埕岛油田井口平台结构延寿改造技术

刘佳莉，崔书杰

（中石化石油工程设计有限公司，山东东营 257000）

1 概述

埕岛油田位于山东省东营市河口区北部渤海海域的2～18m水深的极浅海域，是我国在极浅海域开发的第一个大油田，埕岛油田地处黄河口水下三角洲的滩海交界地带，场区海洋动力、浅层工程地质、海底动力地貌条件十分复杂。

埕岛油田井口平台主要分为3种结构型式：桩腿式井口平台、直导管架式井口平台、外套导管架式井口平台。海洋环境及海底地质条件恶劣，潮流强大，井口平台要遭受风、浪、流以及平整冰及流冰的冲击作用，由于长期受到海洋环境中的物理、化学、生物及机械作用。使平台结构在不同程度产生损伤后部分结构失效，甚至使平台倒塌[1]；根据延寿评估的结果，井口平台出现不同程度的安全隐患。本文对井口平台整体抗冰加固进行分析研究。

2 井口平台加固改造措施

对于海洋平台常见的加固措施有局部加固、整体加固两种基本方法。

2.1 局部加固

主要的方法有以下三种：

1）通过内部灌浆加固。通过灌浆方式对杆件加固是一种重要而恰当的方式。中心二号生活平台通过在桩腿间灌注水泥浆有效减少了平台振动。

2）外套卡箍或焊接外部加强肋板对节点进行加固。

3）打磨焊缝延长疲劳寿命。通过对焊缝的打磨可改善焊接部分的疲劳寿命，但对于已经出现焊缝裂纹的部位不适用。

4）焊接新的横撑或斜撑等结构杆件，使平台受力重新分配，降低部分节点和杆件受力。

2.2 整体加固

整体加固是指将一个新结构建在已建结构旁边，用新结构来支撑已建结构。新结构的设计制造和安装虽然工程难度大，但对存在问题非常严重的已建结构，整体加固能提供最好的解决方案。

3 井口平台整体抗冰加固分析

3.1 分析软件

结构分析采用SACS（Structural Analysis Computer System） 软件，SACS 程序是采用有限元法专用于海洋结构工程的分析系统，是国际上比较先进的被普遍使用的海洋工程结构分析程序。

3.2 计算结果分析

3.2.1 加固方案（一）：外打防护桩

计算时考虑8个方向的冰荷载，在井口平台周围增加4根抗冰防护桩，对井口平台进行整体加固，通过新建保护桩的破冰作用，减少原井口平台桩腿的冰作用力，改善原桩腿的受力状况。

方案采用4根Ф1 000mm 防护桩，桩入泥39m，在（+）2.0m 和（+）5.0m 处设Ф500mm 的水平撑，水平撑之间设Ф406mm 的斜撑，桩顶标高（+）6.0m。加固桩与原井口平台不设连接杆件，承受了主要的冰荷载，从而极大减少了原井口平台的受力，对井口平台起到了保护作用。

把原井口甲板和流程整体抬高到9.7m，同时在加固桩上新建上部组块一座。在加固桩就位后，新建上部组块采用吊装方式安装，外套新建上部组块和原井口甲板设连接通道，解决了原井口平台标高不满足规范要求的问题。

通过计算分析，在极端冰荷载工况下，加固后平台杆件最大应力比为0.85，小于1.0，满足规范要求（见表1）。管节点最大应力比为0.629，小于1.0，满足规范要求（见表2）。

表1 极端冰工况杆件最大应力比

表2 管节点冲剪应力汇总

各桩的承载力安全系数：极端工况下，压桩安全系数最小为1.89，大于1.5；拉桩安全系数为1.88，大于1.5，计算表明承载力满足规范要求。

因此井口平台新建保护桩后，结构强度能够满足抗冰的要求，能够对井口平台起到保护作用。

3.2.2 加固方案（二）：外套导管架平台

在原井口平台外新套导管架（见图1），对井口平台进行整体加固，通过新建导管架的破冰作用，减少原井口平台桩腿的冰作用力，改善原桩腿的受力状况。

图1 导管架平台整体三维模型

外套导管架平台主管采用Ф1 078×38mm、Ф1 058× 28mm，桩采用Ф900mm 的变径桩，入泥44m。导管顶标高为（+）5.0m，底标高为（-）15.0m。在标高（-）15.0m、（-）4.0m、（+）4.0m 处设水平拉筋，采用φ600mm 钢管。（-）15.0m、（-）4.0m之间设竖向斜拉筋，采用φ500mm 钢管。

把原井口甲板和流程整体抬高到9.7m，同时外套平台上新建上部组块一座，外套新建上部组块以及原井口甲板设连接通道，解决了原井口平台标高不满足规范要求的问题。

通过计算分析，在极端冰荷载工况下，加固后平台杆件最大应力比为0.76，小于1.0，满足规范要求。管节点最大应力比为0.43，小于1.0，满足规范要求。

极端工况下，压桩安全系数最小为1.72，大于1.5；拉桩安全系数为1.95，大于1.5，满足规范要求。

打保护桩及外加导管架都能彻底消除井口平台抗冰能力不足的问题，实际工程中可根据不同的平台情况选择合适的加固方案。

4 结论和建议

1）在各种工况组合中，结构的水下斜撑管、桩基底部和水上横撑管等部位应力均较大，此处结构较弱。对于水上结构可通过增加水平撑等各种加固方式进行加固，对于水下结构目前没有比较成熟的加固方式，一般考虑整体加固方式。

2）整体加固方式在埕岛油田应用比较成熟的有外防护桩和外套导管架两种方式，均能对井口平台起到整体抗冰保护作用，能够解决井口平台桩基承载力不足或桩本身强度不足的隐患。