尹海波
【摘 要】由于陆地油气资源有限,海洋储量丰富而且已探明和开采数量只占总储蓄量的极少部分,又有各国加紧争夺海洋资源为背景,包括海洋石油钻井平台在内的各种海洋工程船舶及设备的建造需求日益增长.海洋勘探开发日益向深水推进,自升式钻井平台发展尤为迅速.在目前国际上比较主流和成熟的自升式钻井平台的设计中,海洋平台944为了适应更为疏散的地质条件,首次采用大桩靴方案,同时为优化桩靴冲桩和拔桩效率,改进了冲桩喷嘴的安装、维护及更换方案,优化冲桩管路布置,减少削弱桩靴结构强度、增加操作人员进入桩靴的通道及空间,在节省管路材料减轻重量的同时,又便于操作及维护.
【期刊名称】《中国海洋平台》
【年(卷),期】2016(031)006
【总页数】5页(P23-26,56)
【关键词】钻井平台;大桩靴;管路布置
【作 者】尹海波
【作者单位】招商局重工江苏公司,江苏南通226116
【正文语种】中 文
【中图分类】P75
随着近海石油开采逐渐向深海区域扩展，依据我国自身的海洋地貌，其中丰富的石油储量使得自升式钻井平台的建造需求大幅增加。世界上第一艘自升式钻井平台产生于20世纪50年代，我国第一艘自升式钻井平台“渤海”1号于1972年建造完成，开创了我国自升式钻井平台的先例[1]。
自升式钻井平台主要分为井口槽式平台和悬臂梁式平台，由主体、桩腿和升降系统三部分组成。“海洋石油944”采用GUSTOMSC公司设计的CJ50-X120-F型式，是目前国际上首台成熟的高端自升式大桩靴钻井平台。该文以中海油CJ50型钻井平台的桩靴结构为依托，介绍桩靴管路布置方案，针对方形桩靴管路布置的特点进行深入探讨。
自升式平台依据开采海底地貌和土质的不同，一般采用插桩型、箱型和沉垫型等。其中采用最多的是在每一根桩腿下端加装一桩脚箱，亦称桩靴，这样在增大海底支撑面积的同时又可以减小桩腿插入海底的深度。桩靴的设计使得在给定最大作业水深的前提下，桩腿的设计长度减小，提高了插桩和拔桩的作业安全性。在全球自升式钻井平台的设计建造中，三桩腿和四桩腿的设计是最为常见的。HYSY944采用的就是三桩腿设计，且桩腿下端的桩靴(可完全回收进船体)为一个长方体，包括桩靴在内，桩腿全长165 m。
HYSY944采用的桩靴结构为长方形，如图1所示。桩腿直接插入桩靴与其融为一体，设计与建造的桩靴须满足水密、有方便人员进入桩靴的人孔、有足够的结构以支撑除自身以外的所有重量等要求。
由图1、图2桩靴结构可以看出，桩靴内部结构错综复杂，需要将冲桩环管分三路独立布置的同时，还应根据冲桩的需要将其分为上下2层布置，同时，还需要布置桩靴内部喷射泵的管路，以便在拖航时抽吸桩靴内的海水。
2.1 桩靴立板壁厚划分
由于管路布置需要横穿内部结构的立板，优化管路布置需要对立板的板厚及结构进行细化。现针对结构进行立板壁厚划分，如图3所示。
图3中，中间黑连续线为高强板，高强板用在应力集中的地方，该处任何开孔均应得到基本设计认可并做加强。周围虚细线为DH36板，可以开孔，但也需要做加强。
喷嘴的布置直接影响到拔桩的效率，所以要使得底部冲桩的同时达到压力均衡，喷嘴的布置也要求布置匀称。
3.1 喷嘴及环路布置方案
图4为某自升式钻井平台喷嘴布置分布图，可以看出：其桩靴小，呈三角形，因此喷嘴数量少，呈圆形布局，上层和下层分别设置一条主管即可满足喷嘴的压力要求。而“海洋石油944”桩靴为大桩靴，与海底接触面积大且成长方形，按照常规布置方案难以清除真空吸附力，因此“海洋石油944”项目增加大量喷嘴的同时，为了保证每个喷嘴有足够的压力，又额外为底部喷嘴增加了一路单独的管路，即上层喷嘴为一条主管，下层喷嘴分别为两条主管。上层管路主要用于清理桩靴顶部淤泥，下层管路主要是在拔桩时将海水通过高压泥浆泵加压后，
经均布喷嘴喷出，冲刷桩靴底部淤泥，清除桩靴底部真空吸附力，便于拔桩。桩靴喷嘴布置如图5、图6所示。
桩靴内部主管路主要是采用管径为6″(1″=0.254 m)的class 1级管，分2层布置，须遵循MSC开孔要求，结合桩靴内部特点，考虑降低开孔数量、管路布置的对称性及减少管材使用长度，同时也要考虑上下层管路的布置是否会对人员进入桩靴的通行和维修空间造成影响。
依据以上壁厚划分图及桩靴结构，以及下层主管需布置单独2路的要求，为降低管路布置的重量，环管布置的主要优化策略为：
(1) 底层内圈环管布置。要满足接入沿桩腿外侧下来的冲桩管线，需有一侧平行于三角形桩腿区域布置，如果绕三角形区域一周，不仅难以避开三个端点的加强区域，也势必造成管路冗长，同时也会影响到下层外圈环管的布置。考虑到要满足三角形桩腿区域内部喷嘴布置和保证此区域抽吸泵的安装维修空间，根据底层立板布置的几何特点，绕内部正六边形外缘布置最节省管路材料，可以综合考虑到不遮挡人员进出人孔通道。
(2) 底层外圈环管布置。根据桩靴的结构特点，必须避让纵向中心立板狭窄区域穿舱，同时
又考虑到MSC开孔要求，需要与内圈环管开孔有一定的距离以达到强度要求。所以外圈环管取中间空间布置管路。桩靴内部环管管线在保证优化设计的同时，又需要尽量保持对称。
(3) 顶部环管的布置。尽量与底层外环管对称布置。因此，三路环管布置都需要考虑喷嘴的布置要求，方便开支管和降低支管穿舱次数以及不遮挡人孔。优化后的布置方案如图7～图9所示。
综合以上布置方案，三个桩靴内部主要的管材用量统计如下：
(1) 6″美标无缝钢管 I级管 408 m。
(2) 6″美标无缝钢管 III级管33 m。
(3) 5″美标无缝钢管 III级管 51 m。
(4) 4″美标无缝钢管 III级管 32m。
(5) 2.5″美标无缝钢管 I级管182m。
(6) 2″美标无缝钢管 I级管 38m。
(7) 2″美标无缝钢管 III级管 43m。
由主要管系材料及开孔统计，结合HYSY944自升式钻井平台桩靴的特点，对桩靴管路布置进行优化，优化后的布置方案可最小化节省材料、最优化人员穿行及维护操作空间，同时满足管系布置的整体对称美观性，对于减轻整体重量及提高拔桩的效率有很大的帮助。
【相关文献】
[1] 孙东昌，潘斌. 海洋自升式移动平台设计与研究 [M].上海：上海交通大学出版社，2008.
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