灘海石油老齡平臺(tái)維修方法及應(yīng)用研究.pdf

1、本文依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)“近海石油老齡平臺(tái)延壽技術(shù)研究”課題，進(jìn)行灘海石油老齡平臺(tái)維修方法及應(yīng)用研究。借鑒國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)維修的基本理論及關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合我國(guó)海上油田的實(shí)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(kāi)發(fā)老齡平臺(tái)延壽服役的安全保障維修技術(shù)，通過(guò)試驗(yàn)、理論研究、數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真，在老齡平臺(tái)的維修裝備工藝設(shè)計(jì)改進(jìn)、灘海平臺(tái)的樁基沖刷機(jī)理及防治、新材料碳纖維平臺(tái)維修、平臺(tái)的維修分級(jí)、優(yōu)化、維修策略以

2、及老齡平臺(tái)的延壽利用上取得較大的研究進(jìn)展。主要研究成果總結(jié)如下：
　　 1.老齡平臺(tái)維修過(guò)程及加固方法
　　 老齡平臺(tái)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(guò)程載荷以及設(shè)計(jì)缺陷等，針對(duì)上述影響因素及其導(dǎo)致后果，平臺(tái)的維修方法有構(gòu)件去除、干焊、濕焊、灌漿、焊縫增強(qiáng)以及復(fù)合材料加固等，對(duì)比研究現(xiàn)有修理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合勝利灘海油田的工程實(shí)際

3、進(jìn)行研究。結(jié)合小尺度模型試驗(yàn)，研究設(shè)計(jì)了淺海潛水傘及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)易焊接罩，通過(guò)理論分析、有限元計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這兩種裝備經(jīng)濟(jì)可行，安裝施工方便，研究了平臺(tái)維修方法卡箍的類型及特點(diǎn)，得到卡箍設(shè)計(jì)流程規(guī)范。
　　 2.灘海石油平臺(tái)樁基沖刷防治
　　 平臺(tái)樁基沖刷給平臺(tái)安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)隱患，不僅僅使平臺(tái)傾斜力矩增加，而且平臺(tái)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(shí)施起來(lái)

4、存在很大困難，研究設(shè)計(jì)了導(dǎo)流法及阻流自埋法的沖刷防治方法，利用流體計(jì)算軟件Fluent進(jìn)行裝置效果的仿真模擬，通過(guò)著手于引起泥沙起動(dòng)運(yùn)移的各種因素，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行模擬的設(shè)計(jì)、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(yàn)中影響裝置主要因素，找出其變化趨勢(shì)，并進(jìn)行裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化。改變樁基周圍局部流場(chǎng)，降低泥面樁基處流體質(zhì)點(diǎn)流速的思路，是一種經(jīng)濟(jì)可行的樁基沖刷防治辦法。
　　 3.碳纖維在老齡平臺(tái)維修的應(yīng)用
　　

5、 老齡平臺(tái)維修加固工藝的發(fā)展，可通過(guò)對(duì)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(jì)性，另外一個(gè)方向是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber ReinforcedPolymer，簡(jiǎn)稱CFRP)的使用，對(duì)碳纖維的力學(xué)特性進(jìn)行理論探討，并就單向碳纖維布加固平臺(tái)的工藝方法進(jìn)行了研究，提出相應(yīng)的施工方法，對(duì)碳纖維加固帶裂紋金屬桿件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，碳纖維對(duì)裂紋構(gòu)件的維修加固，可有效提高其疲勞壽命。對(duì)不同的平臺(tái)構(gòu)件加固提出不同

6、纖維走向的加固方法，對(duì)碳纖維預(yù)應(yīng)力加固平臺(tái)節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(qiáng)度因子。
　　 4.灘海老齡平臺(tái)維修策略、管理及延壽應(yīng)用
　　 平臺(tái)維修是維持或恢復(fù)平臺(tái)到一種完成所需功能的狀態(tài)。通過(guò)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(guò)執(zhí)行維修來(lái)實(shí)現(xiàn)成本控制。從一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素來(lái)考慮，對(duì)所進(jìn)行的維修方式和程度作出規(guī)定。

7、>　　 在對(duì)平臺(tái)的修理進(jìn)行分級(jí)的基礎(chǔ)上，相應(yīng)的對(duì)平臺(tái)進(jìn)行維修級(jí)別分級(jí)。平臺(tái)的修理級(jí)別分析，平臺(tái)可靠性分析以及平臺(tái)可維修性分析，其目的是有利于維修的實(shí)施，且可對(duì)后續(xù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)以及建造提供修改建議。通過(guò)對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)串并聯(lián)的關(guān)系計(jì)算，可獲得整個(gè)平臺(tái)或功能組件的總體失效概率，通過(guò)對(duì)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(jìn)一步的維修提供決策依據(jù)。
　　 通過(guò)各個(gè)組件的失效度以及修復(fù)率進(jìn)行Markov分析，計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)的每

8、一狀態(tài)時(shí)間，獲得平臺(tái)可靠度隨著時(shí)間變化的關(guān)系，據(jù)此制定科學(xué)的維護(hù)方法，為進(jìn)一步的維修優(yōu)化提供判斷的依據(jù)。
　　 通過(guò)對(duì)平臺(tái)后期有效利用及延壽使用，可大大節(jié)約成本，進(jìn)行資源的有效利用。通過(guò)對(duì)部分平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)適當(dāng)?shù)木S修，可以使平臺(tái)服役更長(zhǎng)的時(shí)間。針對(duì)某平臺(tái)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，利用有限元進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果說(shuō)明平臺(tái)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)木S修加固，對(duì)于風(fēng)電基礎(chǔ)應(yīng)用，其強(qiáng)度剛度及疲勞性能滿足需求。提出的方法對(duì)今后我國(guó)日益增多的淺海鉆采老齡平臺(tái)的處置具有一定