四樁35井槽大型導(dǎo)管架平臺，是在一座井口平臺上布置更多的井槽，從而大大減少了平臺數(shù)量，提高了平臺基礎(chǔ)的有效利用率。這是一種新型、實用、創(chuàng)新的海上采油設(shè)施，它的成功設(shè)計與建造，加快了渤海灣油田的開發(fā)。

一、設(shè)計依據(jù)

（一）油田狀況

油藏深度：1300～1600m。

開發(fā)方式：不規(guī)則網(wǎng)格布井，注水采油。

開采年限：20年。

油井數(shù)量：生產(chǎn)井135口，注水井45口，水源井6口，預(yù)留井槽24口。各井口平

臺的井槽分配如表14-19。

井口位置水深：6座井口平臺位置的水深從29.4m到31m，平均30.4m，如表14-20。

表14-19　SZ36-1各井口平臺井槽分布

表14-20　6座井口平臺位置的水深

設(shè)計壽命：25年。

設(shè)計極端環(huán)境條件：取50年一遇情況。

（二）環(huán)境條件

水位關(guān)系：如圖14-15所示。

圖14-14　SZ36-1油田水位關(guān)系圖

風、浪、流和冰的設(shè)計參數(shù)：見表14-21。

表14-21　風、浪、流、冰設(shè)計參數(shù)

海生物厚度：從平均海平面算起至泥面，統(tǒng)一取6cm。

（三）地震因素

海底泥面最大地震水平加速度：0.095g水平地震加速度響應(yīng)譜如表14-22。

表14-22　水平地震加速度響應(yīng)譜數(shù)據(jù)

注：T₂=0.70s，β為動力放大系數(shù)。

（四）上部組塊荷載取值為2100t

二、設(shè)計規(guī)范和標準

SZ36-1二期開發(fā)工程井口平臺設(shè)計采用了國內(nèi)和國外常用的規(guī)范和標準，主要包括：《海上固定平臺安全規(guī)定》；《AISC鋼結(jié)構(gòu)建筑物設(shè)計規(guī)范－容許應(yīng)力設(shè)計和塑性設(shè)計》；《APIRP2A固定式海上平臺規(guī)劃、設(shè)計和建造的推薦作法》；《APIRP2N冰區(qū)固定海上結(jié)構(gòu)物規(guī)劃、設(shè)計和建造的推薦作法》；《AWSD1.1鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》；《APIRP2L固定海上平臺直升機甲板規(guī)劃、設(shè)計和建造的推薦作法》。

三、SZ36-1井口平臺導(dǎo)管架的設(shè)計

1．標準化設(shè)計

SZ36-1油田二期工程所建的六座井口平臺，其功能基本相同，均擔負著鉆井、生產(chǎn)和修井任務(wù)。工藝流程亦基本相同，除WHPD井口平臺外，其余五座井口平臺生產(chǎn)的液流經(jīng)油嘴截流降壓和加熱器加熱后，通過生產(chǎn)管匯和海底管線將油、氣、水三相混輸至CEP中心平臺進行處理。當單井需要計量時，經(jīng)加熱進入計量分離器，計量后的流體和生產(chǎn)管匯流體匯合再輸往中心平臺。WHPD井口平臺和中心處理平臺相連，井口液流無需加熱，直接進入中心平臺處理裝置。

SZ36-1油田二期的注水水源由WHPC/D/E/F和WHPH井口平臺的水源井和中心平臺的生產(chǎn)污水組成。兩者水源既可合注也可分注。整個生產(chǎn)過程中，以注地下水為主，并將處理合格的污水作為補充。

除WHPD井口平臺外，其余五座井口平臺所需電力由中心平臺主發(fā)電機通過海底電纜提供。僅在這五座井口平臺上各設(shè)置了一臺280kW的應(yīng)急發(fā)電機，在主發(fā)電機發(fā)生故障無法供電時，啟動應(yīng)急發(fā)電機，以滿足井口平臺上工藝操作和照明的需要。

a．六座井口平臺均為無人駐守平臺。借鑒SZ36-1J區(qū)無人駐守井口平臺的設(shè)計經(jīng)驗，在平臺上只設(shè)置了一些與生產(chǎn)和安全必不可少的設(shè)備。和駐人平臺相比，簡化了工藝流程，不再設(shè)生產(chǎn)分離器，減掉了住房、主電站、海水提升泵、生活污水處理裝置，與這些系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)備也得到盡可能的簡化。在井口區(qū)占據(jù)平臺較多面積的情況下，使現(xiàn)有的平臺空間得到了充分利用，也為簡化平臺結(jié)構(gòu)、控制平臺吊重創(chuàng)造了有利條件。

b．由于六座井口平臺的井數(shù)、鉆井/完井和修井的方式相同，上部荷載基本一樣，位置相距不遠，環(huán)境條件相同，只是水深和工程地質(zhì)略有出入，最深的WHPD和最淺的WHPH平臺水深也只差1.6m。因此，六座井口平臺采用了一套標準化的設(shè)計圖紙，不但簡化了設(shè)計，還為鋼材采辦、預(yù)制施工的批量化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，節(jié)約了費用，贏得了寶貴的時間。

c．選用平均水深30.4m作為設(shè)計水深，且選定泥面作為起始點。為安全起見，在模擬電纜護管和海底管線立管時，考慮了每根腿柱上可能遇到最多根數(shù)和最大直徑的情況，土壤條件選用承載力最低的WHPG平臺鉆孔資料。

d．一套標準設(shè)計圖紙用于六個不同的井位，工作點的高程會有一定出入，最深的WHPD平臺水深為31.0m，比平均水深深了0.6m，因此，工作點的高程比設(shè)計圖紙將低0.6m。若要組塊高程保持一致，可用過渡段調(diào)節(jié)。值得注意的是，采用標準設(shè)計圖確定的飛濺區(qū)范圍，應(yīng)考慮水深變化，給予一定余量，以免用于不同水深位置時水平層拉筋處于飛濺區(qū)。

2．單翼采油樹的應(yīng)用

SZ36-1試驗區(qū)開發(fā)時，每座井口平臺有16口井槽，井槽間距2m×2m。二期六座井口平臺的井槽間距最小為1.5m×1.6m，所留空間已不能滿足常規(guī)雙翼采油樹的操作要求。為了利用有限的狹小空間，首次在我國海洋平臺上采用了單翼采油樹。

3．一座井口平臺上設(shè)35口井槽

SZ36-1二期工程開發(fā)，如果套用試驗區(qū)的工程設(shè)計模式，每座井口平臺上設(shè)16口井槽，要打同樣數(shù)量的井，拿到同樣數(shù)量的產(chǎn)能，可能需要建12～13座16口井槽的井口平臺，相應(yīng)鋼材用量和工程費用也要翻一番。為了降低工程造價，減少井口平臺數(shù)量，必須在一座井口平臺上盡可能多地打井。井口數(shù)量的多少和井口布置形式又和鉆井設(shè)備的能力有著密切的關(guān)系。經(jīng)過工程和鉆井技術(shù)人員對多個方案研究對比，最終提出了在一座井口平臺上設(shè)35口井槽的方案。

圖14-16　SZ36-1油田井槽布置圖

圖14-17　SZ36-1預(yù)留井槽位置

SZ36-1油田二期鉆井最大進尺約為3000m，鉆機最大負荷將近450t，如果仍采用一次就位，渤海8號和渤海10號懸臂式鉆井船現(xiàn)有鉆進能力受到很大限制。除了采取導(dǎo)管架A軸單向坡、組塊A軸外懸臂減小到1.5m方法外，還通過優(yōu)化鉆井和鉆井船設(shè)備改造以及二次就位方法使問題得到圓滿解決。

初始的生產(chǎn)井在平臺組塊安裝之前，從平臺南北兩側(cè)分別就位，或兩艘鉆井船同時在兩側(cè)就位施鉆。由于平臺北側(cè)為靠船面，靠船的橡膠護舷材表面伸出平臺B軸外4.3m，且導(dǎo)管架腿柱又有一定斜度，而另一側(cè)既無靠船件又無斜度，根據(jù)鉆井船性能和實際的布井尺寸（圖14-16），在平臺北側(cè)可以打2～3排井，而在南側(cè)可打4～5排井，鉆井船在兩側(cè)的覆蓋范圍基本對稱。

根據(jù)地質(zhì)上的安排，每座井口平臺都留有一定數(shù)量的預(yù)留井槽（圖14-17），也用同樣的鉆井船施鉆。預(yù)留井槽應(yīng)留在接近平臺的南側(cè)，以便鉆井船從沒有懸臂甲板的南側(cè)就位。當然，平臺頂甲板面的高程也要和鉆井船的升降高度相匹配，以方便補鉆調(diào)整井。

井口數(shù)量的增加，勢必增加井口平臺尺度和重量。經(jīng)過技術(shù)人員對工程方案優(yōu)化，導(dǎo)管架吊裝重量控制在720t，雖然比試驗區(qū)導(dǎo)管架吊裝重量稍有增加，但仍然可用一艘濱海108船浮吊施工。

四、組塊設(shè)計

SZ36-1二期開發(fā)工程六座井口平臺均為無人駐守平臺，平臺主要功能是鉆井、采油和修井，平臺所需電力由中心平臺提供。平臺組塊共有5層甲板，即上、中、下三層甲板、直升機甲板和底甲板，通過4根立柱在＋37.4m高程與導(dǎo)管架4根樁相連接。5層甲板的面積和標高（從泥面算起）分別為：

中國海洋石油高新技術(shù)與實踐

中國海洋石油高新技術(shù)與實踐

上甲板的主要設(shè)備是修井機及其附屬設(shè)備；中層甲板主要布置電潛泵控制間、電潛泵變壓器間、主變壓器間和空壓機等公用設(shè)施；下層甲板有井口設(shè)備、生產(chǎn)和計量加熱設(shè)備；底層甲板布置有開閉排設(shè)備。

為方便投產(chǎn)后打調(diào)整井，平臺甲板設(shè)計成東西北三面外懸，北面靠船面最大外懸6.5m，東西兩側(cè)外懸最大8.0m到8.5m，而平臺南側(cè)，即2根樁單向斜的一側(cè)甲板只有1.5m的走道，將來懸臂式鉆井船打調(diào)整井時可在這一側(cè)就位（圖14-18）。

與平臺導(dǎo)管架一樣，組塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣考慮工作狀況和施工狀況下的各種工況。工作狀況的分析包括靜力（操作工況和極端工況）分析和地震力分析，而施工狀況的分析包括裝船運輸和吊裝。SACS計算機程序同樣用于結(jié)構(gòu)的整體分析和桿件的應(yīng)力校核。

1．靜力分析

組塊結(jié)構(gòu)靜力分析模型包括組塊甲板和直升機甲板主要構(gòu)件，通過4根立柱固定在導(dǎo)管架工作點高程＋37.4m處。基本荷載工況考慮了結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備干重、設(shè)備儲備重、修井機自重和負荷、甲板活荷載、吊機自重和吊重、修井機和組塊所受的各個方向的風荷載等共計42種工況，組合成20種最不利的荷載組合。在內(nèi)外通道、井口區(qū)、修井區(qū)和卸貨平臺上所考慮的操作活荷載數(shù)值為：

中國海洋石油高新技術(shù)與實踐

在極端環(huán)境工況下，活荷載的數(shù)值按上述數(shù)據(jù)的70%選取。

通過計算，其桿件的名義應(yīng)力和節(jié)點沖剪應(yīng)力單位應(yīng)力校核值均小于1.0，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

圖14-18a　SZ36-1井口平臺組塊上甲板布置圖（+53.00m）

圖14-18b　SZ36-1井口平臺組塊中甲板布置圖（+49.00m）

圖14-18c　SZ36-1井口平臺組塊下甲板布置圖（+44.00m)

2．地震力分析

組塊地震力分析和導(dǎo)管架一樣，采用響應(yīng)譜方法。所用最大地面地震加速度和響應(yīng)譜數(shù)值也和導(dǎo)管架一樣。為了進行導(dǎo)管架地震力分析，選擇一個完整的組塊（包括直升機甲板）和導(dǎo)管架的整體三維結(jié)構(gòu)分析模型，用等效樁來代替樁基的非線性分析。

計算地震力引起的動力荷載時，選取前10個震型，考慮三個方向影響的聯(lián)合作用。由于地震荷載無方向性，當?shù)卣鹆奢d和重力荷載相疊加時先把地震荷載視為全部受壓荷載，然后再視為全部受拉荷載，以求得桿件最不利的拉壓組合。再進行名義應(yīng)力和沖剪應(yīng)力校核時，只需考慮甲板組塊和飛機平臺結(jié)構(gòu)，不再考慮導(dǎo)管架。計算表明，所設(shè)計的平臺組塊結(jié)構(gòu)能安全抵御該地區(qū)的地震作用。

圖14-18d　SZ36-1井口平臺組塊底甲板布置圖（+40.50m）

3．吊裝

考慮到整個井口組塊吊裝重量較大，超過BH108船浮吊起重能力，因此，選用大力號進行吊裝施工。在預(yù)制時，將組塊分成兩大部分預(yù)制，一部分為組塊主體結(jié)構(gòu)，包括4根立柱和3層主甲板，外形尺寸長、寬和高為31.5m×21m×15.6m，另一塊為直升機甲板，包括飛機甲板下面的應(yīng)急避難所，到海上與組塊拼裝連接。

組塊主體結(jié)構(gòu)為三維空間鋼架，在4根立柱頂部設(shè)立4個吊點，吊鉤距頂甲板高度24.91m。

吊裝時的重量主要包括結(jié)構(gòu)自重、舾裝重量、設(shè)備空載重量、已經(jīng)敷設(shè)好的配管和電纜重量以及保溫材料等重量，對于組塊安裝好后再進行安裝施工的修井機以及可變動的活荷載不包括在內(nèi)。結(jié)構(gòu)固定荷載考慮1.1為不確定系數(shù)，動力放大系數(shù)分兩種情況，對于直接傳遞吊裝力的構(gòu)件取2.0，一般構(gòu)件取1.35。對應(yīng)這兩種情況所得到的吊裝重量分別是1590t和1073t。施工時的實際吊裝重量，除WHPD為800t比較輕之外，其余5座井口平臺組塊重量從1013t到1040t，與設(shè)計估算值非常接近。

直升飛機甲板長、寬、高尺寸為18m×17.6m×6m，包括飛機甲板、飛機甲板下的應(yīng)急避難所和側(cè)向4片支撐桁架，同樣采用4點吊，吊鉤距飛機甲板高13.04m，動力放大系數(shù)考慮為2.0或1.35，對應(yīng)的吊裝重量分別是176t和179t。所選構(gòu)件安全可靠。

4．拖航分析

6座井口平臺主體組塊和5座井口平臺直升機甲板用BH308駁船從塘沽預(yù)制場地運往施工現(xiàn)場。BH308駁船的主要參數(shù)為：船長119.95m，寬30.5m，深7.6m。

拖航時，平臺組塊重量和吊裝分析時相同。風力按10年一遇1分鐘平均風速28.06m/s考慮，分別作用于0°、90°、180°和270°4個方向，船舶的橫搖角度為±20°，縱搖角度為±10°，周期全為10T，升沉加速度為±0.2g。由駁船運動引起結(jié)構(gòu)的慣性力和不同方向風力及自重相疊加，即可校核結(jié)構(gòu)桿件的受力。

5．導(dǎo)管架和組塊預(yù)制

6座井口平臺導(dǎo)管架分兩地預(yù)制，先期投產(chǎn)的WHPE/F/D三座導(dǎo)管架在塘沽場地躺著預(yù)制，完工后拖拉到碼頭前沿，用BH108和BH102兩艘船浮吊抬起來，在空中翻身立起，再由BH108船吊到駁船上固定。其余三座導(dǎo)管架在赤灣場地制造，直接立著建造，完工后拖拉到BH308駁船上，拖航到施工現(xiàn)場。

6座井口平臺組塊均在塘沽2400t滑道場地預(yù)制。根據(jù)總體計劃要求，WHPD組塊安排在碼頭前沿，其后依次為WHPF、WHPE、WHPC、WHPG和WHPH。平臺組塊采用預(yù)制主軸大片、水平甲板反造、最終空間組裝的方法，即在施工A、B軸大片的同時，水平甲板分成11個小片預(yù)制，先就位B軸立片，再由下至上依次就位各水平片，最后將A軸合攏。由于吊機立片不在大片上，需要在組塊主體組對完之后單獨施工。

由于井口平臺甲板不對稱，設(shè)備布置比較集中，因此組塊偏心較大，為了適應(yīng)吊船的起吊性能，4個吊點設(shè)計成了三種形式，并利用高潮時段在海上吊裝，圓滿完成了施工任務(wù)。

圖14-19°組塊滑移裝船支撐圖

6座井口平臺主體組塊在滑道上預(yù)制完后，采用拖拉裝船方法將組塊拖到BH308駁船上。在拖拉過程中由于各種意想不到的因素，組塊的4根立柱不可能和滑道頂面始終處于理想的受力狀態(tài)，總會有的立柱受力大些，有的立柱受力小一些，甚至短時間呈懸空狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)桿件的受力將進行重分配，危害到結(jié)構(gòu)安全。為了對結(jié)構(gòu)桿件進行校核，假定有一根腿懸空，3根腿受力，且3跟受力立柱又分為1、2、3三點受力和1、3、4三點受力兩種情況（圖14-19）。滑移時的荷載和吊裝時一樣。計算表明，在整個滑移過程中結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

6個井口組塊中，除 WHPD吊重較輕為800t外，其余5個組塊的吊裝質(zhì)量從1013t到1040t，均超過了渤海108船起吊能力，因此，6個組塊在海上均采用大力號浮吊吊裝。

五、35口井槽井口平臺在秦皇島32-6油田的應(yīng)用

秦皇島32-6（以下簡稱QHD32-6）油田位于渤海灣西部海域。西距津塘港約20km，是由中國海洋石油總公司、德士古石油公司和阿科石油公司聯(lián)合開發(fā)的一個油田。該油田水深19.7～20.4m，油層深1000～1500m，采取全海式開發(fā)方案。整個油田工程設(shè)施包括一艘FP-SU浮式生產(chǎn)儲油裝置，一座單點系泊系統(tǒng)，6座井口平臺，6條輸油海底管線，6條輸水海底管線和6條海底電纜。油田鉆井總數(shù)為163口，其中生產(chǎn)井133口，注水井24口，水源井6口，備用井槽47口。油田總體布置見圖14-20，各井口平臺的鉆井數(shù)如表14-23所示。

每座井口平臺布井35口，井口間距統(tǒng)一為1.5m×1.7m（圖14-21），6座井口平臺共布井槽210口。

整個油田投產(chǎn)后，原油最高年生產(chǎn)能力可達423×10⁴t。油田的設(shè)計生產(chǎn)年限為20年。

圖14-20°QHD32-6油田總體布置圖

表14-23　QHD32-6油田各井口平臺鉆井數(shù)量表

圖14-21°QHD32-6油田井槽布置圖