深水半潛式鉆井平臺傾斜試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究

朱明

摘要：某型號深水半潛式鉆井平臺為第六代鉆井平臺之一，完全由我國企業(yè)自主設(shè)計(jì)研發(fā)，為我國在深水及超深海水水域石油天然氣開采提供了強(qiáng)有力的保障。詳細(xì)介紹了平臺傾斜試驗(yàn)范圍、目的、原理;對試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作進(jìn)行了闡述;并設(shè)計(jì)了試驗(yàn)步驟流程，根據(jù)試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，最終計(jì)算出平臺傾斜實(shí)驗(yàn)的預(yù)計(jì)裝載狀況。

關(guān)鍵詞：深水海域;半潛式;鉆井平臺;傾斜試驗(yàn);裝載預(yù)測

0 ?引言

某型號深水半潛式鉆井平臺，是國內(nèi)最先進(jìn)的第六代鉆井平臺之一。平臺采用A5000船型，設(shè)計(jì)時充分考慮到南海惡劣海況條件，采用DP3動力定位方式，適用于全球1500m水深海域作業(yè)，設(shè)計(jì)壽命為25年，可以抵御中國南海百年一遇的惡劣海洋環(huán)境的影響。在海上石油鉆井開采作業(yè)，需要定期對平臺進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，目的在于確定空船的實(shí)際排水量及其重心的實(shí)際位置[1]。

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1.1 試驗(yàn)范圍及目的

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，除中華人民共和國船舶檢驗(yàn)局另有規(guī)定外，船舶傾斜試驗(yàn)與靜水橫搖試驗(yàn)實(shí)施指南適用于懸掛中華人民共和國國旗的民用海船與內(nèi)河船舶。這些船舶按指南的規(guī)定進(jìn)行傾斜試驗(yàn)。傾斜試驗(yàn)的目的在于確定空船的實(shí)際排水量及其重心的實(shí)際位置。而對于空船的定義，一般是指處于可正常航行的船舶，但沒有裝載船用消耗備品、物料、貨物、船員和行李，且除機(jī)械和管系液體（如處于工作狀態(tài)的潤滑油和液體油）外，沒有任何其他液體[2]。

1.2 試驗(yàn)原理

傾斜試驗(yàn)是通過移動船上的某些已知重量，使船舶產(chǎn)生一個較小的橫傾角，按照船舶靜力學(xué)的基本原理，由測量數(shù)據(jù)算出空船的排水量及其重心位置。試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的重心位置由如下公式?jīng)Q定：

GM表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的初穩(wěn)性高度，單位：m;W表示試驗(yàn)中移動的重量，單位：t;Y表示重量橫向移動的距離（向左舷移動為正），單位：m;Δ表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的排水量，單位t;θ表示試驗(yàn)測得的橫傾角（左傾為正），單位：deg;XG表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的重心縱向坐標(biāo)（船中前為正），單位：m;XB表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的浮心縱向坐標(biāo)（船中前為正），單位：m;ZG表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的重心垂向坐標(biāo)，單位：m;ZB表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的浮心垂向坐標(biāo)，單位：m;φ表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的縱傾角（船尾傾為正），單位：deg;KM表示試驗(yàn)狀態(tài)下船舶的橫穩(wěn)心垂向坐標(biāo)，單位：m。

對于平臺空船重量主要包含船體鋼板、外舾裝、機(jī)械和電器設(shè)備、舾裝件和固定設(shè)備。船級社要求之外的備件、工具以及其他附件。平臺可變載荷重量主要是指隨著平臺裝載情況而變化的負(fù)載，如任何第三方設(shè)備、甲板貨物、燃油、潤滑油、壓載水、淡水、消耗品和船員及其行李。也包括系泊纜繩和錨鏈、鉆桿和鉆井工具、防噴器單元和水下機(jī)器人。

對于平臺坐標(biāo)系設(shè)定為：X軸為縱向方向，原點(diǎn)在FRO，船首為正;Y軸為橫向方向，左舷為正;Z軸為垂向方向，基線向上為正。

2 ?傾斜實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備

2.1 人員的準(zhǔn)備

傾斜實(shí)驗(yàn)期間平臺上的人盡可能的少，只有參與實(shí)驗(yàn)的人和船舶操作的安全人員在船;實(shí)驗(yàn)期間除非有緊急情況，不允許任何人中途上下船舶;每次讀取擺錘讀數(shù)時，平臺上的人員應(yīng)回到初始位置;實(shí)驗(yàn)時，所有人員的數(shù)目應(yīng)記錄清楚。預(yù)計(jì)人員主要包括DNV和CCS的現(xiàn)場驗(yàn)船師、現(xiàn)場船東、船廠總體工程師、拖輪操作人員、擺錘記錄員、吊車操作人員和甲板工、系泊人員。

2.2 所需文件的準(zhǔn)備

傾斜實(shí)驗(yàn)一周前應(yīng)通知DNV、CCS和船東有關(guān)實(shí)驗(yàn)的時間地點(diǎn)和斜實(shí)驗(yàn)期有關(guān)程序：船舶標(biāo)志;日期、時間、地點(diǎn);傾斜實(shí)驗(yàn)的重塊、數(shù)量、重量證書、調(diào)運(yùn)方法和期望傾斜角度。需提交給CCS和DNV有靜水力表、總布置圖、艙容表和艙容圖、傾斜實(shí)驗(yàn)大綱等。

2.3 傾斜實(shí)驗(yàn)的天氣條件

試驗(yàn)應(yīng)在平靜的、風(fēng)力不大于蒲氏2級的天氣條件下進(jìn)行。如滿足這些條件確有困難時，經(jīng)驗(yàn)船師同意，也可在風(fēng)力不大于蒲氏3級的天氣條件下進(jìn)行。試驗(yàn)應(yīng)盡量安排在船塢內(nèi)進(jìn)行，或安排在平靜、不受外來干擾的圍蔽水域（浪級不超過2級）內(nèi)進(jìn)行。受客觀條件限制，經(jīng)驗(yàn)船師同意，也可在有潮流的水域內(nèi)進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，但應(yīng)盡量安排在平潮時進(jìn)行，且船首應(yīng)正對流向。

2.4 傾斜實(shí)驗(yàn)的船體條件

平臺在建造完成或接近完成，處于或接近處于設(shè)計(jì)規(guī)定的的空船狀態(tài)，沒完成的需要增加，減少或者需要重新定位的重量;清除一切必要的多余物品，如船廠設(shè)備腳手架等;所有可移動的物品應(yīng)固定，試驗(yàn)中使用吊車移動重塊后要將吊車放回原位;甲板上空倉內(nèi)不能有液體;試驗(yàn)期間停止其他一切作業(yè);所有推進(jìn)器在未安裝狀態(tài);裝有液體的艙室，深艙20-80%，雙層底40-60%，滿倉應(yīng)為100%。

3 ?傾斜試驗(yàn)實(shí)施

3.1 傾斜實(shí)驗(yàn)前的吃水狀態(tài)

預(yù)定的傾斜吃水大約為15.7m，保證橫撐浸沒在水線以下，這樣保證整個傾斜實(shí)驗(yàn)過程中，水線面基本保持不變，實(shí)驗(yàn)時水深要超過18m以上。吃水讀取應(yīng)在平臺四個裝腿都有讀取;海水的密度和溫度應(yīng)在平臺周圍6個不同地點(diǎn)測量取樣，取樣水深應(yīng)為吃水的一般作業(yè)即7.9m左右;傾斜實(shí)驗(yàn)時盡量沒有橫傾和縱傾，如果不能達(dá)到，橫傾最大不能超過1°，縱傾不能超過船長的1%。試驗(yàn)期間停止其他一切作業(yè);所有推進(jìn)器在未安裝狀態(tài);裝有液體的艙室，深艙20-80%，雙層底40-60%，滿倉應(yīng)為100%。

3.2 傾斜實(shí)驗(yàn)重塊重量及擺錘設(shè)置計(jì)算

所有傾斜移動重塊的重量應(yīng)能使平臺傾斜1-2°;所有重塊的平臺坐標(biāo)應(yīng)準(zhǔn)確無誤，且滿足平臺強(qiáng)度要求;每塊重塊的重量準(zhǔn)確無誤，并在船級社和船東的監(jiān)督下進(jìn)行稱重，測量設(shè)備證書要給船東查驗(yàn);重塊的順序和移動編號應(yīng)事先標(biāo)記清楚，以免混亂;使用船上吊車移動后應(yīng)將吊車復(fù)位。

傾斜實(shí)驗(yàn)三個擺錘應(yīng)安放在船舶的不同位置;擺線的長度至少超過9m以確保平臺傾斜1°時有超過150mm的位移。本船傾斜實(shí)驗(yàn)的預(yù)計(jì)傾斜角以及擺錘的橫移距離計(jì)算為：

傾斜實(shí)驗(yàn)的擺錘詳細(xì)位置如表1所示，擺錘和水槽位置示意圖如圖1所示。

3.3 傾斜實(shí)驗(yàn)步驟流程

實(shí)驗(yàn)前，對船舶狀態(tài)進(jìn)行檢查，記錄船舶沒完成的部分，做好重量記錄分析;對艙室測深并記錄，通過測深尺檢查艙底;記錄傾斜實(shí)驗(yàn)移動重塊的初始位置;按要求測量船舶吃水和船舶海水密度和溫度;人員保持預(yù)定位置，測量擺錘長度及初始位置，檢查擺錘的有效性;按圖紙順序移動重塊后記錄擺錘傾斜數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)過程預(yù)測出空船重量和重心，如表2所示[3]。

通過上述試驗(yàn)獲得甲板重塊的移動力矩曲線圖，如圖2所示。

按照試驗(yàn)步驟，記錄好甲板重塊的裝載數(shù)據(jù)，淡水艙及日用柜艙的裝載數(shù)，壓載水艙的裝載數(shù)據(jù)，最終計(jì)算出平臺傾斜實(shí)驗(yàn)的預(yù)計(jì)裝載狀況。

4 ?結(jié)論

全球海洋油氣儲備豐富，可探明儲量超過一半處于海洋深水及超深水領(lǐng)域。我國自主投資興建某型平臺采用先進(jìn)DP3動力定位系統(tǒng)可有效抵抗洋流、超級風(fēng)力干擾。通過平臺傾斜試驗(yàn)研究，有利于進(jìn)一步獲取各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、穩(wěn)定平臺功能。海洋石油深水半潛式鉆井平臺研制與應(yīng)用極大提升了我國深水鉆井開采深水水域石油的綜合能力，推動該項(xiàng)技術(shù)步入國際領(lǐng)先位置，有利于促進(jìn)我國技術(shù)裝備參與國際能源領(lǐng)域的合作。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘方豪.深水半潛式鉆井平臺錨泊定位系統(tǒng)研究[D].上海交通大學(xué)，2006.

[2]史琪琪，楊建民，肖龍飛.深水錨泊定位半潛式鉆井平臺性能數(shù)值與試驗(yàn)研究[J].海洋工程，2011（04）：33-40.

[3]趙晶瑞，馮瑋，杜慶貴.半潛式鉆井平臺錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2016（8）：62-66.