深水工程勘察船總體性能研究

桂 滿 海

（上海船舶研究設計院，上海 200032）

0 引 言

我國擁有廣闊的深水海洋石油資源，發展深水裝備刻不容緩。“海洋石油708”深水工程勘察船具有探測天然氣水合物、大洋濁流沉積和淺層高壓水等深水災害性地質特征功能，具備在 3000m水深實施工程地質勘察(鉆孔)能力，是一艘集成度和自動化程度高，作業功能復雜多樣，能滿足多學科、多手段綜合工程勘察作業要求的多功能復合型深水作業船。其自主詳細設計填補了國內在該領域的空白，具有國際同類型船一流水準。該船已于2011年順利交付。

1 主尺度、船級及主要功能參數

1.1 主尺度

表1 “海洋石油708”主尺度

1.2 船級

該船（包括船體、輪機、電氣及特殊設備等）按中國船級社（CCS）和挪威船級社（DNV）現行的規范和規則進行設計、建造，并受之檢驗，取得船級符號，故取得兩船級社雙重船級（Dual Class）證書。

CCS船級符號：

★ CSA Research Ship（2008 Special Purpose ship）, Helicopter Facilities，Ice Class B3，COMF(NOISE 3),COMF(VIB 3), Clean, PSPC (B)

★ CSM AUT-0, DP-2, Electrical Propulsion System

DNV 船級符號：

1A1，DYNPOS AUTR, Ice Class 1C, E0，Heldk，Clean，NAUT OSV(A)&(T), COMF V(3) C(3)

1.3 主要功能

1) 工程地質鉆孔作業：采用動力定位（DP-2）系統，鉆機能力為3600m；

2) 模擬工程物探調查作業；

3) 單電纜二維高精度數字地震調查作業；

4) 海底表層采樣（包括水合物采樣，取樣絞車容繩量為3300m）；

5) ROV（Remotely Operated Vehicle）功能；

6) 配備150t大型海洋工程起重機；

7) 配備250t A字架，海上工程支持服務；

8) 起降直升機。

2 主要性能設計要點

2.1 耐波性

該船擁有多種作業功能并配置了多種特種設備，這些功能和設備的配置對船體的耐波性能有很高的要求，若船體在零航速時的耐波性不好，會直接影響這些設備的作業安全和作業效率。為此，該船在設計階段時在國內知名試驗室進行了耐波性物理模型試驗。試驗內容包括零航速下船舶在規則波和不規則波中的運動測量，浪向有迎浪、艏斜浪、橫浪、艉斜浪和隨浪。運動測量包括縱搖、橫搖、垂蕩、船上指定位置的3個方向加速度以及指定位置的相對波面的垂向運動，同時結合波浪譜對以上測量內容進行了短期預報。實驗中不規則波譜采用的是JONSWAP譜，γ=3.3。表2是鉆井作業工況的運動預報值，表3是起重作業工況的運動預報值[1]。

表2 鉆井作業工況的運動預報值

根據加速度的試驗結果得出：有義波高為3m情況下直升飛機甲板中心處，最大垂向加速度有義值為0.15g（g為重力加速度），起重機臂頂點處，最大垂向加速度有義值為0.10g，月池中心處為0.09g。

該船良好的耐波性保證了大型設備如大型海洋工程起重機，鉆機系統和直升飛機平臺等的正確選型和作業的安全性，同時也給結構設計提供了有效的依據。

2.2 穩性

2.2.1 完整穩性

除了常規的航行裝載工況，該船還有鉆井和起重作業工況需要校核完整穩性。對于鉆井工況，在3000m水深作業時，鉆機系統頂驅所持有的最大鉆桿重量假定為150t，其重量重心應放在頂驅作業可移動到達的最高點，同時在作業甲板上還應裝載有適當的其他作業設備，這個假定大大提高了船舶完整穩性的要求。對于起重作業工況，兩個船級社對起重作業的穩性考慮是不同的，CCS是以不對稱裝載（包括風壓、吊重及其他所有不對稱裝載）船舶的GM（初穩性高）值和最小傾覆力臂值的大小來衡準穩性的[2]；DNV是以氣象衡準來考核[3]，與航行船舶的氣象衡準相比，起重船的氣象衡準考慮了不對稱裝載（包括吊重和其他所有不對稱裝載）對靜傾角的影響，同時只對靜傾角以正的GZ（復原力臂）曲線進行考核。

2.2.2 破艙穩性

該船的破艙穩性滿足新生效的MSC.266(84)決議《特種用途船舶安全規則》2008[4]（簡稱 SPS 2008），并取得了CCS和DNV相應的船級符號。其破艙穩性是按生效的MSC.194(80)和MSC.216(82)的要求[5]來計算和校核的。因為SPS 2008與被替代的IMO .534(13)《特種用途船舶安全規則》相比較破艙穩性的算法和理念完全不一樣[6]，這樣就對特種用途船的分艙提出了更高的要求。與以往設計的該類型海洋工程作業船舶相比，為了滿足新的破艙穩性要求，在船中附近采用了一些左右連通的空艙，以調整破損后的浮態，來提高殘存概率和分艙指數。圖1是根據計算結果給出的該船的極限GM曲線，同時圖中也給出了不滿足雙層底要求的底部破損的極限GM曲線。

圖1 極限初穩性高曲線

3 結 語

深水工程勘察船的設計除了上述的幾點之外還有很多先進的理念和技術，例如NAUT-OSV(A)的要求、船舶舒適性的要求、環保節能方面的技術和特種作業設備的選型等等。由于海洋工程裝備不僅支撐著中國海洋油氣的開發，還能帶動冶金、機械和精密儀器等多個工業部門的發展，因此該產業目前已進入戰略性新興產業之列[7]。作為一個高附加值產品，其開發和設計之路必是坎坷的，希望本文能夠提供一些參考和啟發。

[1] 高家鏞，陳昌運. 深水工程勘察船耐波性船模試驗報告[R]. 2009.

[2] 中華人民共和國海事局. 船舶與海上設施法定檢驗規則-國內航行海船法定檢驗技術規則[S]. 2004.

[3] DNV Rules for Classification of Ships[S]，2011.

[4] MSC.266(84)決議《特種用途船舶安全規則》[S]. 2008.

[5] SOLAS Consolidated Edition[S]. 2009.

[6] 周 健.《特種用途船舶安全規則 2008》對起重/鋪管船設計新要求分析[J]. 上海造船，2011, (2): 59-63.

[7] 張廣欽. 關于進軍海工裝備市場的思考與對策[J]. 上海造船，2011, (1): 55-58.