移动式采油平台设计优化

穆胜军，许海东

(中海油能源发展采油服务公司，天津 300457)



移动式采油平台设计优化

穆胜军，许海东

(中海油能源发展采油服务公司，天津 300457)

针对渤海湾5-30 m水深范围内的边际油田开发，收集某移动式采油平台生产运行过程中所出现的主要问题，从设计源头探讨相关问题产生的根本原因和相应的解决方案，通过优化设计避免同类问题的出现，为后续同类型平台的设计建造工作提供参考。

动式采油平台;自升式采油平台;根本原因;设计优化

可移动的自升式采油平台是一座适用于渤海湾边际油田开发生产装置，可以在一个作业区域完成油田开采后移动到下一个目标油田，有着较好的经济效益[1]。通过对移动式采油平台存在的主要设计不足进行分析，并提出改进措施[2]。

1 平台概况

移动式采油平台是一艘插销式液压升降的四桩腿钢质自升式采油平台，非自航，适用于渤海湾5～30 m水深范围内海域的原油生产、处理、储存、外输。平台主要由主体、机械甲板、液压升降系统、工艺处理系统、原油外输系统、电热站系统、公用系统、桩腿、吊机和生活楼等组成，在平台主甲板艉部布置有栈桥与井口平台连接。

平台的桩腿为圆柱形结构，直径3 m，高67 m。通过液压桩机实现升、降、插、拔桩和升降平台的操作。平台升降系统的主液压系统是开式并联系统，四桩腿的油源来自同一个液压泵站，4个桩腿并联工作，各桩腿分别通过人为在触摸屏上设置其主比例阀的开口大小来选择升降速度。

原油外输采用2点系泊系统实现。外输作业时，运输油船通过2点系泊系统锚泊于移动式采油平台的一端，由柔性输油管线与移动式采油平台连接外输。输油完毕后将软管内原油扫至穿梭油轮舱内，然后将软管回收到移动式采油平台滚筒上。

2 主要问题

2.1 电热站系统

移动式采油平台原设计的电热站系统采用热电联供系统，主要由2台蒸汽锅炉、2台1 200 kW蒸汽轮机、1台1 200 kW备用柴油机组成。

蒸汽锅炉不受燃料限制，可以充分利用油田伴生气，振动和噪声小，维护简单，维修费用低。但是这种方案适用于负荷比较稳定的场所，并且蒸汽锅炉升温升压缓慢，启动时间较长，负荷出现波动时，汽包水位变化大，难以精确自动控制。蒸汽轮机从启动到并网时间较长，且机组调峰性能不好。移动式采油平台由于设备的加载卸载以及设备的自动启停，造成平台负荷变化较大，再加上平台热负荷的不断变动，蒸汽锅炉+蒸汽轮机系统难以自动适应负荷变化。特别是当原油外输时，2台原油外输泵(每台电机功率315 kW)以及2台制氮机(功率138 kW)的启动、停止，对电网冲击较大，频繁造成关停，最重要的是关停后恢复时间较长。

双燃料内燃机+热介质锅炉，是热效率最高的一种系统。但双燃料柴油机对原油的消耗量较大，不能利用油田伴生气，并且维护成本较高。电热站系统为平台提供动力和热源，如果不能正常工作，将严重影响平台正常生产，建议在以后电热站设计中尽量采用2台双燃料主机和3燃料热介质锅炉的方案，同时尽可能预留出1台天然气发电机的安装空间，以便在开发伴生气量较大的油田时充分利用伴生气进行发电。

2.2 总体设计

主甲没有吊装口，吊货到主甲板极为不便。建议以后设计时，预留吊装空间，这样可以避免生产期间很多的吊重方面的安全隐患，同时也能很好地利用主甲板空间[3-4]。

生活楼位置欠佳，导致噪声超标。由于中央空调和制氮机安装在生活楼的右舷，主机房在生活楼艏部，其工作的噪声导致生活楼房间噪声严重超标，建议以后设计时合理布局。

在平台原设计中，没有在主甲上布置锚泊系统，这给在海上就位和码头靠泊带来很大的困难。这样的设计缺陷明显，在海上就位需要非常好的气候窗，如风力在10 m/s以内，浪高在1 m以下，能见度在2 n mile以上，气候窗需要48 h；同样在码头靠泊的时候，由于没有卷缆设备，导致靠泊的时候只能靠人力去紧缆，既存在非常高的人和船体的安全隐患，又不能将缆绳带紧。建议加装锚泊系统的设计，确保海上就位和码头靠泊的安全可靠。

平台海水泵架为单泵架加舷侧应急泵的方式，并且泵架采用平台液压升降系统的液压源，选用的液压油缸升降、插销式海水泵塔。主要问题有体积大、固定面少，操作困难，应急泵使用难度大，在使用过程中，还出现了海水泵从塔中脱落到海底，顶升油缸憋断、塔架晃动撞击船体、塔架本体产生裂纹等问题。建议布置2个泵架，采用齿轮齿条式升降装置，同时加装导向条设计，避免晃动。

2.3 平台升降系统设计

平台采用液压升降系统，主要原理见图1。控制信号用于调节主控阀的开度，进而控制流入各液压缸液压油的总流量，而主控阀的方位由2端的电磁信号控制。主油泵出口溢流阀用于控制油泵出口压力，起安全保护作用。液压缸实现平台的升降作业，其进出口油路上溢流阀用于防止液压缸超负载、防爆管等安全保护作用。液压缸进出口油路上液控单向阀起液压锁的作用，可使液压缸在任意位置停止升降。压力传感器用于测量油路压力信号[5]。

液压系统在实际应用中存在以下问题：4个提升油缸与定、动环梁均为机械刚性连接，且主液压系统回路及各油缸液压系统中又未设计流量同步控制功能和负载平衡功能。当桩腿与平台摩擦导致单桩4个提升油缸负载不均衡时，系统无法自动均衡负载，液压油会向负载轻的桩腿流动，进而导致负载轻的桩腿升降速度快，负载重的桩腿升降速度慢，平台易在升降过程中倾斜。为防止平台在升降过程中倾斜，需经通过降速、人工同步干预等方式不断地调节。因此造成了平台升降过程操作繁琐，速度不能达到原技术要求，工作效率低等问题。

针对移动式采油平台液压升降系统所存在的问题，提出相应的改进设计。

1)在主液压系统中增加基于负载敏感的流量自动分配阀组，以适应负载变化时流量的自动调节。

2)在单桩提升油缸液压系统中增加负载平衡阀组、油缸同步元件及电磁控制阀，以解决负载不均而导致的平台倾斜问题。

2.4 外输滚筒

外输滚筒的设计主要存在2大问题：滚筒中心与驱动端的万向节的对中；没有排管器。第1个问题带来的后果就是每次收放外输软管时都必须将滚筒与万向节之间的法兰松开，然后连接上才能开始外输，如果不松开就会将该法兰面之后的一个弯头撕裂(已发生过此类事故)；第2个问题带来的后果就是需要人力去实现排管，特别是冬季，气候恶劣的情况下，收一次外输软管的时候非常长，且特别困难。

1)对中问题的改进。经过多次调研分析，对中不好主要是由于滚筒在转动过程中，支架也在发生颤动，这样无论怎样调整万向节处的法兰面，也不可能解决该问题。一种措施是对滚筒支架结构进行加强，确保支架的稳定。另一种优化措施是外输滚筒输油硬管与旋转接头连接形式优化为弹性橡胶软管、旋转接头及弹性连接装置的形式，降低了法兰之间同心度的精度要求，减少振动、应力、同心度差等因素对旋转接头寿命的影响。

2)排管难问题的改进。对于外输软管排管难的问题，建议在外输滚筒下方安装辅助排管设备，其驱动源可以取自外输滚筒的液压单元。这样可以在滚筒收管的过程中限制软管，并跟随滚筒收管的速度进行相应操作，使得软管不产生过大的倾斜角度，顺利排入滚筒的沟槽中。

2.5 桩腿外加电流保护装置

桩腿外加电流保护系统在设计中主要存在以下3方面的问题。

1)桩腿顶部到固桩室的电缆与桩腿摩擦严重，并受损。

2)参比电极块收放困难，全靠人力实现。

3)每升降一次桩腿，电缆都得剪断破坏一次，不利于重复多次使用。

建议在以下方面进行优化改进，即：

1)用以承重钢丝绳从桩腿顶部牵引到固桩室顶部，连接处采用花篮螺栓来调节松紧度；电缆采用防水防爆插座代替硬连接，然后将电缆固定到钢丝绳上。这样即可规避电缆摩擦的问题，同时解决每次升降都会被破坏的问题。

2)采用绞车来代替原来的人力提升，方便参比电极块的收放，同时提升绳也采用一种可以负重的加强电缆来代替原来的尼龙绳和电缆。这样既可以降低操作难度，也可以很好地规避尼龙绳老化的问题。

2.6 吊机

在原设计建造阶段，吊机未作三联动功能设计，在实际生产期间，由于吊机反应慢，跟不上风浪流对补给船的影响节奏，发生了多次安全隐患。

吊机三联动是一个比较重要的功能，建议在设计时配备三联动功能，确保满足海上安全操作要求。

3 结论

移动式采油平台是为海上边际油田开发研制的第一座新型生产平台，经过长期的生产运营管理，各种问题呈现。通过对移动式采油平台原设计中存在的主要缺陷进行分析，并经过大量调研提出合理改进措施，将会对后续同类型平台的设计提供一定指导。

[1] 刘海超.分体自升式平台对接实验模拟及分析[J].中国造船，2011，52(2)：98-101.

[2] 孙东昌，潘斌.海洋自升式移动平台设计与研究[M].上海交通大学出版社，2008.

[3] 中国船级社.海上移动平台入级规范[S].人民交通出版社，20120

[4] 黄冬云.荔湾3-1浅水平台设备布置研究[J].中国造船，2011，52(2)：321-326.

[5] 尹树孟.自升式海洋平台齿轮齿条升降装置有限元分析[J].中国造船，2011，52(2)：268-273.

Design Optimization of the Mobile Oil Production Platform

MU Sheng-jun, XU Hai-dong

(CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Tianjin 300457, China)

Mobile oil production platform is suitable for the development of the marginal oil field in the 5-30 m water depth range in Bohai bay. The main problems of a mobile production platform in the production process were collected, to analyze the main causes of problems and solution proposals through design, so as to optimize the design to avoid similar problems, and to provide reference for the same type of platforms in design and construction.

mobile oil production platform; jack-up oil production platform; basic cause; design optimization

10.3963/j.issn.1671-7953.2016.05.006

2016-07-10

中海石油总公司项目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 08 LTD NFCY 2014-01)

穆胜军(1973—)，男，学士，工程师

U674.38

A

1671-7953(2016)05-0025-03

修回日期：2016-08-10

研究方向:边际油田开发装置生产管理

E-mail:mushj@cnoooc.com.cn