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[摘要]：目前我国海洋石油发展了30年的时间，在中海石油发展30年的时间里，已有一些海上油气田平台，这些平台大多经历了较长的服役期， 有些平台的结构已发生了一些变化。如何保证这些平台的安全， 最大限度地发挥其结构潜能是工程界和理论界迫切需要解决的问题。
[关键词]：油气田平台 结构 数据 评估
中图分类号：TE11 文献标识码：TE 文章编号：1009-914X（2012）32- 0046 -01
一、评估数据库
老龄平台可能与原来设计保持不变， 也可能略有改动或已遭破坏，破坏的形式也是多种多样的， 如由事故造成的凹陷和裂缝，自然老化造成的腐蚀疲劳或超载造成的应力破损等等，因此，建立高质量的评估数据库对平台结构的评估非常重要， 并可通过数据评估来论证预定用途、使用寿命、所需要求的合理性。评估数据库要包括以下三组主要数据，
一是原始设计数据， 二是海洋、环境报告， 三是详细说明和结构图纸，当时的操作状况， 影响各种调整修改的用途和荷载， 包括结构和配件的修正。最近对结构和系统的确切调查， 破损情况表， 腐蚀、修整、修理情况等。总的来说， 高质量的数据库应当提供以下数据
（一）、总体信息：
1、最初和当前的业主。
2、最初和当前的平台用途与作用。
3、位置、水深和方向。??
4、平台形式及其他特定信息、操作等级等。
（二）、原始设计
1、设计承包人、设计日期??
2、 设计图纸、材料说明
3、设计规范??
4、 环境标准—风、海浪、海流、冰等??
5、甲板的允许高程??
6、操作标准和承载荷载，设备布置??
7、配件一一设计表格和图纸
（三）、结构物
1、建造、安装承包人和安装日期
2施工日期
3建造。安装承包人和安装
（四）、目前条件情况??
1、所有甲板的实际尺寸、位置、高度
2、所有甲板的荷载和设备位置??
3、产品和储备物清单??
4、近期水下调查和海生物附着情况??
5、平台腐蚀调查和平台测厚报告。
如果没有原始设计数据或图纸， 则可通过对重要结构构件和配件的实地测量来得到评估所需数据。
二、结构模型
现在以服役超期的桩式油田为例，该平台经历了较复杂的海洋环境载荷和作业载荷的联合作用， 同时平台甲板结构与设备布置，结构现状与载荷布置已较原始设计有了较大的改变。因此， 有必要对现有平台结构重新进行总体强度计算分析和安全评估， 这既是为了保证平台的安全， 同时也是为了使业主和检验单位双方对平台的结构现状和适应环境能力做到心中有数，以便更好地安排平台生产和作业， 最大限度地保障海上人员安全，达到决策科学有理、检验到位。根据原始设计图纸和“油气田的操作手册” ，检测人员可以得到平台结构主要尺寸，平台底甲板主要承受预压载、燃油、淡水等液仓的重量，以及泵仓设备的重量等等。
为了更好地完成平台的安全评估， 研究人员于对平台应实地考察调研情况， 查阅了相关的“检验报告” 和“测厚报告” ， 并对该油气田平台的总体状况有个基本了解。
三、平台模型的建立
根据原始设计图纸和修理改装图纸， 将平台模拟为空间板、梁组合结构。在建立计算模型时， 针对该平台的结构特点， 本着既反映实际情况又合理简化的原则，对较强受力构件，按实际尺寸输入模型， 而对不参与总体强度的部位， 在建立计算模型时予以简化， 而在重量载荷分布、风载荷计算时则予以合理考虑。下面就各部分结构的计算模型分別予以简要说明。
（一）、平台体结构模型
平台体结构模型由平台底甲板、中甲板、主甲板、桩腿及其桩腿支撑、工字梁、加强筋板、扶强材和竖向支撑构件组成。根据“ 油气田平台测厚报告”，建立计算模型时对各钢板和强梁结构的参数进行修正， 使计算模型与平台结构现状相一致。
（二）、桩腿和平台的连接
油气田平台结构的重要受力部为桩腿及其与桩腿连接的支撑、桩腿与工字梁部位和环板部位。本平台桩腿和平台甲板的连接是通过焊缝的连接来实现的，计算中， 平台甲板与桩退之间的焊缝的强度通过加入模拟梁单元结构实现， 建模时使模拟梁单元与桩腿之间采用固定连接，这样完成了平台体与桩腿之间的载荷的传递。通过上述方法比较精确地模拟了平台体与桩腿之间的相互作用， 使计算结果真实可靠。本平台固桩架结构位于底甲板以上，由强梁组成空间钢架， 起到连接桩腿和平台体传递载荷的作用。本次计算， 固桩架结构模型根据实际测厚结果建立， 整个固桩架简化为空间板、梁结构的计算模型。
（三）、单元偏心的考虑。计算模型各节点座标取在板中心线上， 当板梁复合弯曲时， 必须考虑板、梁中性轴不重合时的偏心弯曲问题。建立模型时， 根据平台结构的实际布置， 分别赋予梁单元相应的偏心值使计算模型与真实结构相符合。
四、计算工况
本次结构安全评估， 对油气平台现有结构 分正常作业状况和风暴自存状况分别建立两种计算模型， 根据“油气田平台操手册” 分别输入不同的载荷和环境条件参数来校核其总体强度。对应于前一个计算模型， 为了准确地对平台的安全性进行评价， 在本次安全评估中我们除对正常作业状况进行计算外， 还对不同波高、不同风速的作业状况进行了计算， 同时对正常作业状况下当液体可变载荷、固体可变载荷分别具有不同比例时的作业状况进行计算， 分别考虑了多种基本载荷工况和多种组合载荷工况。
五、计算结果
（一）、本文所采用的评估方法完全能反映油气田平台的实际情况，所建立的完全三维有限元模型综合了平台的各种实测数据，既对平台结构进行了合理的简化， 又能真实反映油气田平台各部位的实际受力状况， 计算结果对保证油气田平台安全具有重要意义。 （二）、油气田平台现有结构形式（根据测厚结果）能否满足平台在预定海域正常作业和风暴自存状况的结构强度要求。应从结构应力分布状况看， 整个平台体结构的应力最大部位是在固桩架区域，如前所述该部分结构既要承载整个平台得重量和设备重量等竖向载荷， 又要传递风、浪、流等水平载荷， 因此从结构功能来看是整个平台结构的关键部位。从计算结果来看， 该部分结构是整个平台结构的应力控制区域，在使用中应严格加以控制。同时， 在使用中应对固桩架结构加强监测， 定期进行测厚， 以保证其尺寸和功能。
（三）、从计算结果看， 目前油气田平台桩腿结构安全储备较大。经计算可看出桩腿应力比最大值发生在风暴自存的状况，从应力分布状况来看，根据计算结果可知整个桩腿结构中应力较大的区域在固桩架到水平面之间区域。该部分结构正好位于通常所说的“飞溅区” ， 是整个平台桩腿结构中腐蚀严重的区域。本次各个桩腿各段都进行了测厚， 故在计算建模时桩腿壁厚按实际尺寸输入。因此提醒业主注意在使用时对飞溅区桩腿的腐蚀和使用情况应加强监控。另一个需提醒业主是应观察从区域的海生物附着状况， 在使用中应对海生物的生长状况定期予以测量并及时消除。
七、结语
本为主要论述的事 固定式油气田平台的评估，着重探讨了评估的方法，及实施。只有掌握正确的评估方法和策略，才能使固定式油气田平台增加使用年限，为我国的石油事业打下基础。
参考文献：
[ 1] Recommended Pr act ice for Use and Procedur es for Inspectio
ns， Maintenance， and Repair of Dilling andWell Serv icing St ructur es [ S ] . API RP 4G， 2002，MOD.
[ 2] Dr Douglas By num Jr. Practical Drilling & Pro ductionDesig n[ M ] . co pyright 1982 by Penn Well PublishingCompany.
[ 3] API Spec 4F. 鉆井和修井井架、底座规范[ S] . 3 版. 兰州： 兰州石油机械研究所， 1988： 124- 153.
[ 4] 李国强， 李杰. 工程结构动力检测理论与应用[M ] .北京： 科学出版社， 2002.
[ 5] 刘长利， 周少林， 梁琳. ALGOR 有限元分析软件实例教程[M] . 北京： 人民交通出版社， 2005.
[关键词]：油气田平台 结构 数据 评估
中图分类号：TE11 文献标识码：TE 文章编号：1009-914X（2012）32- 0046 -01
一、评估数据库
老龄平台可能与原来设计保持不变， 也可能略有改动或已遭破坏，破坏的形式也是多种多样的， 如由事故造成的凹陷和裂缝，自然老化造成的腐蚀疲劳或超载造成的应力破损等等，因此，建立高质量的评估数据库对平台结构的评估非常重要， 并可通过数据评估来论证预定用途、使用寿命、所需要求的合理性。评估数据库要包括以下三组主要数据，
一是原始设计数据， 二是海洋、环境报告， 三是详细说明和结构图纸，当时的操作状况， 影响各种调整修改的用途和荷载， 包括结构和配件的修正。最近对结构和系统的确切调查， 破损情况表， 腐蚀、修整、修理情况等。总的来说， 高质量的数据库应当提供以下数据
（一）、总体信息：
1、最初和当前的业主。
2、最初和当前的平台用途与作用。
3、位置、水深和方向。??
4、平台形式及其他特定信息、操作等级等。
（二）、原始设计
1、设计承包人、设计日期??
2、 设计图纸、材料说明
3、设计规范??
4、 环境标准—风、海浪、海流、冰等??
5、甲板的允许高程??
6、操作标准和承载荷载，设备布置??
7、配件一一设计表格和图纸
（三）、结构物
1、建造、安装承包人和安装日期
2施工日期
3建造。安装承包人和安装
（四）、目前条件情况??
1、所有甲板的实际尺寸、位置、高度
2、所有甲板的荷载和设备位置??
3、产品和储备物清单??
4、近期水下调查和海生物附着情况??
5、平台腐蚀调查和平台测厚报告。
如果没有原始设计数据或图纸， 则可通过对重要结构构件和配件的实地测量来得到评估所需数据。
二、结构模型
现在以服役超期的桩式油田为例，该平台经历了较复杂的海洋环境载荷和作业载荷的联合作用， 同时平台甲板结构与设备布置，结构现状与载荷布置已较原始设计有了较大的改变。因此， 有必要对现有平台结构重新进行总体强度计算分析和安全评估， 这既是为了保证平台的安全， 同时也是为了使业主和检验单位双方对平台的结构现状和适应环境能力做到心中有数，以便更好地安排平台生产和作业， 最大限度地保障海上人员安全，达到决策科学有理、检验到位。根据原始设计图纸和“油气田的操作手册” ，检测人员可以得到平台结构主要尺寸，平台底甲板主要承受预压载、燃油、淡水等液仓的重量，以及泵仓设备的重量等等。
为了更好地完成平台的安全评估， 研究人员于对平台应实地考察调研情况， 查阅了相关的“检验报告” 和“测厚报告” ， 并对该油气田平台的总体状况有个基本了解。
三、平台模型的建立
根据原始设计图纸和修理改装图纸， 将平台模拟为空间板、梁组合结构。在建立计算模型时， 针对该平台的结构特点， 本着既反映实际情况又合理简化的原则，对较强受力构件，按实际尺寸输入模型， 而对不参与总体强度的部位， 在建立计算模型时予以简化， 而在重量载荷分布、风载荷计算时则予以合理考虑。下面就各部分结构的计算模型分別予以简要说明。
（一）、平台体结构模型
平台体结构模型由平台底甲板、中甲板、主甲板、桩腿及其桩腿支撑、工字梁、加强筋板、扶强材和竖向支撑构件组成。根据“ 油气田平台测厚报告”，建立计算模型时对各钢板和强梁结构的参数进行修正， 使计算模型与平台结构现状相一致。
（二）、桩腿和平台的连接
油气田平台结构的重要受力部为桩腿及其与桩腿连接的支撑、桩腿与工字梁部位和环板部位。本平台桩腿和平台甲板的连接是通过焊缝的连接来实现的，计算中， 平台甲板与桩退之间的焊缝的强度通过加入模拟梁单元结构实现， 建模时使模拟梁单元与桩腿之间采用固定连接，这样完成了平台体与桩腿之间的载荷的传递。通过上述方法比较精确地模拟了平台体与桩腿之间的相互作用， 使计算结果真实可靠。本平台固桩架结构位于底甲板以上，由强梁组成空间钢架， 起到连接桩腿和平台体传递载荷的作用。本次计算， 固桩架结构模型根据实际测厚结果建立， 整个固桩架简化为空间板、梁结构的计算模型。
（三）、单元偏心的考虑。计算模型各节点座标取在板中心线上， 当板梁复合弯曲时， 必须考虑板、梁中性轴不重合时的偏心弯曲问题。建立模型时， 根据平台结构的实际布置， 分别赋予梁单元相应的偏心值使计算模型与真实结构相符合。
四、计算工况
本次结构安全评估， 对油气平台现有结构 分正常作业状况和风暴自存状况分别建立两种计算模型， 根据“油气田平台操手册” 分别输入不同的载荷和环境条件参数来校核其总体强度。对应于前一个计算模型， 为了准确地对平台的安全性进行评价， 在本次安全评估中我们除对正常作业状况进行计算外， 还对不同波高、不同风速的作业状况进行了计算， 同时对正常作业状况下当液体可变载荷、固体可变载荷分别具有不同比例时的作业状况进行计算， 分别考虑了多种基本载荷工况和多种组合载荷工况。
五、计算结果
（一）、本文所采用的评估方法完全能反映油气田平台的实际情况，所建立的完全三维有限元模型综合了平台的各种实测数据，既对平台结构进行了合理的简化， 又能真实反映油气田平台各部位的实际受力状况， 计算结果对保证油气田平台安全具有重要意义。 （二）、油气田平台现有结构形式（根据测厚结果）能否满足平台在预定海域正常作业和风暴自存状况的结构强度要求。应从结构应力分布状况看， 整个平台体结构的应力最大部位是在固桩架区域，如前所述该部分结构既要承载整个平台得重量和设备重量等竖向载荷， 又要传递风、浪、流等水平载荷， 因此从结构功能来看是整个平台结构的关键部位。从计算结果来看， 该部分结构是整个平台结构的应力控制区域，在使用中应严格加以控制。同时， 在使用中应对固桩架结构加强监测， 定期进行测厚， 以保证其尺寸和功能。
（三）、从计算结果看， 目前油气田平台桩腿结构安全储备较大。经计算可看出桩腿应力比最大值发生在风暴自存的状况，从应力分布状况来看，根据计算结果可知整个桩腿结构中应力较大的区域在固桩架到水平面之间区域。该部分结构正好位于通常所说的“飞溅区” ， 是整个平台桩腿结构中腐蚀严重的区域。本次各个桩腿各段都进行了测厚， 故在计算建模时桩腿壁厚按实际尺寸输入。因此提醒业主注意在使用时对飞溅区桩腿的腐蚀和使用情况应加强监控。另一个需提醒业主是应观察从区域的海生物附着状况， 在使用中应对海生物的生长状况定期予以测量并及时消除。
七、结语
本为主要论述的事 固定式油气田平台的评估，着重探讨了评估的方法，及实施。只有掌握正确的评估方法和策略，才能使固定式油气田平台增加使用年限，为我国的石油事业打下基础。
参考文献：
[ 1] Recommended Pr act ice for Use and Procedur es for Inspectio
ns， Maintenance， and Repair of Dilling andWell Serv icing St ructur es [ S ] . API RP 4G， 2002，MOD.
[ 2] Dr Douglas By num Jr. Practical Drilling & Pro ductionDesig n[ M ] . co pyright 1982 by Penn Well PublishingCompany.
[ 3] API Spec 4F. 鉆井和修井井架、底座规范[ S] . 3 版. 兰州： 兰州石油机械研究所， 1988： 124- 153.
[ 4] 李国强， 李杰. 工程结构动力检测理论与应用[M ] .北京： 科学出版社， 2002.
[ 5] 刘长利， 周少林， 梁琳. ALGOR 有限元分析软件实例教程[M] . 北京： 人民交通出版社， 2005.