基于DP浮吊船的滑移下水駁船搖臂復位技術研究與應用

陳凱超 王燕 楊杰 徐善志 任苒

摘? 要：該研究旨在對陸豐12-3項目中海洋石油229搖臂復位方法進行優化設計。在導管架下水過程中，搖臂作為主要的受力結構，隨導管架水平角度的變化而翻轉。導管架下水后搖臂需盡快復位，以確保駁船安全。復位過程需要考慮安全性、穩定性及工作效率等多個方面的因素，設計合適的復位方案可以提高復位過程的安全性和效率。該研究采用CAD軟件對復位支架進行建模，確定復位方向和復位工具，組織復位操作，并對復位效果進行驗證。通過對復位方法的優化設計，可以為陸豐12-3項目中的海洋石油229提供可靠的搖臂復位方案，為其下水過程提供有力的保障。

關鍵詞：浮吊船；下水；搖臂；復位；回復力

中圖分類號：TE95? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）08-0045-05

Abstract： The purpose of this study is to optimize the reset method of offshore oil 229 rocker arm in Lufeng 12-3 project. In the launching process of the pipe frame， as the main force structure， the rocker arm overturns with the change of the horizontal angle of the jacket. The rocker arm of the jacket should be reset as soon as possible after launching to ensure the safety of the barge. Many factors such as safety， stability and working efficiency need to be considered in the reset process. Designing an appropriate reset scheme can improve the safety and efficiency of the reset process. In this study， the CAD software is used to model the reduction bracket， determine the reset direction and the reduction tool， organize the reduction operation， and verify the reduction effect. Through the optimal design of the reset method， we can provide a reliable rocker arm reset scheme for offshore oil 229 in Lufeng 12-3 project and provide a strong guarantee for its launching process.

Keywords： floating crane; launching; rocker arm; reset; resilience

海洋石油勘探開發中，固定式導管架平臺是目前最為經濟且技術最為成熟的平臺之一，導管架平臺開發的難點在于大型導管架的安裝，此類導管架下水的方式通常采用滑移下水。在這一過程中，搖臂作為重要的受力結構，承擔著為導管架提供支撐力和保護導管架主體結構的重要作用，是保證下水成功的關鍵。搖臂在導管架下水過程中隨水平角度的變化而發生翻轉運動。然而，由于搖臂通常重量較大，導致搖臂復位成為一個挑戰性任務，需要綜合考慮安全、穩定和效率等因素。這種導管架滑移下水后搖臂的復位問題，不僅對駁船自身的強度提出了更高的要求，也對搖臂復位技術提出了更為精確和嚴格的要求。那么該類搖臂使用什么方法復位，如何更高效，更安全復位，就成為了工程實際中急需解決的問題。

1? 背景介紹

導管架滑移下水是海洋石油勘探開發中常用的下水方式之一，它具有成本低、操作簡單、適用范圍廣等優點。然而，滑移下水的過程中，導管架及其附屬結構所承受的力學性能要求極高，其安全性和穩定性是下水成功的重要保障。搖臂作為導管架的一個重要受力結構，承擔著支撐導管架和保證下水成功的關鍵作用。

在現有的搖臂復位方法中，常規的方法需要大量人力和物力，操作風險高；而自動化復位方法雖然可以提高效率，但需要高成本的設備支持，對于很多企業而言難以承擔，而且自動復位方案還有搖臂與導管架主體結構碰撞的風險[1]。本研究以駁船海洋石油229為例，針對搖臂復位問題，通過復位方案和工具的優化設計，并通過實際操作驗證復位效果，旨在提供一種可靠有效的解決方案，為滑移下水過程中搖臂復位帶來創新思路和方法。

新設計搖臂復位專用門字框導向結構。系固纜系固于搖臂首部吊軸，由麻繩固定在搖臂上，待導管架下水后，系固纜另一端通過八字扣連接過橋纜，過橋纜上端通過鉤頭纜由浮吊船起吊，起吊力通過門字框發生變向，從而完成搖臂復位。

2? 方案介紹

2.1? 復位方案所需結構與物料

方案中主要構成要件如圖1所示。

海洋石油229：運輸駁船，負責導管架的運輸，滑移下水等工作。其參數見表1。

海洋石油201：負責提供復位力。其參數見表2。

搖臂：在導管架滑移下水時能夠隨導管架水平角度的變化而翻轉，從而分散導管架局部應力，減小壓強，保護導管架主體結構[2]。

門字框：改變復位力方向，作用相當于定滑輪。

系固纜：？椎80×28 m高強纜，一端系固于搖臂首部吊柱，沿搖臂預布，用麻繩固定，另一端固定于甲板。待導管架滑移下水后，與過橋纜用“八字扣”連接。

過橋纜：？椎80×20 m高強纜，連接系固纜與鉤頭纜。

鉤頭纜：？椎80×10 m高強纜，上端直接連接鉤頭，下端通過150 t卡環連接過橋纜。

2.2? 復位方案

在本方案中，系固纜從門字框中通過，門字框起到萬向滑輪的作用。頂部滑動滾軸套在門字框上，以減小纜繩與門字框之間的摩擦。此外，為了避免卡環無法通過門字框的問題，系固纜和過橋纜采用了“八字扣”連接方式。綜合HYSY229船艉處甲板面布置，基于DP動力定位浮吊船進行的搖臂復位作業的特點，考慮復位過程中搖臂受力分析，復位門字框設計結構形式如圖2所示。門字框布置在駁船滑道的兩端，整體布置如圖3所示。

搖臂復位詳細過程如下。

1）隨著導管架完成滑移下水，搖臂傾斜到最大角度85°，此時系固纜經由八字扣形式連接到過橋纜，過橋纜上端用卡環連接鉤頭纜，鉤頭纜上部連接到提升鉤頭。如圖4所示。

在工程實際中因為卡環體積過大難以通過門字框，因此，使用八字扣連接（圖5）系固纜和過橋纜，簡化施工過程，且有效地減少了摩擦力。

2）提升鉤頭力，扯斷系固纜固定麻繩，使八字扣通過門字框。如圖6所示。

3）繼續提升鉤頭力，浮吊提供的復位力逐漸將搖臂復位，在這個過程中回復力為搖臂浮力和纜繩拉力，傾斜力為搖臂結構重力和搖臂內水重力，圖7所示時刻為搖臂與水線面夾角45°。

隨著搖臂角度逐漸回復，鉤頭施加的回復力與搖臂接近垂直，拉力力矩達到最大值，浮力逐漸減小。搖臂的傾斜力包括搖臂重力和壓載水重力力距也在逐漸減小。圖8所示為搖臂與水平面角度為30°。

角度減小到30°以下，重心位置回落到駁船一側，重力變為回復力，浮力完全消失，傾斜力為搖臂水重力。繼續提升鉤頭高度，載荷逐漸減小，直至搖臂水平，此時搖臂復位完成。如圖9所示。

2.3? 關鍵節點計算

為了分析搖臂的受力狀態，本研究選取85°、45°、30°和0° 4個關鍵節點作為樣本，計算搖臂上的各個作用力，包括搖臂自身重力、進水艙內水的重力、搖臂浸水部分的浮力、浮吊提供的復位力，以及轉軸處駁船提供的支持力。其中搖臂的重心X=FR0+1 967 mm；Y=0；Z=13 434 mm，其總重量為716 724 kg。搖臂重心位置如圖10所示。

搖臂各部分構件的重量重心見表3。

以搖臂處于45°時的狀態為例，搖臂受力分析如圖11所示。

根據力矩平衡原理，浮吊的提升力P=（G1×L1+G2×L2-G3×L3）/L，具體受力計算見表4。

浮吊所能提供的最大拉力為800 t，遠高于所需的浮吊提升力，符合工程要求。

為了確保門字框足夠強度以承受負荷，本文使用ANSYS進行有限元分析，進行強度校核[3]。將250 t的負荷施加到框架平面偏轉18°的方向上，結果顯示極限強度因子UC為0.90，強度滿足工程要求[4]。

2.4? 優勢分析

相比于原方案[5]，采用絞車+滑輪組拉動搖臂進行復位的方法，通過液壓絞車拖動滑輪組，帶動纜繩，作用力于系固纜柱。本研究提出的新方案采用了更加簡潔有效的復位方案和更少量的作業工具，剔除絞車滑輪組進行的拖拉作業，避免因復位纜剮蹭搖臂而使復位方案失效，避免了因兩側絞車操作誤差而受力不均，從而大大縮短了作業時長，降低了作業耗費的資源和成本，用時消除原方案存在的隱患。同時，新方案的工具設計更加合理，避免了復位纜繩與搖臂固定筋板干涉的問題，提高了復位效果和安全性。綜合來看，新方案具有操作簡便、耗費資源少、成本低廉等優點，為搖臂復位問題的解決提供了更加可靠和有效的方案和工具。

3? 結論

本研究以海洋石油229為例，以陸豐12-3項目為依托，對搖臂復位方法進行了優化設計，并通過實際操作驗證了此方案的可行性。結果表明，本文提出的優化復位方案和工具可以有效地解決搖臂復位過程中的問題，與原方案對比具有高效率、低成本、低風險的特點，并且具有較高的安全性和可操作性[6]。此外，本研究對海洋石油勘探開發領域中的搖臂復位現存問題進行了深入探討和分析，并提出了可靠的解決方案和創新思路。這些成果不僅為搖臂復位問題的解決提供了一種新的思路和方法，同時也為滑移下水過程中的安全穩定運行提供了一定的參考和借鑒價值。

綜上所述，本研究對于海洋石油勘探開發領域中的搖臂復位問題的解決具有一定的實際應用和推廣價值，為日后同類的搖臂復位作業提供了寶貴的經驗和思路。

參考文獻：

[1] 劉玲.導管架下水后駁船搖臂運動與自動復位研究[D].天津：天津大學，2009.

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[3] 梁學先，張永國，何敏，等.MOSES軟件在大型導管架海上安裝分析中的應用[J].中國造船，2012，53（S2）：362-371.

[4] 環境條件和環境荷載規范：SY/T 10050—2004[S].

[5] 邵亮亮，魏佳廣，劉濤，等.牽引系統輔助工程駁船搖臂復位研究[J].石油工程建設，2018，44（1）：27-29，35.

[6] 侯金林，于春潔，沈曉鵬.深水導管架結構設計與安裝技術研究——以荔灣3-1氣田中心平臺導管架為例[J].中國海上油氣，2013，25（6）：93-97，127.