第7期张平，等：大型深水导管架千斤顶系统装船分析-137 • 大型深水导管架千斤顶系统装船分析
张平，张林，黄先超，刘全刚
（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛266555）
摘要：导管架是油气田开采的基础平台之一，是由导管、拉筋和各类附件连接组成的三维空间框架钢结构，在滑道上建造完成后通过装 船作业移动到驳船上。南海某CEP 深水导管架采用750 t 拉力千斤顶系统拖拉装船，装船作业前准备工作需要综合考虑导管架重量重 心、摩擦系数、系泊系统布置、潮汐水文情况等多种因素，并对各项因素进行分析和风险控制。 关键词：中心导管架；千斤顶系统；装船中图分类号：TE95 文献标识码：B
文章编号：'008-02'X （202'）07-0'37-03
近年来，油气田开采项目水深逐渐增加，导管架的尺寸吨 位也随之提升，传统的装船方式已不能满足大
型导管架装船牵 引力需求，千斤顶系统装船的应用则愈加增多。千斤顶装船需 要在准备阶段对影响装船的各项因素进行分析和计算，本文结
合此导管架，对千斤顶系统装船方法进行探讨。
1导管架建造阶段
南海某气田项目坐落于南海西部海域，作业水深110- 140m，属于深水油气田项目。以其项目中的导管架为例，其 共有8根导管，六层水平片，底部标高尺寸为76 mx66叫水深 117.6叫设计吊重约12000 t 。
图1南海某CEP 导管架模型
此导管架是典型的深水导管架，根据导管架设计重量，选 择30000 t 级滑道的4#滑道纵向卧式建造；其结构形式复杂、附 件多、自重大，对地基承载力要求较高，在建造前应进行承载力 复核：根据滑道承载力计算书，在应力相对集中的靠近码头前 沿的区域，其K9轴-K13轴的105 m 范围内的荷载标准值为
表1
200 t/m 2；在K13轴到码头前沿21 m 的范围内荷载标准值为
350 t/m 2，满足要求。建造时在滑道特氟龙板上涂抹特氟龙润
滑剂，并在滑靴木头上涂抹黄油，以提供合理的摩擦系数。
陆地建造时，导管架共分成28个立片和15个水平片及4 个防沉板片及附件在场地预制，阳极、加强环环等附件随花片 一起预制，泵护管、靠船件等独立附件在主体结构完成总装后 再进行吊装安装工作，整个导管架的总装顺序为从导管架顶部 到底部依次总装，总体结构完工后，进行最终涂装、检验，等待 牵引装船，其整体模型见图1。
2重量控制
在建造时，由于必要的设计修改和可能存在的现场变更, 对导管架的实际重量和重心会造成变化，从而影响千斤顶系统 和系泊系统的布置。建造完成后，通过Tekla Structures 模型精 确模拟岀现场实际情况导管架模型，提供准确的重量重心，为 千斤顶系统的布置提供依据。Tekla Structures 是芬兰Tekla 公 司开发的钢结构设计软件，可在软件中创建三维模型后输岀需 要的钢结构排版图、单件图、平面图等详图和创建各类报表。导管架重量控制表应包括导管架主结构、各项附件重量以 及装船时所需的附件重量等。根据Tekla Structures 模型中各项 净重量，乘上主结构不确定系数（取1.025）和附件不确定系数 （取1.03），可确定导管架毛重。选取导管架Z 轴水准基点作和 ROW 1与ROW4、ROW A 与ROW B 的中心对称位置坐标作为 坐标原点（0,0,0），从模型中输岀导管架主结构和各项附件相 对原点的重心位置坐标，并通过SUMPRODUCT 公式计算岀导 管架总体重心坐标，此导管架重量控制表见表1。从表中可得 岀，导管架毛重为12651.44 t，重心位置坐标为（ 110,-557, -63804） 。
重量控制表
净重/t 重量系数毛重/t
X/mm Y/mm Z/mm 名称
主结构9274.65
1.0259506.51266.75
-67.37-62257.72裙装套筒886.07 1.030912.650.000.00-110657.69
阳极521.33
1.030536.9751.00
-732.07-70120.64靠船件
110.48 1.030113.790.0629.47
1415.33
登船平台10.63 1.03010.95
676.98
-323.133852.30井口导向和支撑
47.23 1.03048.6425407.4072.96-33579.40
走道
32.02 1.03032.98
-184.40
-254.58
8658.64泵护管201.22 1.030207.26-26677.252897.41-17950.36静水压溃环
58.17
1.030
59.92
-230.61
3228.15
-71919.97
收稿日期：2021-01-14
作者简介：张平（1987—），四川华蓥人，大学本科学历,
研究方向为海洋工程
山东化工
-138-SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2021年第50卷
表1（续）
名称净重/t重量系数毛重/t X/mm Y/mm Z/mm 导管加强环58.12 1.03059.870.00-24545.71-61427.60临时索具平台25.31 1.03026.070.0211602.714638.76防沉板174.32 1.030179.55-1.23-44.35-117333.47调平装置20.97 1.03021.600.000.00-105900.00立管、电缆护管和岩屑管119.17 1.030122.7526191.071841.01-46504.37滑靴205.76 1.030211.930.00-27791.09-68636.87
索具100.00 1.030103.000.000.00-13500.00
卡装器16.86 1.03017.370.000.00-105900.00
封隔器50.00 1.03051.500.000.00-116900.00节点加强环73.43 1.03075.630.005282.38-108734.17注水灌浆系统82.21 1.03084.680.000.00-52400.00拖拉板 3.16 1.030 3.250.00-25500.00-65800.00浪浦抑制器18.94 1.03019.510.0010480.002750.00
扶正吊点24.26 1.03024.990.00 2.1612597.56
索具卸扣60.00 1.03061.800.000.0012500.00阴极保护检测系统20.00 1.03020.600.00-22800.00-53450.00冷却水管和支撑 3.72 1.030 3.83-22180.00-8810.003310.00浮筒102.94 1.030106.030.000.0016566.20防海生物装置25.00 1.03025.750.000.00-3950.00油漆 2.00 1.030 2.060.000.00-13000.00
净重12327.97毛重（净重*重量系数）12651.44110.23-556.71-63803.92
3装船
3.1计算分析
忽略风载，将导管架作为一个整体可不计导管架内部各支反力，导管架在陆地拖拉模型可以简化为导管架在滑道上受牵引力和摩擦力作用下的直线运动。导管架与滑道之间的静摩擦力系数曲和动摩擦力系数M直接影响装船工况，摩擦系数取有黄油润滑的木头对特氟龙钢板的摩擦系数，冋可取0.2,^取0.1。
根据表1中重控报告提供的毛重计算岀千斤顶系统所需要克服的动摩擦力和静摩擦力：
摩擦力=导管架重量x摩擦系数，即：
F=EG*z（XG=1.025*主结构重量+1.03*附件重量）
故，F”*=EG*M o=2530t
F动=XG*m=1265t
f1=F”*/2=1265t
f2=F/2=631t
由以上结果可看岀，在拖拉装船时，千斤顶系统需要克服最大静摩擦力F”*和动摩擦力F动为分别为2530t、1265t，每条滑道需克服静摩擦力f1和动摩擦力f2为1265t、631t。静摩擦力要比动摩擦力大得多，牵引力克服最大静摩擦力F”*是拖拉装船的关键。根据750t拉力千斤顶厂家技术资料说明，千斤顶系统由拉力千斤顶、推力千斤顶、液压动力站、控制系统、连接锚/底板等组成，其能够提供最大3000t的拉力。通过分析，选择其作为此导管架主要装船作业设备。750t拉力千斤顶的主要参数见表2。
表2750t拉力千斤顶主要性能表
性能参数
额定油压/MPa25.5
活塞面积/m20.2946
额定提升力/kN7512主顶
回程油压/MPa<20
回程面积/m20.1709
工作行程/mm250
额定油压/MPa8
活塞面积/m2 4.36x10-2小顶
额定拔压力/kN348
工作行程/mm40
外形尺寸/mm950x950x2800
*丄重量/kg8350
整机
最多钢绞线根数/根42
钢绞线直径/mm①17.8-①18
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3.2系泊系统布置
此导管架装船使用驳船“海洋石油229”，其作业水深300
m，滑道承载力330t/m，导管架最大装载能力30000余t。
导管架在驳船滑道上拖拉的过程中，千斤顶系统产生的拉
力会反作用于驳船，使驳船获得向前移动的推力，而布置在码头
和驳船上的系泊系统直接作用于驳船，产生反作用力，阻止驳船
移动，确保在导管架装船过程中的稳性和安全性。布置系泊系
统需要按照受力均衡原则，布置时，在4#滑道两侧各布置4个
锚固点,85t卸扣与对重锚之间用10t的绞盘机通过绞盘绳和
钢丝绳连接，与地锚之间通过钢丝绳连接，锚固点卸扣与驳船系
缆柱之间用聚乙烯绳远距离连接，严格控制锚固点与滑道的中
心距和固定角度误差。其聚乙烯绳(HMPE)长度、地锚/对重锚
等系泊系统数据如表3。
其布置图如图2。表3系泊系统
HMPE直径长度地锚/对与4#滑道固定编号D/m m L/m重锚G/t中心距S/m角度/。
L'6025055/20023727.6 L26020055/20014731.2 L36013055/20011734.5 L4609055/2009032.4 L56028055/0-20339.3 L66020055/200-'5336 L76013055/200-''834.5 L8608055/0-8837.1件，保证拖拉时的安全性；在导管架滑靴顶部4#滑道每侧布置两台350t液压千斤顶，并在后方安装支撑结构。装船开始时，通过液压泵站为750t拉力千斤顶提供动力，产生牵引力，作用于Pulling Lug；与此同时，启动350t液压千斤顶往前顶滑靴助推挡板，产生向前的推力；二者产生的合力克服最大静摩擦力Fmax后，导管架开始移动，继续克服滑靴与滑道之间的滑动摩擦力F，推动导管架向前缓慢移动。在此过程中，每移动一定距离就需要停止作业观察导管中心与滑道的横向偏移差，如果超岀规定值，需要及时调整后再继续作业。
在导管架从驳船船尾拖拉到固定点的过程中，由于潮汐水文变化，码头滑道跟驳船滑道之间可能存在一定的高度差，码头前沿滑道所受剪切力、压力较大，对于这部分的滑道，应在设计阶段进行受力复核和改造。导管架和驳船的总载荷重心的Y 轴坐标随着千斤顶系统拖拉向前移动，驳船所受应力较大点也在逐步变化，此时，需要对驳船各调载仓的水量进行充分调载，并通过系泊系统产生的反作用力保证驳船的稳性，驳船自身的大面积甲板可分散导管架的集中应力，使驳船上的滑道平面与码头上的滑道在导管架移动时控制在同一高度上，高度差控制在允许范围内。整个过程需要各专业的高度协调配合，装船作业一直从凌晨3点开始经过近10h的高强度连续作业，最终顺利就位。见图3。
图3装船
图2系泊系统布置
3.3装船
在拖拉作业之前，需要充分考虑潮汐状况对作业带来的影响，通过查阅潮汐表，选择潮高和潮时满足要求的凌晨时间进行作业。
千斤顶系统拖拉装船分为陆地拖拉和滑移装船两个步骤，第一步是在拉力千斤顶系统的牵引力下将导管架拖拉至驳船船尾。牵引作业前，根据重控报告表1提供的重心坐标位置(110,-557,-63804)，选择在4#滑道距离导管架底部12270mm 处，每条滑道两侧各布置1台750t拉力千斤顶，并在千斤顶前端布置超大型拖拉点Pulling Lug，每台千斤顶之间通过42条直径17.8-18mm钢绞线连接并穿过固定点Deadman的固定锚组4结论
本文对文昌9-2导管架的装船前期准备和装船作业进行计算分析，得岀下列结论：
(1)在装船作业前需逐步分析导管架重量重心、摩擦系数、系泊系统等多种因素对装船作业的影响，通过TEKLA模型实现精确的重量控制，并按模型提供的实际重心布置千斤顶系统，整个装船过程平稳缓慢，稳定性好。
(2)装船工况复杂，码头前沿部位的滑道承受的压力、剪切力较大，对于大吨位的导管架拖拉装船，需
要进行受力复核。
(3)前期准备工作量较大，系泊系统、钢绞线等的布置较为复杂，有一定的优化空间。
在日新月异的海洋工程领域，结构形式复杂、吨位大的导管架占比逐渐增加，千斤顶拖拉装船有着牵引距离大、安全系数高、可应对复杂工况等诸多优点，尤其在海洋工程大型深水导管架的装船作业上有很大优势。
参考文献
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船,2010,23(3)：50-53.
[2]涂国才，张曲，高海涛，等.750T拉力千斤顶与其他装船形式
的比较[J].中国化工贸易,2014(24)：67-68.
[3]翟晓岗，章青，刘桂涛.大型结构物滑移装船系统测控软件的
设计与实现[J].中国海洋平台,2005,20(1)：51-54.
(本文文献格式：张平，张林，黄先超，等.大型深水导管架千斤顶系统装船分析[J].山东化工,2021,50(7)：137-139.
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