自升式鉆井平臺半潛浮裝可行性分析

梁學先，朱起東，江 錦，趙博朋

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

隨著海洋石油工業向深水化和國際化的方向發展，大型海上石油鉆井平臺的長距離干拖運輸成為了關鍵，作為關鍵載體的半潛船，相應的半潛浮裝技術應運而生。目前世界上半潛船浮裝業務處于壟斷狀態，主要由四家公司經營，包括中遠航運、Dockwise、Ocean Heavylift和FAIRSTAR公司。

本文以5萬t海洋石油278半潛船浮裝自升式AMAZON鉆井平臺為例，詳細分析了半潛船在高支墩下浮裝的可行性。通過對浮裝過程中半潛船的浮態、壓載等分析，得出船舶的強度及穩性變化曲線，提出了浮裝過程的風險控制點，并對關鍵的壓載步驟進行了優化，保證了整個浮裝過程中作業的安全。

1 半潛船浮裝作業設計

1.1 天氣和海況條件

采用海洋石油278半潛船浮裝的AMAZON鉆井平臺如圖1所示。

圖1 AMAZON鉆井平臺

進行浮裝作業之前，必須要有未來72 h可接受的天氣預報，并且在作業過程中，天氣預報或者氣象圖必須每6 h報送到施工現場一次。現場的海況必須滿足以下條件：有義波高≤0.5 m，涌浪≤0.3 m，波/涌周期5～7 s，風速≤15 kn，流速≤2 kn，同時白天作業時的可見度不小于2 n mile。以上天氣窗口至少保持24 h以上，最終實際的作業條件，將由項目經理、海事保險、作業船長共同商議確定。

1.2 鉆井平臺浮態和半潛船最大潛深

（1）鉆井平臺浮態的確定。半潛船浮裝之前，應確定鉆井平臺的浮態是否滿足浮裝作業的要求，如不能滿足，應根據其艙室布置情況進行預壓載，使得鉆井平臺有一個較為理想的浮態、吃水等。

（2）半潛船最大潛深。AMAZON鉆井平臺船體主尺度為50 m×37 m×6 m，浮裝裝船吃水3.7 m，裝船質量6 760 t。由于平臺底部有突出的樁靴，突出長度約1.7 m，需要在平臺底部預制高度為2.14 m的支墩，因此半潛船設計作業水深達22.84 m[1]，半潛船最大吃水21.84 m[1]，小于設計潛深26.8 m。半潛船最大潛深有關參數見表1。

表1 半潛船最大潛深有關參數

1.3 半潛船浮裝作業

浮裝作業前，應對半潛船進行準備工作檢查：

（1）應嚴格按照設計，檢查甲板支墩、定位樁布置。

（2）檢查半潛船帶纜繩是否處于完好狀態，滿足作業要求，若發現破損應及時更換。

（3）確保半潛船壓載系統完好，以保證整個作業期間安全。

在確保半潛船整船狀態完好的情況下，開始進行浮裝作業前的預壓載工作，將半潛船壓載至裝船設計吃水，將鉆井平臺拖至半潛船左舷100 m外待命，將主拖輪更換為港作拖輪后進行浮裝作業。浮裝作業布局如圖2所示。

2 半潛船浮裝作業穩性要求

有關規范對半潛作業的穩性要求如下[2-3]：

（1）半潛船滿載甲板貨物準備下潛時，經自由液面修正后的初穩性高度不小于1.0 m。

圖2 浮裝作業布局示意

（2）半潛船滿載甲板貨物時，在舉升甲板入水或出水過程中，其穩性應滿足下列衡準之一：第一，在基本無浪的平靜水域，蒲氏風級不超過3級時，經自由液面修正后的初穩性高度不小于0.05 m，或蒲氏風級不超過5級時，經自由液面修正后的初穩性高度不小于0.1 m。第二，在蒲氏風級不超過6級，有義波高不超過0.5 m的水域；或蒲氏風級不超過4級，有義波高不超過1 m的水域，經自由液面修正后的初穩性高度不小于0.15 m。

（3）半潛船下潛至最大沉深時，經自由液面修正后的初穩性高度不小于0.5 m。

（4）半潛船甲板上無承載物時，在下潛或上浮的任何階段，經自由液面修正后的初穩性高度均不應小于0.15 m。

3 浮裝作業計算建模

采用MOSES程序[4]對半潛船浮裝作業進行計算分析，優化浮裝過程中半潛船狀態及壓載方案，并通過計算模擬，預知下潛過程中可能會發生的問題和風險。

采用MOSES軟件建立實船模型，其坐標系建立如下：總體坐標系（Global Coordinate System）用來跟蹤船體的位置信息，其原點取在水平面，Z軸向上為正；半潛船和鉆井平臺分別按照自身的坐標系統建模，然后再進行模型組合。鉆井平臺和半潛船整體模型及坐標系見圖3。

4 浮裝過程分析

圖3 鉆井平臺和半潛船整體模型及坐標系

從海洋石油278半潛船在浮裝過程中的穩性考慮，在甲板出水的一瞬間，由于船體水線面的突然減小，必然會引起船舶穩性高度的突變，影響到船舶的安全。為了保證甲板出水時駁船的安全，確定海洋石油278半潛船的最佳出水狀態，采用了不同的方式進行下潛分析。通過壓載使得半潛船甲板出水前產生足夠的艏傾，保證船體具有充足的水線面，且緩慢地減小，不致于產生船舶失穩[5]。

4.1 半潛船空船下潛穩性校核

由于船舶甲板無載重，空船下潛相對容易，但必須保證半潛船以艏傾狀態下潛，且下潛過程中保持橫穩心高GMT始終大于0.15 m。為便于現場船舶壓載作業，并保證船舶穩性，將下潛過程的壓載分為14步進行計算，壓載過程中逐步選擇合適的艙室，壓載至滿艙狀態，避免過多的自由液面對半潛船的穩性產生影響。

下潛過程中半潛船橫穩心高GMT最小值為0.87m，滿足要求。GMT最小值出現在第11步，此時船尾甲板沒入水面，甲板剛好全部入水，船體的水線面達到最小。海洋石油278空船下潛吃水及穩心高變化曲線見圖4。

4.2 半潛船上浮過程優化分析

半潛船載貨上浮時，按照艏傾4 m進行初步壓載分析，上浮過程分為14步。由于2.14 m高支墩的影響，半潛船艉甲板出水時，鉆井平臺底部大部分已出水，不能夠提供足夠的水線面來保證整個系統的穩性，半潛船上浮過程中發生GMT＜0 m的情況，船舶4 m艏傾狀態不滿足規范要求。

圖4 海洋石油278空船下潛吃水及穩心高變化曲線

通過進一步優化計算，將上浮過程細分為26步，半潛船甲板出水時的艏傾調整為7.2 m，整個上浮過程中橫穩心高GMT較小值主要分布于兩個階段：第一個階段是半潛船剛剛與鉆井平臺接觸階段，即前3步；第二個階段是半潛船艉部甲板出水階段，即從13步至18步，GMT最小值0.61 m，滿足要求。優化壓載后，半潛船載貨上浮過程中的吃水和穩心高度變化曲線見圖5。

圖5 海洋石油278船上浮吃水及穩心高變化曲線

4.3 半潛船總縱強度校核

對海洋石油278上浮過程中船體的總彎矩和剪力進行了校核，最大彎矩為許用值的34%，最大剪力為許用值的45%，其結果均滿足強度要求。上浮過程中，海洋石油278船彎矩及剪力曲線見圖6。

圖6 上浮過程中海洋石油278船彎矩及剪力曲線

4.4 半潛船上浮作業關鍵點

由詳細的可行性分析可知，半潛船載貨上浮階段的調載分為26步，對實際操作來講，需要分析現場作業風險點。根據半潛船的穩性和浮態，選取以下幾個關鍵點來控制整個上浮過程的調載作業。調載關鍵點選擇見表2；壓載進行至12步時，艉甲板即將出水狀態見圖7。

表2 上浮調載作業關鍵點

圖7海洋石油278船艉甲板即將出水的狀態

5 結束語

綜合本文對鉆井平臺浮裝過程進行可行性分析和評估的結果，可得到以下結論：

（1）為降低水線面驟減對半潛船穩性產生的不利影響，半潛船出/入水一般應控制為艏傾狀態。

（2）在半潛船主甲板完全入水后，應盡量減少含有自由液面的壓載艙的數量，將自由液面對穩性的影響降到最小。

（3）由于甲板高支墩的存在，需細化半潛船載貨上浮艉甲板出水過程的壓載步驟和順序，加大半潛船艏傾，以防止因受自由液面的影響而導致半潛船橫穩心高GMT＜0 m的狀況發生。