深水導管架下水駁船適用性改造技術研究

崔廣亮，何 敏，魏佳廣，陳凱超，邱 煒

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

樁基式導管架平臺是海上油氣田開發應用最為廣泛的固定式平臺[1]。在我國，通過幾十年的發展，對樁基式導管架平臺的研究取得了長足的進步，積累了大量的設計施工經驗。目前，我國已經能夠完全掌握200 m水深樁基式導管架平臺的設計、建造及安裝技術。近年來，隨著油氣田的勘探開發逐步走向深水，200～300 m水深的可開采油藏被相繼發現，從技術難度及經濟性角度來看，此水深范圍的油氣田開發應用樁基式導管架平臺仍舊是比較經濟的選擇[2]。

深水導管架建造完工后，采用下水駁船將導管架運輸到油田施工現場，通過滑移下水的方式進行海上安裝。由于深水導管架具有結構尺寸大、重量大及重心高等特點，因此對下水駁船有著較高的技術要求。以陸豐15-1DPP導管架為例，施工現場水深約286 m，導管架尺寸為95 m×95 m×300 m，設計質量約30 500 t，世界范圍內有能力完成該導管架安裝下水的駁船僅有荷蘭的“H-851”船和我國的“海洋石油229”船，而“H-851”船在同時段另有施工計劃，不能滿足陸豐項目的工期要求，因此“海洋石油229”船將成為陸豐15-1DPP導管架海上安裝的唯一駁船資源。

“海洋石油229”船是30 000 t級導管架下水駁船，運輸陸豐15-1DPP導管架已達到船舶性能的極限。本項目以陸豐15-1DPP導管架為例，對“海洋石油229”船完成深水導管架運輸下水的適用性進行分析，并對船舶局部改造進行可行性技術研究。

1 船舶主要技術參數

“海洋石油229”船為T型下水駁船，主要技術參數見表1[3]，駁船船體形式見圖1。

表1 “海洋石油229”船主要參數

圖1 “海洋石油229”下水駁船

2 “海洋石油229”船適用性分析

2.1 導管架裝船布置

陸豐15-1DPP導管架采用臥式建造，總長度達到300 m，導管架裝船布置方案如圖2所示。裝船時導管架底部需要探出船首，以減小船尾處導管架探出部分對船體的集中載荷。

圖2 導管架裝船布置示意

2.2 導管架運輸工況穩性計算分析

依據導管架裝船布置方案，應用MOSES專業計算軟件對陸豐15-1DPP導管架及“海洋石油229”船進行建模，選取駁船首吃水8.0 m，縱傾角0.133°，風速100 kn為輸入數據，對導管架運輸工況船舶穩性進行計算分析，計算結果見表2。

表2 船舶穩性計算結果（運輸工況）

上述計算分析表明，下水駁船在導管架運輸工況下有良好的穩性，各項分析結果滿足DNV規范要求。

2.3 導管架下水前工況穩性計算分析

導管架滑移下水前，駁船將通過調整各個艙室的壓載水容量，使駁船調整至縱傾4.0°，此時船中吃水11.22 m，船舶吃水狀態見圖3。

圖3 導管架下水前駁船吃水示意

根據DNV規范要求，選取50 kn風速作為環境輸入工況，對導管架滑移下水前駁船的穩性進行計算分析，計算結果見表3。

表3 船舶穩性計算結果（下水前工況）

根據導管架下水前穩性計算分析結果可以看出：面積比為0.92，小于DNV規范要求。由此可知，導管架滑移下水前駁船的動穩性不足，“海洋石油229”船下水能力無法滿足項目需求，應進行適用性改造。

2.4 “海洋石油229”船總縱強度計算分析

根據船舶穩性計算時的船舶吃水狀態及環境條件，對“海洋石油229”船運輸工況、導管架下水前工況以及導管架下水翻轉工況進行總縱強度計算分析，計算結果見表4及表5。

表4 船舶彎矩計算結果

表5 船舶剪力計算結果

根據導管架下水前穩性計算分析結果可以看出：在下水翻轉工況下駁船距離船頭95 m位置最大彎矩值超出船舶設計許用值，船舶需進行適用性改造，改造中應當對總縱強度進行提升。

3 “海洋石油229”船適用性改造方案研究

影響船舶穩性的外因主要是傾斜力矩的作用，例如風浪作用、貨物移動、拖船急牽以及船舶回轉等；內因則主要是復原力矩，取決于排水量、重心和浮心的相對位置等因素[4]。在實際工程應用中，外因是不可避免且無法改變的，只能從內因的主要影響因素進行分析。陸豐15-1DPP導管架的長度和體積都較駁船大，調整裝船位置對導管架自身結構強度影響較大，并且不能有效地改善運輸穩性，因此只能通過增加船舶寬度和調整排水量來提高船舶穩性。“海洋石油229”船是獨特的楔形結構，船尾寬度65 m，增加船尾的寬度會大幅增加運輸過程中的拖航阻力，鑒于實際拖航船舶資源限制和安全考慮，因此考慮在船舶中部楔形型寬變化處增加臨時浮箱以提高船舶穩性是更為合適的方案。通過多次迭代計算分析，在船舶左右兩舷對稱位置各增加一個長50 m、寬11.5 m、高14.25 m的浮箱，能夠滿足穩性要求。如圖4所示：浮箱布置在船中部船寬過渡位置，關于中軸線對稱分布，高度與型深相等，頂部與駁船甲板平齊，底部與駁船龍骨平齊，浮箱采用焊接方式與船體連接，同時新增浮箱分艙并兼作壓載艙使用。新增浮箱正處于船舶彎矩值超出設計許用值位置，新增浮箱的結構形式應充分考慮能夠提升船舶總縱強度。

圖4 增加浮箱后的船舶總布置示意

3.1 駁船改造后導管架運輸穩性計算分析

原有導管架裝船布置方案不變，調整壓載方案，使下水駁船船首吃水8.3 m，縱傾角0.133°。以風速100 kn為環境條件，對駁船改造后的導管架運輸工況船舶穩性進行計算分析，計算結果見表6。

表6 駁船改造后穩性計算結果（運輸工況）

上述計算分析表明：導管架運輸工況下駁船穩性較改造前有所提高，各項分析結果能夠滿足DNV規范要求。

3.2 駁船改造后導管架下水前穩性計算分析

駁船改造后導管架下水前駁船浮態：駁船船中吃水11.22 m，縱傾角4.0°。選取50 kn風速作為環境輸入工況，對導管架滑移下水前駁船的穩性進行計算分析，計算結果見表7。

表7 駁船改造后穩性計算結果（下水前工況）

上述計算分析表明：導管架下水前工況下駁船穩性較改造前明顯提高，各項分析結果能夠滿足DNV規范要求。

3.3 駁船改造后導管架下水翻轉時穩性計算分析

駁船改造后導管架下水翻轉時駁船狀態：駁船縱傾8.78°，船舶吃水狀態如圖5所示。選取50kn風速作為環境輸入工況，對導管架滑移下水翻轉時駁船的穩性進行計算分析，計算結果見表8。

圖5 導管架翻轉時駁船吃水示意

表8 駁船改造后穩性計算結果—翻轉工況

上述計算分析表明，導管架翻轉工況下駁船穩性能夠滿足DNV規范要求。

3.4 駁船改造總縱強度計算分析

新增浮箱結構形式參照原船邊艙結構設計方案，通過對駁船總縱強度進行計算分析。下水翻轉工況下，駁船距離船頭95 m位置彎矩最大，許用值由5 941 387 kN·m提升至9 166 695 kN·m，大于彎矩理論值，百分比為70.9%，新增浮箱后的船舶總縱強度能夠滿足設計要求。

4 結語

導管架下水駁船的船舶能力是制約深水導管架安裝的一個關鍵因素。本文以陸豐15-1DPP導管架為例，對30 000 t級導管架下水駁船“海洋石油229”船進行了可行性研究，并針對“海洋石油229”船穩性及總縱強度提升方案進行了可行性分析，為“海洋石油229”船運輸陸豐15-1DPP導管架提供了理論依據。除此之外，在改造設計實施階段還需對“海洋石油229”船的局部強度進行有限元分析，并對船體薄弱位置進行針對性加強。目前，此項技術研究已經作為技術基礎應用到“海洋石油229”船升級改造項目中，用于指導“海洋石油229”船升級改造詳細設計的開展。

深水導管架下水駁船適用性改造技術研究旨在提升現有船舶裝備的能力，有效地解決船舶資源制約海洋工程發展的問題，使深水導管架下水駁船發揮更大的效能，更好為深水導管架安裝服務[5]。