其他三座平台生活模块海上施工比较见表7[4]。
5 结束语采用“双通道”型生活模块以及浮托法海上安装新工艺是中海油渤海油田大型固定式平台的发展趋势。渤中34-1 CEPA中心平台生活模块的结构优化设计在此方面进行了有益的尝试。
[参考文献]
[1] 中国船级社.《海上固定平台入级与建造规范》[S].人民交通出版社, 1992.
[2] 中国海洋石油总公司企业标准.《渤海海域钢质固定式平台结构设计规定》[S].中国海洋石油总公司,2002.
[3] 李新仲、徐本和.海上油气田的废弃处理[J].中国海上油气(工程), 2003(2); 46~49.
[4] 房晓明、郝军、魏行超.南堡35-2油田中心平台应用浮托法安装新工艺实践[ J].中国海上油气, 2006(2):126~129.
