目前，我国在浅水海洋石油开发过程中普遍采用导管架式采油平台。该类平台在服役期间，由于油田生产的需要（吊运货物、上下人员等），常常有供应船靠泊，另外，海上过往船只也比较多，因此，导管架平台存在碰撞的风险。据统计，全球1/5以上的海洋结构物损伤都是碰撞导致的^[1]。东海某油田导管架平台在建设阶段尚未完工投产前，就受到了不明船只的碰撞造成结构杆件损伤。

1 碰撞事件简介

某海域某油气田采用导管架预钻井模式进行开发，即：导管架平台上不布置模块钻机，导管架安装完毕后，悬臂梁自升式钻井平台精就位导管架进行开发井钻井作业，待钻井完成后进行上部组块安装和调试投产。该油气田在完成开发井钻井准备安装上部组块时，发现导管架上一根泵护管和ROW2立面一根斜拉筋受损（图 1），经分析判断为：在自升式钻井平台撤离至上部组块准备吊装安装的空隙期，一条不明小型船舶蓄意碰撞或误撞导管架，导致船头冲入导管架ROW2面，其右舷底部撞击斜拉筋致其受损，其船头撞击泵护管导致其凹陷。

该平台所处海域水深约80 m（海图基准水深），设计寿命20年。导管架为4腿8群桩结构，重量约3 000 t，上部组块重量约3 000 t。

2 结构检测和评估 2.1 检测方法和设备

导管架结构检测是评估和修复工作的前提和依据。在结构受损后，对导管架进行了详细的检测，主要使用了GVI检测、CVI检测、ACFM检测、直线度测量及FMD进水检测等方法^[2]，相关检测设备见表 1。其中：

（1）GVI检测：称为一般目视检查，与详细目视检查（DVI）、特别详细目视检查（SDI）相区别，是对某个内部或外部区域进行目视检查以发现明显的损伤、失效或不规则。

（2）CVI检测：称为近距离目视检查，是对某个内部或外部区域进行近距离目视检查以发现明显的损伤、失效或不规则。

（3）ACFM检测：交流电磁场检测法，是一种新型的无损检测和诊断技术，用于检测金属构件表面和近表面的裂纹缺陷，可以测量裂纹的长度和计算裂纹深度，具有非接触测量、受工件表面影响小的特点。该检测技术在海上设施的水下无损检测中应用愈来愈广泛。

（4）FMD检测：利用超声波原理对平台导管架杆件进行进水探测的先进水下检测技术。

2.2 检测范围及结果

由于泵护管不参与结构强度计算，且经检测分析不影响海水泵的下放及使用，因此重点对导管架受损的斜拉筋及其周围杆件进行了检测。检测主要分为水上、水下两部分，首先对受损斜拉筋凹陷部位进行测量，经测量凹陷长度约1 400 mm（轴向），宽度约800 mm，最大深度约110 mm，凹陷距离X撑交叉点约1 500 mm，凹陷轴向位置位于12点至4点位（假定斜拉筋正上方位为12点位），然后对标高EL（+）7 000至EL（-）10 000范围内的导管架受损斜拉筋、相关杆件和节点（图 2）进行了全面的GVI检测、CVI检测、ACFM检测、直线度测量及FMD进水检测，检测结果如下：

（1）直线度测量结果

（a）受损斜拉筋（203-105）直线度，见表 2。

（b）相近斜拉筋（103-1204）直线度，见表 3。

（c）相近斜拉筋（205-1204）直线度，见表 4。

（d）水平拉筋（103-105）直线度，见表 5。

（2）GVI检测结果

二级目视检测人员对导管架的四个主腿、水平拉筋、斜拉筋进行了一般目视检测（GVI检测），其中：水上部分用肉眼直接观察，水下部分借助ROV进行观察。检测结果显示除被撞斜拉筋发生凹坑损伤和油漆开裂外，其他部位未发现明显变形和异常。

（3）CVI检测结果

目视检测人员对关键节点（103、105、203、205、1204）进行了近距离目视检测（CVI检测），对关键节点及周围结构检测，未发现有肉眼可见的裂纹、凹陷、变形等异常损伤。

（4）ACFM检测结果

对水上及水下的关键焊缝进行了ACFM检测，共计完成41条焊缝检测，未发现焊缝裂纹。

（5）FMD检测结果

对受损斜拉筋（105-1024）及周围斜拉筋（103-1024、203-1024、205-1024）进行了进水检测，未发现有进水信号。

2.3 结构评估

通过结构评估判断受损导管架是否满足组块安装要求。根据检测结果，选择一年一遇操作环境条件和百年一遇极端环境条件^[3]，并考虑斜拉筋受损凹陷（状态1）和受损拉筋完全失效（状态2）两种状态，对平台进行了静力计算。经评估论证，导管架平台在不进行修复的情况下，短期内结构强度满足组块安装要求，按照既定计划进行了组块安装。静力计算结果见表 6、表 7。

（1）杆件UC

（2）节点UC（LOAD UC）

3 修复方案比选 3.1 修复方案介绍

为保证油田投产后导管架平台在服役期的绝对安全，需要对导管架进行永久修复。经过研究形成了内部灌浆、安装卡箍和更换受损杆件三种修复方案。

方案一：受损斜拉筋内部灌浆方案

如图 3所示，首先在受损斜拉筋上端设置出气孔和灌浆孔，然后向受损斜拉筋内灌注水泥，最终达到对受损斜拉筋修复的目的。为改善水泥对节点疲劳的影响，在灌注水泥之前先向斜拉筋底端一定长度范围内灌注细砂，斜拉筋顶端一定范围内不灌注水泥。

方案二：安装保护卡箍方案

如图 4所示，根据受损斜拉筋结构尺寸和检测结果，在陆地预制一个合适尺寸的保护卡箍，在海上通过吊装等方式安装在受损部位，并向保护卡箍和受损斜拉筋之间的空隙灌注水泥，最终达到对受损斜拉筋修复的目的。

方案三：更换受损杆件

如图 5所示，该修复方式首先需要陆地预制并在海上安装围堰将海水与斜拉筋隔离^[4]，然后将受损斜拉筋进行切除，最后将预制好的新拉筋安装在受损位置并完成焊接，最终达到修复的目的。

3.2 修复方案比选 3.2.1 方案对比

以上三种修复方案的对比见表 8。

综合分析受损杆件检测结果、修复方案的优缺点及施工费用，最终选定斜拉筋内部灌浆方案为最终推荐修复方案。

3.2.2 推荐方案校核

利用SACS软件对修复后的导管架进行了结构建模和计算校核^[5]，评估推荐的修复方案是否可对导管架受损杆件起到修复加强的效果。其中：（a）被撞斜拉筋的凹陷部位用Dent截面进行模拟（图 6），并考虑其不直度；（b）灌浆模拟采用双层管与Dent截面进行模拟，杆件两端端部一段范围内按照不灌浆进行模拟；（c）刚度模拟时，SACS软件对于双层管模拟的杆件无法模拟灌浆对刚度的影响，参考中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》中的计算方法，取钢管与混凝土两部分刚度进行简单叠加，得到较为保守的刚度修正值；（d）节点疲劳计算，对于非灌浆节点由SACS软件自动计算，对于灌浆杆件的节点采用有限元计算得到应力集中系数（SCF），再将该值输入SACS程序中计算疲劳寿命。分别进行了结构静力计算、动力计算、疲劳计算、地震计算、倒塌计算，计算结果显示灌浆修复后的导管架结构强度和节点疲劳寿命满足规范要求，修复方案最终通过了BV船级社审核。

4 修复施工

为模拟海上施工过程，检验灌浆作业的可行性并对灌浆修复效果进行评估，首先对选定的修复方案进行陆地试验。

受损杆件用ϕ972×22 mm管件进行模拟，管长5 m，倾斜角度50°（图 7）。按照陆地试验程序进行装砂和灌浆等模拟作业。模拟试验工作完成72小时后，对模拟杆件进行了切割处理，结果显示泥浆与管壁结合情况良好，泥浆渗入细砂深度约2 mm；对灌注的水泥浆进行了水泥压块试验，3天和28天强度结果均满足规范要求。

结合陆地试验结果，编制完成受损斜拉筋修复施工程序。按照施工程序要求，在海上现场对导管架受损斜拉筋进行了钻孔、注砂、灌浆、补漆等作业，历时17天最终顺利完成了导管架受损部位的修复工作。截至2018年5月，该平台运行情况良好。

5 结论和建议

（1）导管架在未安装上部组块前水面以上部分较短，虽然在顶部设置了障碍灯，但仍未被过往船只识别和发现，造成此次碰撞事件。建议靠近航道的平台增加其他识别或提醒措施（如声呐等），减少碰撞事件的发生。

（2）修复方案的选择与修复效果、施工费用、施工难度及工作量大小等因素有关，需综合考虑各因素影响，确定最优修复方案。

（3）灌浆修复会对平台的整体刚度产生影响，建议在平台服役期间增加对平台的监测频率和力度，确保平台安全。