摘要：以某自升式钻井平台悬臂梁改造工程为例，阐述此改造工程从实际生产需求分析、改造目标确定、方案研究及形成相关技术路线、船厂施工到出厂后作业的整个流程，详细介绍悬臂梁改造接长对平台产生的一系列连锁影响和所需采取的应对措施，对其他海洋工程装备的改造具有一定指导意义。改造工程的成功实施为作业者带来巨大的经济收益。
关键词：自升式平台;悬臂梁;海洋工程装备
0引言
随着国内渤海湾边际油田开发需求的不断增长，调整井、生产井的钻修井业务量也快速上涨，自升式钻井平台因操作灵活、作业方便、成本较低等优点而得到广泛应用[1-2]。渤海湾最大作业水深一般约40m，作业者出于成本考虑，一般租用尺度较小的自升式钻井平台，作业水深能力不超过250英尺(1英尺=0.3048m)，悬臂梁覆盖范围能力不超过50英尺±15英尺[3]。但实际钻修井工程往往需覆盖多个井口，受导管架与自升式平台间的相对尺度影响，目前作业平台的悬臂梁覆盖范围不能满足上述需求。为满足渤海湾现有钻机资源和勘探开发的需要，确保钻机资源利用效率最大化，油田作业者提出将现有自升式钻井平台进行改造，将悬臂梁接长，以满足作业覆盖范围增大的需求。
1目标平台基本参数及改造要求
作业者拟对其拥有的某自升式钻井平台进行改造，该平台体为三角形，具有3个三角形桁架式桩腿，每个桩腿弦杆具有1套锁紧装置和2套升降装置，且可通过上下导向结构导向通过，目标平台具体参数见表1[4]。
作业者根据实际作业需求提出将目标平台悬臂梁进行接长改造，接长后悬臂梁最大伸长距离为60英尺±12英尺，且在最远伸长时钻台负荷能力为150t，平台其他性能指标维持不变。
2平台结构强度及相关技术路线
根据对国内外自升式钻井平台悬臂梁的充分调研和方案论证，最终采用的方案为在悬臂梁首部加装两个可拆卸的外接加长段，使用时靠销子和螺栓固定在悬臂梁前端，不用时拆卸下来进行存放，如图1所示。
2.1平台结构强度计算
2.1.1悬臂梁接长后整体强度与刚度
对原悬臂梁加长段进行设计，并对原悬臂梁进行加强，主要对悬臂梁腹板进行加高和局部补强，建立接长后悬臂梁的有限元模型，如图2所示。分别对悬臂梁外伸40英尺、50英尺、60英尺和相应横移12英尺的工况进行计算。图3为悬臂梁外伸60英尺、横移12英尺计算工况的相当应力云图。计算结果表明，除个别应力集中点外，悬臂梁结构的屈服强度、屈曲强度均满足CCS规范要求[5]，且最大垂向变形为130mm。
2.1.2平台体尾部支撑座及锁紧底座局部强度
当悬臂梁外伸后，其主要依靠平台尾部支撑座和首部锁紧座承担悬臂梁质量，尾部支撑座受向下压力，首部锁紧座受向上拉力。当悬臂梁接长后，其整个质量增大，且重心外移，首尾基座受力明显增大，需对尾部支撑座和首部锁紧座进行加强，以承受增加的载荷。建立加强后的首、尾基座有限元模型，如图4和图5所示。
按最危险工况，即外伸60英尺、横移12英尺的工况对上述结构进行强度校核计算，应力云图如图6和图7所示。计算结果表明，除个别应力集中点外，平台体尾部支撑座和锁紧底座结构的屈服强度、屈曲强度均满足CCS规范要求。
2.1.3连接销孔及销子的强度计算
两个外接加长段依靠销子与原悬臂梁连接，是悬臂梁外伸时受力最大的关键结构，需对连接销子和销孔的强度进行分析校核。连接销子及销孔的示例如图8和图9所示。
对销子的剪切强度和挤压强度进行手工校核，计算结果的最大应力比(实际应力与许用应力的比值)为0.79，满足相关规范要求。对图9的销孔进行有限元分析，计算结果的相当应力云图如图10所示。计算结果表明销孔的强度也满足CCS规范要求。
2.1.4悬臂梁滑移装置及滑移底座强度
接长改造后，悬臂梁(包括钻台)质量预估增加约100t，造成悬臂梁滑移装置的外推力增加，通过计算得单侧油缸的最大推力至少为420t。目前原有滑移装置的最大推力不能满足改造后的需求，需更换能力更大的悬臂梁滑移装置。推力增加后，需对原滑移装置底座进行加强，并进行强度分析，建立有限元模型如图11所示，计算后的应力云图如图12所示。计算结果表明，加强后的滑移装置底座强度满足CCS规范要求。
2.1.5改造工程对平台整体性能的影响
整个悬臂梁接长改造工程质量增加预估为100t，原平台整体作业质量为10418t(包括可变载荷)，改造工程质量占总质量的0.96%，对原平台质量、重心影响很小，可认为平台原拖航稳性、站立状态的抗风暴能力、作业能力和升降系统能力的各项性能指标维持不变。
2.2主要技术路线
根据上述研究内容，制定的技术路线如图13所示。
3改造工程实施及后作业检验
此悬臂梁接长改造工程前期经过充分的研究和论证，形成相关技术图纸资料，并报送CCS，得到CCS海工审图中心的批准。项目改造工程于2013年底在国内某船厂施工，工期为3个月。在施工过程中攻克悬臂梁移出和回装、销子插拔机构设计和制作、滑移装置的改造和升级、悬臂梁称重、悬臂梁滑移方案、悬臂梁负荷试验等技术难点，严格把控施工工艺和施工质量，最终按期圆满完成所有改造工程，并顺利完成悬臂梁负荷试验，通过外观、测量、探伤等检验。图14为悬臂梁接长段的现场预制和接长，图15为悬臂梁码头负荷试验。
目标平台在完成悬臂梁接长改造工程后立即赴渤海湾某一井位进行生产井钻井作业，其间整个改造接长后的悬臂梁进行外伸作业，且经作业者对悬臂梁进行全程严密监测显示其使用状态良好，平台在安全作业2个月后迁移至另一作业井位，目前整个平台安全作业情况良好。
4结语
自升式钻井平台悬臂梁改造工程的成功应用为作业者带来巨大的经济收益。然而，悬臂梁的接长改造对平台质量、平台整体性能、悬臂梁强度、滑移装置和锁紧底座等局部结构强度均产生影响。由此可见，海洋工程装备的相关改造往往牵一发而动全身，改造前应充分论证、认真研究，确保各方面万无一失后才可开始设计施工。
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