延长平台工作寿命的新标准

为了应对恶劣气候条件和老化平台的挑战,DNV正在制定新的NORSOK标准,旨在延长平台工作寿命。

Jan Saeberg, DNV 技术总监. (Photo: Kaja Means)

挪威的石油产业协会(OLF)要求DNV编制新的NORSOK标准,涵盖有关延长平台工作寿命的规范和标准,以前的新建平台标准例如NORSOK N-001没有涉及这些方面。新的NORSOK N-006是NORSOK N-001的替代标准,针对在超出原有设计要求的条件下工作的设施,以及通过普通的设计计算不能记录的结构阻力。

新标准适用于整个装置的评估,包括下部结构,上部结构,船体,底座,系泊系统和海底设施。

NORSOK N-006的编写历时一年,现正接受行业的审核。编写过程很艰巨,涉及到之前没有规定的很多问题。最终版本预期在今年秋天完成,并获得批准。

要延长平台的工作寿命,运营商必须向石油安全局申请延长平台的运营证书。运营商必须提供相关文件,证明平台的继续运营能保证人员和环境的安全,并且能有效的使用基础设施,有盈利能力。

独特的地位

运营商如何记录平台的状况?应该向当局提供哪些信息?如何利用当前的规范和法规,针对新状况进行扩展,同时又要保证安全等级不变?

DNV多年来一直参与规范的编写,是承担这项任务的不二人选。DNV充分了解规范的现有基础,以及进一步扩展的可能性。DNV海洋平台的总工程师Gunnar Solland领导新标准的编制工作。

目前在挪威大陆架上运行的老化平台面临的一项主要问题就是下沉。在最极端的条件下,平台最多会下沉 10米。下沉程度是全球最严重的,在某些情况下,海浪会冲到平台甲板上。

北海目前的海浪高度预计比三十年前还要高一些,可能是由于气候变化造成的,也可能是由于提高了测量精度,增加了统计数据造成的。

下沉和暴风浪的双重影响意味着平台目前承受的负荷要高于设计寿命初期所承受的负荷。有些平台已经不能满足原来的设计要求,也不能满足NORSOK当前对载人结构物的要求。

在哪些标准下应关闭平台,撤离人员?风浪要达到什么程度?建议的NORSOK N-006标准是针对挪威的环境条件特别编制的—将就这些问题提供指导原则。

根据当前的NORSOK标准,载人结构物必须能抵抗万年一遇的风浪,在这种条件下必须保证人员安全。如果没有满足这项要求,平台必须制定无人值守计划,在预测风浪会超出预定的安全级时撤离人员。建议的新标准规定了这些情况下的安全操作标准。

限制性撤离

Ekofisk是沉陷区域之一。去年冬天因为风暴影响撤离了部分人员,关闭了平台三分之一的生产活动。撤离到陆地的人员被限制为500人左右。撤离决定是根据DNV提供的数据作出的。在最佳状况下,掌握相关知识和专长会实现完全控制,可以把人员撤离和生产关闭降低到最低程度。

DNV与挪威气象学院合作,确定可能会造成损害的风浪高度,预测可能会造成损害的风浪类型。我们目前获得的风浪高度数据比几年前更全面,数据越可靠,意味着操作更安全。

改进方法

有很多方法可以加固老化的平台。在二十世纪八十年代,DNV帮助提升了Ekofisk油田一座下沉的平台。因为提升成本增加,该项措施目前看来前景暗淡。

但有其他解决措施。如果老化的导管架平台需要增强,常见方法是在支架之间灌注水泥浆。在平台上也可以增设斜撑。如果水冲到甲板上,可以打开甲板,让水直接通过甲板。另外一种措施是建造一堵墙,保护甲板不受风浪的影响。

冲刷是老化平台面临的另一项问题。多年以来,海床柱子周围会逐渐冲刷。新标准解决了如何评估无法检查到的区域,例如柱子。

基础性维护也是非常重要的,例如清除船底附生物。挪威一直秉承良好的安全文化,运营商严肃地应对安全问题。随着运营条件的不断变化,NORSOK新标准将考虑新的气候和海底挑战状况—这是我们在未来将面临的日益严峻的挑战。

海浪冲击

我们以前没有成熟的方法来确定甲板结构在风浪冲击下所承受的负荷。DNV现在采用先进的软件,例如COMFLOW(这是一项计算流体力学程序)进行极端暴风雨的分析。最复杂的分析需要五天时间。采用非线性有限元(FE)分析预测负载的影响--- 说明在给定的暴风雨条件下各接头和支撑承受的负荷。在这项工作中使用FE软件USFOS。

在编写NORSOK N-006新标准之外,DNV还率先进行研究,发表学术文章,例如“预测导管架平台下层结构由于甲板波浪造成的负荷增加”。

空气间隙不足是风浪造成平台损坏的另一重要因素。海床下沉和/或恶劣的气候标准造成目前还在生产的导管架结构物不再满足最初的有关空气间隙的设计要求。

DNV的研究分析了极端波峰冲击导管架结构物的甲板所造成的影响。甲板下波浪的运动受到甲板本身的强烈影响。在这种情况下,在评估甲板下某个区域的阻碍物负荷时必须考虑流体质点提高了速度,例如下层结构的上部和甲板下的附着物。

通常甲板中浪负荷和下层结构负荷是采用两项不同的分析程序分别计算的。下层结构应用无干扰的速度场。DNV研究人员比较了两种方法,这两种方法都是以计算流体力学(CFD)为根据,计算由于在极端甲板风浪情形中受到干扰的流体质点速度造成的下部结构负荷增加。

DNV和延长平台工作寿命

DNV在平台技术领域为运营商和船东提供咨询,确定延长平台工作寿命的最佳解决方案。DNV是为北海地区提供延长平台工作寿命咨询服务的领先服务商。

DNV还借助几十年的实践和运营经验,协助开发了结构再分析系统。解决的问题包括:制造瑕疵、裂隙、退化、腐蚀和疲劳等。

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