井口平台结构优化

摘要：针对浅海油田的特点，从投产受益的角度考虑，设计了几种井口平台结构型式，在对结构进行静力分析（考虑风、波浪、海流、地震等荷载），满足强度和稳定性要求的基础上，对不同的结构形式进行了比较。

中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：

一、引言

在海洋平台发展中经济问题是核心，在模型的选型时，不仅要考虑油气特性，风、海流、海冰、潮汐、地震等环境因素的影响还要考虑到投资规模、投资效益等经济因素的影响。因此，需要采取各种手段减少平台的初始造价和维护费用，以最优的结构形式对油田进行开发，是一个值得研究的问题。本文以葵东101试采平台的井口平台为例，对平台的几种结构形式进行综合的计算分析和比较。

二、工程概况

葵东101井位于辽河油田滩海区域，根据实际开发的需要，对葵东101采用井口平台、生产平台、火炬平台及油轮拉运的方式进行生产。葵东101井井口平台顶高程+10.7m，设计高水位4.59m，设计低水位0.23m，冬季设计高水位4.12m，50年重现期极端高水位5.98m，泥面标高-10.8m（以上水位均从理论深度基准面算起）。由于井口所处水深较大，海冰作用比较严重，因此对结构形式有很大的影响。

三、结构形式的比较

以下针对井口平台的不同结构形式进行分析比较。结构利用美国EDI公司开发的海洋工程专业分析计算软件SACS进行分析计算，结构强度和稳定性校核采用API RP 2A-WSD 21th中的有关规定，由程序自动完成，其中桩——土——结构相互作用分析由PSI模块完成，结点冲剪校核由JCN模块完成。在极端环境条件组合工况核极端冰组合工况以及地震作用的许用应力提高1/3。

方案一：三桩固定桩

根据实际的工程情况，井口平台结构采用三桩固定桩基钢平台，平台桩基按等边三角形布置，桩中心距5m，其中一根桩套在井口上，桩径为1300mm壁厚35mm、22mm，桩打入泥面下45m。模型如下图：

方案二、单桩固定桩

结构采用单桩固定桩形式，桩径1500mm，壁厚35mm、25mm，桩打入泥面下20m。模型如下图：

方案三、四面体形单桩导管架

井口平台结构采用单桩导管架平台，导管架底面为边长8m的等边三角形，导管架整体成四面体状，桩径为1500mm壁厚35mm、30mm、25mm，桩打入泥面下20m。模型如下图：

方案四、三棱柱形单桩导管架

井口平台结构采用单桩导管架平台，导管架底面为边长8m的等边三角形，导管架整体成高为8m的三棱柱状，桩径为1300mm壁厚35mm、22mm，桩打入泥面下20m。模型如下图：

设计荷载及荷载组合

平台结构强度分析均选取上表中的荷载核组合，对结构进行了总体静力分析。分析结果表明，极端冰荷载组合为控制荷载组合。平台的总体强度满足规范要求。

四种方案的比选

从上表的对比中可见各种形式各有其优点，三桩固定桩结构甲板平台的位移小，结构稳定，施工技术也很成熟，但是对钢材的消耗量非常大。为了减少刚才的用量，我们可以使用单桩平台，但是如果仅仅选用单桩固定桩，虽然可以通过加大钢桩管径和壁厚等方法使其应力比满足规范要求，但是甲板的位移却非常大，这同样对结构产生了很不利的影响。为了解决单桩固定桩平台所存在的弊端，本文给出了两种不同的单桩导管架结构形式。

四面体形导管架结构，其结构简单，钢材用量少，导管架在陆上预制，施工方便，但是甲板位移相对三桩固定桩平台比较大。导管架的腿和横撑均具有较大的安全储备，桩的水下部分应力比较大，实际上可以考虑采用变壁厚桩，同时通过调整导管架的尺寸，可以改变结构整体的稳定性。

三棱柱单桩导管架结构，它比四面体形单桩导管架结构上更具优越性。但是在施工过程中打桩数量多，同时连接导管架的三根侧桩要打到水面下一定深度，如果水深比较大，则给施工带来了一定的难度。导管架的腿柱和桩均没有充分利用，实际中可以根据情况减小桩的尺寸，以减少钢材用量。

同时这两种单桩导管架都存在导管架与桩的水下连接问题，为了避免水下连接，可以加长与桩连接部分的导管长度，使之高出水面与桩焊接。

结语:

通过对所设计的海洋平台进行结构内力的计算和分析，在平台构件均满足强度和稳定性要求的前提下，对各种形式进行比较，突出了单桩导管架的优越性，在实际工程中，有可发展的空间。