桩腿耦合缓冲器国产化应用及应力应变监测

李新超，李怀亮，阮志豪，王南海(.海洋石油工程股份有限公司，天津 30045；

2.能威(天津)海洋工程技术有限公司，天津 300392)

随着海上浮托安装技术的发展，不同规格形式的桩腿耦合缓冲器(Leg Mating Unit，简称LMU)已经广泛应用于各种固定式和浮式平台的组块整体安装[1-2]。LMU主要用于浮托安装过程中缓冲组块与平台基础结构之间的垂直与水平碰撞，减少组块与平台基础结构对强度的要求，是浮托安装技术中不可缺少的关键技术，对于大型组块整体安装起到至关重要的作用[3-4]。

1 LMU国产化示范应用结构设计

LMU国产化示范应用目标项目为中国南海西部海域文昌9-2/9-3中心平台，其基础结构形式为8腿导管架。根据组块结构形式以及组块浮托安装受力特点，在导管架每个主腿上方均设计1个LMU(共8个)，8个编号位置的LMU结构尺寸完全相同,文昌9-2/9-3中心平台LMU编号及结构设计示意图如图1所示。

图1 文昌9-2/9-3中心平台LMU编号及结构设计

根据文昌项目设计要求，LMU总体设计方案由海工公司安装分公司完成，文昌LMU缓冲组件(垂向弹性体和横向弹性体)，由衡橡科技股份有限公司负责设计和制造，钢结构部分，由海工公司特种设备分公司负责建造以及总装，从而实现文昌LMU整体组件的国产化要求。

2 LMU钢结构应力应变监测

为保证LMU国产化示范应用顺利实施，对LMU结构进行整体压缩性能试验和海上测试试验，对其关键钢结构部位进行了应力应变监测，确保LMU结构的完整性。

在每个测点布置应变花，并使用应变信号采集系统，检测出每个测点所有应变片的应变值，然后计算出所有测点位置的主应力，使用材料力学第四强度理论对LMU钢结构强度进行校核[5]。

试验中使用两种应变花的布置方案：45°三向应变花、90°双向应变花，详见图2。

图2 单个测点应变花布置示意图

根据不同试验工况的特点，钢结构的许用应力系数选取有所不同。LMU钢结构许用应力见表1。

表1 LMU钢结构许用应力

2.1 LMU整体压缩性能试验

选用编号为A3的LMU作为试验的对象，监测位置主要分为2部分：接收器上缘外侧钢结构、外套筒底部钢结构。测点布置情况如图3所示。

1)接收器：每60°布置一个测点，共6个测点，每个测点布置45°三向应变花。

2)外套筒底部：每60°布置一个测点，共6个测点，每个测点布置90°双向应变花。

图3 LMU整体压缩试验方式

编号A3的LMU垂向设计载荷为1 650 t，考虑放大系数为1.3，即垂向试验载荷使用2 145 t。试验过程中，使用压力试验机逐步加载，然后卸载，反复进行6次，并且在每次检测之前将应变计变形平衡清零。LMU最大应力出现在第一次试验中，其校核结果见表2。

表2 LMU整体压缩试验应力监测校核结果

2.2 LMU海上测试试验

完成LMU整体压缩试验后，进行其海上测试试验。选用导管架外4腿处LMU(A1、B1、A4和B4)作为本次试验的对象，监测位置为：外套筒上缘外侧钢结构、外套筒底部钢结构。测点布置情况如下。

1)外套筒上缘：每60°布置一个测点，共24个测点，每个测点布置90°双向应变花。

2)外套筒底部：每60°布置一个测点，共24个测点，每个测点布置90°双向应变花。

LMU海上测试试验的方式如下：将8个LMU组件在陆地整体组装完成，运输到导管架安装现场；参考图1所示LMU编号，将对应编号的LMU安装并焊接到文昌导管架对应主腿上方；开始组块浮托法安装作业，同步监测上述4个试验对象在对接整个过程中的外套筒测点应力应变，海上测试方式详见图4。

图4 LMU海上测试试验方式

统计LMU海上测试试验所有测点的应力计算结果，并计算出最大等效应力。校核上述试验对象外套筒测点位置的强度，其结果见表5。

表5 LMU海上测试试验应力监测校核结果

3 结束语

综上所述，国内已完全掌握了LMU的设计、制造及试验技术，具备国产化能力。LMU缓冲弹性件(垂向橡胶和横向橡胶)性能满足设计要求，应力应变监测结果显示，钢结构应力均小于其许用应力，满足结构强度设计要求。

该项技术的成功研发和应用，意味着LMU的设计及关键弹性复合材料部件制作，不会再受国外专业公司的掣肘。该项技术具有持续推广应用前景和非常显著的经济和社会效益，为开发海上油气田采用浮托技术安装奠定了坚实的基础。

[1]范模，易丛，白雪平，等.大型组块浮托安装关键技术研究及在我国的应用进展[J].中国海上油气，2013，25(6)：98-100.

[2]王树青，陈晓慧，李敏一.海洋平台浮托安装分析及其关键技术[J]. 中国海洋大学学报，2014，41(718)：189-196.

[3]房小明，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，2006，18(2)：126-129.

[4]刘东玉，郭钢，徐兴平.海洋平台浮装就位技术研究[J].中国海洋平台，2004，19(6)：50-53.

[5]孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学(I)[M].4版.北京:高等教育出版社，2002.