灘海石油老齡平臺維修方法及應(yīng)用研究.pdf

1、本文依托國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)“近海石油老齡平臺延壽技術(shù)研究”課題，進行灘海石油老齡平臺維修方法及應(yīng)用研究。借鑒國內(nèi)外海洋平臺維修的基本理論及關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合我國海上油田的實際狀況，以及碳纖維維修加固混凝土結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用，研究和開發(fā)老齡平臺延壽服役的安全保障維修技術(shù)，通過試驗、理論研究、數(shù)值計算和計算機仿真，在老齡平臺的維修裝備工藝設(shè)計改進、灘海平臺的樁基沖刷機理及防治、新材料碳纖維平臺維修、平臺的維修分級、優(yōu)化、維修策略以

2、及老齡平臺的延壽利用上取得較大的研究進展。主要研究成果總結(jié)如下：
　　 1.老齡平臺維修過程及加固方法
　　 老齡平臺在服役的階段內(nèi)，影響其壽命的因素主要如下方面：疲勞載荷、墜物、船只碰撞、腐蝕、安裝導(dǎo)致破壞、焊接制造缺陷、爆炸、海冰、生產(chǎn)過程載荷以及設(shè)計缺陷等，針對上述影響因素及其導(dǎo)致后果，平臺的維修方法有構(gòu)件去除、干焊、濕焊、灌漿、焊縫增強以及復(fù)合材料加固等，對比研究現(xiàn)有修理方法的優(yōu)缺點，并結(jié)合勝利灘海油田的工程實際

3、進行研究。結(jié)合小尺度模型試驗，研究設(shè)計了淺海潛水傘及復(fù)雜節(jié)點簡易焊接罩，通過理論分析、有限元計算以及實驗驗證，這兩種裝備經(jīng)濟可行，安裝施工方便，研究了平臺維修方法卡箍的類型及特點，得到卡箍設(shè)計流程規(guī)范。
　　 2.灘海石油平臺樁基沖刷防治
　　 平臺樁基沖刷給平臺安全運營帶來隱患，不僅僅使平臺傾斜力矩增加，而且平臺附屬管線易于折斷，若根本上改變周圍外界條件(波浪、海流大小以及周期等參數(shù))，從而減輕樁基的沖刷，具體實施起來

4、存在很大困難，研究設(shè)計了導(dǎo)流法及阻流自埋法的沖刷防治方法，利用流體計算軟件Fluent進行裝置效果的仿真模擬，通過著手于引起泥沙起動運移的各種因素，采用正交試驗法進行模擬的設(shè)計、分析，減少模擬仿真次數(shù)，提高模擬效率，有效分析模擬試驗中影響裝置主要因素，找出其變化趨勢，并進行裝置的設(shè)計優(yōu)化。改變樁基周圍局部流場，降低泥面樁基處流體質(zhì)點流速的思路，是一種經(jīng)濟可行的樁基沖刷防治辦法。
　　 3.碳纖維在老齡平臺維修的應(yīng)用
　　

5、 老齡平臺維修加固工藝的發(fā)展，可通過對現(xiàn)有維修加固手段的研究提高而提高維修加固質(zhì)量及經(jīng)濟性，另外一個方向是碳纖維增強復(fù)合材料(Carbon Fiber ReinforcedPolymer，簡稱CFRP)的使用，對碳纖維的力學(xué)特性進行理論探討，并就單向碳纖維布加固平臺的工藝方法進行了研究，提出相應(yīng)的施工方法，對碳纖維加固帶裂紋金屬桿件進行疲勞試驗，試驗結(jié)果表明，碳纖維對裂紋構(gòu)件的維修加固，可有效提高其疲勞壽命。對不同的平臺構(gòu)件加固提出不同

6、纖維走向的加固方法，對碳纖維預(yù)應(yīng)力加固平臺節(jié)點進行探討。研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力的施加，可以抵消一部分的內(nèi)力，也可以有效的緩解殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中的情況，減小裂紋應(yīng)力強度因子。
　　 4.灘海老齡平臺維修策略、管理及延壽應(yīng)用
　　 平臺維修是維持或恢復(fù)平臺到一種完成所需功能的狀態(tài)。通過有效地決策規(guī)劃維修工作的內(nèi)容和周期，以減少不確定性，通過執(zhí)行維修來實現(xiàn)成本控制。從一定的技術(shù)經(jīng)濟因素來考慮，對所進行的維修方式和程度作出規(guī)定。

7、>　　 在對平臺的修理進行分級的基礎(chǔ)上，相應(yīng)的對平臺進行維修級別分級。平臺的修理級別分析，平臺可靠性分析以及平臺可維修性分析，其目的是有利于維修的實施，且可對后續(xù)平臺的設(shè)計以及建造提供修改建議。通過對平臺系統(tǒng)串并聯(lián)的關(guān)系計算，可獲得整個平臺或功能組件的總體失效概率，通過對比組件或構(gòu)件的臨界重要性，獲得故障組件的維修先后次序，為進一步的維修提供決策依據(jù)。
　　 通過各個組件的失效度以及修復(fù)率進行Markov分析，計算平臺系統(tǒng)的每

8、一狀態(tài)時間，獲得平臺可靠度隨著時間變化的關(guān)系，據(jù)此制定科學(xué)的維護方法，為進一步的維修優(yōu)化提供判斷的依據(jù)。
　　 通過對平臺后期有效利用及延壽使用，可大大節(jié)約成本，進行資源的有效利用。通過對部分平臺進行計算，通過適當(dāng)?shù)木S修，可以使平臺服役更長的時間。針對某平臺進行風(fēng)力發(fā)電，利用有限元進行計算，結(jié)果說明平臺經(jīng)過適當(dāng)?shù)木S修加固，對于風(fēng)電基礎(chǔ)應(yīng)用，其強度剛度及疲勞性能滿足需求。提出的方法對今后我國日益增多的淺海鉆采老齡平臺的處置具有一定