陳尚周，吳永良，張文學(xué)，馮 勤

（中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司工程技術(shù)研究院，上海 200120）

導(dǎo)管架平臺(tái)輕型化優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳尚周，吳永良，張文學(xué)，馮 勤

（中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司工程技術(shù)研究院，上海 200120）

介紹了采用目前世界上先進(jìn)的輕型化設(shè)計(jì)理念對東海某一個(gè)導(dǎo)管架平臺(tái)的輕型化優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。海洋工程結(jié)構(gòu)的重量、強(qiáng)度、剛度和韌性是海洋工程設(shè)計(jì)中需要考慮的重點(diǎn)要素。如果能在減輕結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)又能保持和提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，就有可能大幅度提高海洋工程的經(jīng)濟(jì)效益。此文設(shè)計(jì)的平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是安全可靠性高、運(yùn)輸安裝可行、建造容易、輕型化、結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單和投資成本低，并分析了與國內(nèi)原有類似導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)相比的優(yōu)勢，旨在為今后類似平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

導(dǎo)管架平臺(tái)；輕型；優(yōu)化；設(shè)計(jì)

海洋導(dǎo)管架平臺(tái)是一種大型的空間鋼架結(jié)構(gòu)，其建造需要耗費(fèi)大量的鋼材。因此，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求的前提下，優(yōu)化平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量最輕，可以節(jié)省制造費(fèi)用，降低成本[1]。一般在淺水中、小型油氣田的開發(fā)費(fèi)用中，導(dǎo)管架平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造及安裝費(fèi)用約占整個(gè)項(xiàng)目投資的30%以上，因此，降低導(dǎo)管架平臺(tái)的費(fèi)用對開發(fā)中小型油氣田非常重要，導(dǎo)管架平臺(tái)的輕型簡約化優(yōu)化設(shè)計(jì)是開發(fā)中小型油氣田的必由之路。世界上一些大的石油公司，無論是在美洲的墨西哥灣、歐洲的北海、西亞的波斯灣、澳洲海域，還是在東南亞國家海域，為開發(fā)海上油氣田，都在研制輕型簡約化導(dǎo)管架平臺(tái)，它代表了全世界導(dǎo)管架平臺(tái)的發(fā)展方向。在我國，也已開始研制輕型簡約化導(dǎo)管架平臺(tái)。

1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1.1設(shè)計(jì)環(huán)境及結(jié)構(gòu)要求

該導(dǎo)管架平臺(tái)所處水深約為80 m（相對于海圖深度基準(zhǔn)面），設(shè)計(jì)水位、海風(fēng)、波浪、海流設(shè)計(jì)條件及其它環(huán)境要素、地震設(shè)計(jì)參數(shù)、工程地質(zhì)條件等均以東海某海域作為設(shè)計(jì)條件。導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)年限20年。

該導(dǎo)管架平臺(tái)是一座4樁腿平臺(tái)，導(dǎo)管架工作點(diǎn)間距為18 m×18 m，在平臺(tái)中部設(shè)有12個(gè)井槽，井槽呈4×3排列，井槽間距2 m×2 m，操作質(zhì)量5 500 t，凈質(zhì)量4 500 t，重心偏心：偏移1.5 m×1.5 m。平臺(tái)先期采用自升式鉆井平臺(tái)打井，后期采用自升式鉆井平臺(tái)打調(diào)整井及進(jìn)行修井作業(yè)。

1.2設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

●AISC Steel Construction Manual, 13th Edition, 2005.

●API RP2A Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-WSD, 21st Edition, Dec. 2000 with errata and changes to Oct. 2010.

●API-5L Specification for Line Pipe.

●AWS D1.1 Structural Steel Welding Code.

●《海洋石油作業(yè)安全管理規(guī)定》（1986年12月24日）中華人民共和國石油工業(yè)部頒發(fā)。

●《海上油（氣）生產(chǎn)設(shè)施安全調(diào)查和技術(shù)監(jiān)督》（1989年1號令）中華人民共和國能源部頒發(fā)。

●《海洋石油作業(yè)性及放射爆炸性物質(zhì)安全管理規(guī)則》（1990年8月8日）能源部海洋石油作業(yè)安全辦公室頒布。

●《海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)和油（氣）生產(chǎn)設(shè)施一般安全管理規(guī)劃》（1989年11月17日）能源部石油作業(yè)安全辦公室頒發(fā)。

●《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)頒發(fā)（2000年9月29日）。

2 導(dǎo)管架平臺(tái)輕型化設(shè)計(jì)

2.1導(dǎo)管架平臺(tái)輕型化設(shè)計(jì)總原則

導(dǎo)管架平臺(tái)在復(fù)雜的海洋環(huán)境中工作，除了受到正常的工作荷載外，還要受到海風(fēng)、波浪、海流和海冰等環(huán)境荷載的作用，在工作荷載、海風(fēng)、波浪、海流荷載的聯(lián)合作用下，平臺(tái)構(gòu)件產(chǎn)生交變載荷，導(dǎo)致其產(chǎn)生疲勞破壞。而海風(fēng)、波浪、海流的荷載都與導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)的截面積有關(guān)。因此，目前世界上先進(jìn)的導(dǎo)管架平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法和理念是除了考慮上部組塊的負(fù)荷和工作點(diǎn)尺寸以及穩(wěn)性外，主要考慮：（1）盡量采用大跨度結(jié)構(gòu)來簡化導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)；（2）合理使用高強(qiáng)度鋼，減小選用鋼材的外形尺寸；（3）使用單斜設(shè)計(jì)，有利于自升式鉆井平臺(tái)的鉆、修井作業(yè)及保護(hù)樁基；（4）減小飛濺區(qū)選用鋼管的直徑，增加壁厚，以最大限度地減小波浪力。導(dǎo)管架平臺(tái)總的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使其輕型簡約化。

導(dǎo)管架是由鋼管焊接而成的空間鋼架結(jié)構(gòu)。導(dǎo)管架設(shè)計(jì)采用單斜結(jié)構(gòu)，有利于自升式鉆井平臺(tái)打井及進(jìn)行修井作業(yè)和保護(hù)樁基，同時(shí)也可以節(jié)約鋼材，減少投資；在滿足強(qiáng)度、穩(wěn)性和疲勞要求的前提下盡量使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕型簡約化和受力最優(yōu)化，盡量采用大跨度結(jié)構(gòu)，合理使用高強(qiáng)度鋼，合理減小選用鋼管的直徑，以減輕鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使制造簡單，降低工程投資；飛濺區(qū)波浪力最大，更應(yīng)減小選用鋼管的直徑，增加壁厚，以最大限度地減小波浪力。

上部模塊在滿足工藝布置要求和剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)性要求的前提下，采用先進(jìn)、成熟和實(shí)用技術(shù)，簡化平臺(tái)功能和設(shè)施，盡量合理地減小甲板面積，盡量使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕型簡約化和受力最優(yōu)化，盡量采用大跨度結(jié)構(gòu)，合理使用高強(qiáng)度鋼，減小選用鋼材的外形尺寸和鋼板厚度，以減輕鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使制造工藝簡單，降低工程投資。

2.2設(shè)計(jì)思路與目標(biāo)

運(yùn)用SACS軟件對導(dǎo)管架平臺(tái)之導(dǎo)管架、上部模塊、裙樁分別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)思路與目標(biāo)陳述如下：

●專業(yè)化的設(shè)計(jì)步驟，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)質(zhì)量控制手段；

●設(shè)計(jì)質(zhì)量控制目標(biāo)：±15%；

●安全可靠性高、運(yùn)輸安裝可行、建造容易、輕型化、結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡捷、生產(chǎn)操作方便和投資低；

●假設(shè)最大環(huán)境荷載發(fā)生在八個(gè)方向；

●完整的結(jié)構(gòu)分析方法。

2.3導(dǎo)管架單斜結(jié)構(gòu)方案

導(dǎo)管架設(shè)計(jì)采用單斜結(jié)構(gòu)方案，有利于自升式鉆井平臺(tái)打井及進(jìn)行修井作業(yè)和保護(hù)樁基，以及將來更有利于調(diào)整井作業(yè)。采用單斜結(jié)構(gòu)的導(dǎo)管架和鉆井平臺(tái)如圖1所示。

圖1 單斜結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架配合自升式鉆井平臺(tái)打井或修井

2.4導(dǎo)管架平臺(tái)模型輕型化設(shè)計(jì)

東海某導(dǎo)管架平臺(tái)水深80 m，導(dǎo)管架設(shè)計(jì)成4腿4層、簡化的雙滑道、12裙樁、單斜、大跨度的簡化結(jié)構(gòu)，工作點(diǎn)間距為18 m×18 m，在平臺(tái)中部設(shè)有12個(gè)井槽，井槽呈4×3排列，井槽間距2 m×2 m，操作質(zhì)量5 500 t，凈質(zhì)量4 500 t，重心偏心：偏移1.5 m×1.5 m。根據(jù)導(dǎo)管架平臺(tái)輕型化設(shè)計(jì)總原則，設(shè)計(jì)出的導(dǎo)管架平臺(tái)總體模型見圖2。

圖2 導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)總體模型

2.5模型總體結(jié)構(gòu)

平臺(tái)主結(jié)構(gòu)共有三層甲板，分別是上層甲板、中層甲板和下層甲板；導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)分為四層水平層，依次為第一水平層、第二水平層、第三水平層和第四水平層，A側(cè)面直，其余三個(gè)側(cè)面為雙斜，斜度為10∶1，其中A面即為鉆井平臺(tái)靠近鉆井的一側(cè)，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

2.5.1 導(dǎo)管架平臺(tái)上部模塊

上部模塊是安裝設(shè)備設(shè)施和后期修井等作業(yè)設(shè)備安全正常運(yùn)行操作的主要支撐基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)的主要考慮因素有：環(huán)境荷載、結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件形式、上部組塊結(jié)構(gòu)形式、建造運(yùn)輸安裝施工條件、完成油氣處理功能和后期修井作業(yè)設(shè)備設(shè)施的質(zhì)量/體積以及布置。模塊采用滑移裝船，吊裝下水就位。其結(jié)構(gòu)見圖4。

導(dǎo)管架平臺(tái)上部模塊結(jié)構(gòu)采用由立柱、甲板梁和大跨度斜撐構(gòu)成的空間鋼架，節(jié)點(diǎn)為剛性連接[2]。相比國內(nèi)原有類似導(dǎo)管架平臺(tái)，下層甲板未使用受壓斜撐支撐，而采用下層甲板受拉支撐，其目的是降低所受波浪作用力，同時(shí)可降低工作點(diǎn)高度，有利于簡化組塊建造工裝設(shè)施。四根主腿立柱選用圓形截面管材，甲板層間絕大多數(shù)采用受拉的大截面（如600 mm×30 mm和800 mm ×30 mm）標(biāo)準(zhǔn)箱形梁，其目的是在保證整個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下減輕質(zhì)量和提高剛性，可以有效減少斜支撐的數(shù)目，為設(shè)備的安裝提供更多的空間，同時(shí)，在吊裝作業(yè)時(shí)可以有效改善受力狀況，減少吊裝次數(shù)，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和成本。

圖4 導(dǎo)管架平臺(tái)上部模塊結(jié)構(gòu)

上部模塊有3層甲板，標(biāo)高分別為：EL(+)34.8 m、EL(+)26.3 m、EL(+)20.3 m。各層尺寸分別是40 m×34 m、37 m×34 m、38 m×29 m。在平臺(tái)上層甲板和中層甲板之間標(biāo)高為EL(+)30.3 m處設(shè)有二層房間。在平臺(tái)頂甲板EL(+)46.8 m處設(shè)有直升機(jī)甲板。

2.5.2 導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)

該導(dǎo)管架平臺(tái)模型設(shè)計(jì)水深約為80 m，平臺(tái)上設(shè)置有12個(gè)井槽，采用四腿、四層水平層、簡化的雙滑道、十二裙樁、大跨度簡化結(jié)構(gòu)、單斜的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)形式。

導(dǎo)管架平臺(tái)模型采用4腿12裙樁導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)形式，工作點(diǎn)標(biāo)高為：EL(+)9.5 m，工作點(diǎn)尺寸為18 m×18 m。導(dǎo)管架采用“X”軸、“Y”軸雙斜，斜度為10∶1。導(dǎo)管架設(shè)有4個(gè)水平層，分別為：EL(+)10 m、EL(-)15.5 m、EL(-)45.6 m、EL(-)76.6 m。導(dǎo)管架模型各個(gè)水平層的結(jié)構(gòu)見圖5。

下水桁架位于導(dǎo)管架A側(cè)，下水滑道頂部至EL(-)15.5 m，底部至EL(-)76.6 m。圖6所示為導(dǎo)管架模型A、B、C、D四個(gè)側(cè)面結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)管架設(shè)有立管3根（預(yù)留1根）、電纜護(hù)管2根（預(yù)留1根）、泵護(hù)管4根，設(shè)靠船件2個(gè)，設(shè)有防沉板、登船小平臺(tái)、灌漿管線等。

圖5 導(dǎo)管架模型各水平層結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)管架平臺(tái)模型采用12裙樁結(jié)構(gòu)形式，樁直徑2 438 mm，預(yù)計(jì)入泥深度95 m。

2.5.3 結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)量估算

導(dǎo)管架（含附屬，不含施工附屬構(gòu)件）：5 100 t；導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)（不含附屬，不含施工附屬構(gòu)件）：2 800 t；樁（?2 438 mm）：5 580 t；

隔水套管共計(jì)12根；

結(jié)構(gòu)工程量：

導(dǎo)管架：滑移質(zhì)量約5 500 t。

3 平臺(tái)模型結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析過程是一系列分析、評估、修正的循環(huán)過程，即先對初始設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，再對分析結(jié)果進(jìn)行評估，然后修正設(shè)計(jì)，直到所有的設(shè)計(jì)都滿足要求為止[3]。運(yùn)用SACS軟件對導(dǎo)管架平臺(tái)進(jìn)行初始設(shè)計(jì)完成后，先用SACS軟件對其進(jìn)行極限和操作工況下在位分析，即桿件規(guī)范檢查、節(jié)點(diǎn)規(guī)范檢查、位移檢查，再根據(jù)分析檢查結(jié)果對個(gè)別桿件和結(jié)點(diǎn)作進(jìn)一步調(diào)整，調(diào)整后再做在位分析，循環(huán)往復(fù)，直到完全符合設(shè)計(jì)要求并達(dá)到理想狀態(tài)為止[4]。

建立模型時(shí)，平臺(tái)上部組塊及導(dǎo)管架等主要構(gòu)件均采用高強(qiáng)度鋼，屈服應(yīng)力取355 MPa，彈性模量為2.1×105MPa，泊松比為0.3，質(zhì)量密度為7 850 kg/m3。

圖6 導(dǎo)管架模型各側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖

3.1在位極限荷載分析

做在位極限荷載分析時(shí)，采用百年一遇的波浪，十年一遇的流進(jìn)行加載，考慮海洋生物因素，等效樁法考慮結(jié)構(gòu)—樁—土之間的相互作用，直接將平臺(tái)在泥面以下6倍樁的直徑長度處固定。

分析得出的結(jié)構(gòu)圖見圖7 ～ 圖9。

圖7 導(dǎo)管架極限和操作工況下的在位分析

根據(jù)得到的計(jì)算結(jié)果，在主結(jié)構(gòu)中，UC較大的值出現(xiàn)在第三水平層A側(cè)與B側(cè)的主腿附近；在水平層結(jié)構(gòu)中第二水平層的某些桿件，應(yīng)該對這些部位進(jìn)行加固處理。

3.2模型模態(tài)分析

根據(jù)建立的空間桿單元導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)SACS模型，由于自振頻率分析要求線性化，邊界條件采取在泥線下6倍樁的直徑長度處固定[5]。

結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主頻主要是前幾階固有頻率，其中第一階頻率最為重要[6]，所以圖10僅列出了該導(dǎo)管架平臺(tái)前四階自振振型。其中一階振型主要為X方向擺動(dòng)，二階振型主要為Y方向擺動(dòng)，三階振型主要為繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，四階以上的振型為局部振動(dòng)，一般不加以考慮。

該導(dǎo)管架平臺(tái)模型的一階自振頻率是0.561 Hz，二階自振頻率是0.663 Hz，三階自振頻率是0.991 Hz，四階自振頻率是0.418 Hz。

計(jì)算結(jié)果表明，該導(dǎo)管架平臺(tái)模型的自振周期均低于2.5 s，動(dòng)力響應(yīng)不明顯，可以不考慮平臺(tái)的動(dòng)力問題。

3.3最大位移分析

導(dǎo)管架平臺(tái)模型受到極限載荷作用時(shí)，平臺(tái)產(chǎn)生的最大位移是X方向的擺動(dòng)，圖11為該導(dǎo)管架平臺(tái)模型最大位移檢查圖，其最大位移值為-20.59 cm，在可以接受的范圍內(nèi)。

3.4頻譜疲勞分析

圖8 第1 ～ 4水平層極限和操作工況桿件規(guī)范檢查

圖9 A、B、C、D四個(gè)立面極限和操作工況桿件規(guī)范檢查

頻譜疲勞分析法是預(yù)測結(jié)構(gòu)疲勞壽命的通用方法。波浪波高和波浪力之間存在非線性關(guān)系，樁基的土壤和結(jié)構(gòu)之間也存在著非線性關(guān)系，需要對非線性關(guān)系進(jìn)行線性化[7]，在計(jì)算疲勞壽命時(shí)，將梯度取為1/20，等效樁法考慮結(jié)構(gòu)—樁—土之間的相互作用，直接將平臺(tái)在泥面以下6倍樁的直徑長度處固定。

表1給出了選取該導(dǎo)管架平臺(tái)壽命最差的幾個(gè)疲勞節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果。

圖10 導(dǎo)管架平臺(tái)模型前四階固有振型

圖11 導(dǎo)管架平臺(tái)模型最大位移檢查

根據(jù)結(jié)果，除節(jié)點(diǎn)編號0107（所在桿件為0034-0107、0107-0039）和0109（所在桿件為0109-0037）這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)一步處理外，其余節(jié)點(diǎn)均滿足要求。其表1中的節(jié)點(diǎn)的位置如圖12所示。

同時(shí)，可以進(jìn)一步運(yùn)用SACS和其它軟件進(jìn)行海運(yùn)、吊裝、船舶碰撞、極限垮塌載荷和坐底穩(wěn)定性分析，根據(jù)各種分析結(jié)果對其作進(jìn)一步調(diào)整，調(diào)整后再分別做各種分析，循環(huán)往復(fù)，直到完全符合設(shè)計(jì)要求并達(dá)到理想化狀態(tài)為止。

4 導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)與國內(nèi)原有類似平臺(tái)設(shè)計(jì)對比分析

該導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)如圖3所示，國內(nèi)原有類似導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)如圖13所示。通過對比不難發(fā)現(xiàn)：

表1 部分節(jié)點(diǎn)疲勞計(jì)算結(jié)果

圖12 各節(jié)點(diǎn)位置示意圖

導(dǎo)管架：（1）設(shè)計(jì)采用單斜結(jié)構(gòu)，相比于雙斜結(jié)構(gòu)，更有利于自升式鉆井平臺(tái)打井及進(jìn)行修井作業(yè)和保護(hù)樁基，同時(shí)也可以節(jié)約鋼材，減少投資；（2）在滿足強(qiáng)度、穩(wěn)性和疲勞要求的前提下通過采用大跨度結(jié)構(gòu)，合理使用高強(qiáng)度鋼，合理減小選用鋼管的直徑和增加壁厚，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕型簡約化和受力最優(yōu)化，以減輕鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使制造簡單，降低工程投資；由于飛濺區(qū)波浪力最大，該設(shè)計(jì)合理減小選用鋼管的直徑，增加壁厚，以最大限度地減小波浪力。

上部模塊：（1）在滿足工藝布置要求和剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)性要求的前提下，采用先進(jìn)、成熟和實(shí)用技術(shù)，簡化平臺(tái)功能和設(shè)施，合理地減小甲板面積，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕型簡約化和受力最優(yōu)化；（2）盡量采用大跨度結(jié)構(gòu)，合理使用高強(qiáng)度鋼，減小選用鋼材的外形尺寸和鋼板厚度，以減輕鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使制造工藝簡單，降低工程投資。導(dǎo)管架平臺(tái)上部模塊結(jié)構(gòu)采用由立柱、甲板梁和大跨度斜撐構(gòu)成的空間鋼架，節(jié)點(diǎn)為剛性連接[2]；（3）采用下層甲板受拉支撐，降低所受波浪作用力，降低工作點(diǎn)高度，有利于簡化組塊建造工裝設(shè)施；（4）四根主腿立柱選用圓形截面管材，甲板層間絕大多數(shù)采用受拉的大截面（如600 mm×30 mm和800 mm×30 mm）標(biāo)準(zhǔn)箱形梁，在保證整個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下減輕重量和提高剛性；（5）減少斜支撐的數(shù)目，給設(shè)備的安裝提供更多的空間；（6）有效改善吊裝作業(yè)的受力狀況，減少吊裝次數(shù)，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和成本。

圖13 國內(nèi)原有類似導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

表2為該設(shè)計(jì)與國內(nèi)原有類似導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)的導(dǎo)管架質(zhì)量對比?？梢钥闯?，在水深和上部模塊操作質(zhì)量相同的條件下，導(dǎo)管架的質(zhì)量大約降低30%。

表2 導(dǎo)管架質(zhì)量對比

5 結(jié)論

該導(dǎo)管架平臺(tái)模型是以東海某水深80 m海域的某井口平臺(tái)的環(huán)境、地質(zhì)、氣象條件作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，它具有以下特點(diǎn)：

（1）應(yīng)用目前世界上先進(jìn)的海洋工程設(shè)計(jì)方法和理念。

（2）采用單斜導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)方案，有利于自升式鉆井平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)和保護(hù)樁基。

（3）在滿足平臺(tái)安全的基礎(chǔ)上，采用大跨度結(jié)構(gòu)可以有效降低波浪力的影響，盡量簡化平臺(tái)結(jié)構(gòu)，減小平臺(tái)的載荷。

（4）優(yōu)化導(dǎo)管架設(shè)計(jì)，使建造簡單，輕型化，大幅降低投資成本。

（5）嚴(yán)格遵循國際導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范。

它與國內(nèi)原有類似導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)相比具有較大的優(yōu)勢，可為今后類似平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

[1] 王世圣, 劉立名, 高德利, 等. 海洋導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化研究[J]. 中國海上油氣, 2004, 16(4): 276-279.

[2] 王世敬, 王春蓮, 韓清學(xué). 導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石油礦場機(jī)械, 2008, 37(12): 38-41.

[3] 許濱, 申仲翰. 海洋導(dǎo)管架平臺(tái)的極限強(qiáng)度分析[J]. 海洋工程, 1994, 12(3): 8-15.

[4] 顧元憲, 馬紅艷, 姜成, 等. 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與靈敏度分析[J]. 海洋工程, 2002, 19(1): 7-13

[5] 宋玉普, 封盛, 康海貴. 考慮結(jié)構(gòu)—樁—土相互作用的導(dǎo)管架平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 海洋工程, 2000, 18(2): 18-23.

[6] 金偉良, 鄭忠雙, 鄒道勤, 等. 海洋導(dǎo)管架平臺(tái)隨機(jī)響應(yīng)混合分析方法[J]. 海洋工程, 2001, 19(1): 14-19.

[7] Qin Feng, Richard Large. Rediction of Fatigue Life of Shallow Water Offshore Platforms Using Spectral Fatigue Analysis Method[C].29th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering: Volune 2. Shanghai, China, June 6-11, 2010. OMAE2010-20796, pp.585-594.

Optimization in Design of Offshore Jacket Platform

CHEN Shangzhou, WU Yongliang, ZHANG Wenxue, FENG Qin
（Offshore Petroleum Engineering Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company,Shanghai200120,China）

In this paper, an introduction has been made on the optimization process in design of light jacket platforms used in the East China Sea with international advanced light concept. Weight, strength, stiffness and ductility of offshore structures are the key elements which need to be taken into account in the offshore engineering design. It will significantly improve the economical efficiency if the offshore structural strength and stiffness are increased while the structural weights are distinctly decreased. The advantages of the platform designed by us are safety, reliability, convenient transportation and installation, easy for construction, lightness, simple configuration, and low cost. Comparison between the new light design and traditional design has been conducted in order to show the advantages of the light design concept. In addition, it will provide a reference for design of similar offshore platform structures in the future.

jacket platform; lighting; optimization; design

TE951

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.087

1008-2336（2014）04-0087-09

2014-03-06；改回日期：2014-07-08

陳尚周，男，1984年生，助理工程師，碩士，主要從事海洋石油工程技術(shù)研究工作。E-mail：chensz.shhy@sinopec.com。