一種自航式多功能海洋工程作業船的技術方案

張亮

摘 要：分析國內外海上油氣工程作業所需的專用船舶，結合現有幾類特種船舶的作業特點，提出一種自航式多功能海洋工程作業船的技術方案。自航式多功能海洋工程作業船是一種特殊的工程船舶，它具備自航及動力定位能力，可進行水下施工作業、無鉆機修井作業、無鉆機封井和棄井作業、測井作業、水下遙控機器人、飽和潛水作業、對外消防等。該船在作業中機動靈活，自持能力強，綜合性能好，為中深水油氣田開發提供了一種新的選擇。

關鍵詞：自航式;工程船舶;多功能;修井;棄井;飽和潛水

中圖分類號：U662.2

文獻標識碼：A

1 前言

隨著國內外對深水油氣開發力度的不斷加大，為滿足海上油氣田從開發到棄置的全生命周期管理服務和應急維修需要，保障油氣田持續安全平穩運行，我國油田服務公司先后開發了多種類型的海洋工程船舶：中國海洋石油工程股份有限公司的海洋石油285、海洋石油287[1]; WELL OPS SEA PTY公司的輕型專用工作船[2]等。但目前大部分工程船的初始設計為專船專用，作業模式較為單一，難以完成其他類型的作業，導致在作業空檔期出現閑置狀態。

本文介紹的一種多功能海洋工程作業船技術方案能夠在很大程度上解決上述作業能力受限的問題，其具備的多功能特性，可為中深水油氣田開發的大部分作業提供支持服務，從而減少船舶的閑置期，具有較好的實用性和經濟性。

2 母型船選擇

通過對行業內現有相關船型的調研和分析，篩選出具有類似功能和性能的船舶作為母型船[3-4]。在吸收和保持母型船優點的基礎上，根據我司的使用經驗、操作習慣和需求，初步確定幾種母型船，其主尺度及功能，如表1所列。

3 船舶用途及主尺度

本船采用電力推進方式：配備6臺柴油發電機組，總功率約22 000 ekW;設有2套3 500 kW全回轉舵槳、2套1 500 kW伸縮式全回轉推進器、2套1 500 kW和1套880 kW軸隧式側向推進器;具有DP3動力定位能力。船舶外形見圖1。

本船可承擔水下施工和安裝作業、修井作業、封井和棄井、測井作業、水下遙控機器人作業、飽和潛水作業、井控應急處理、礦區供應、海上對外消防等作業任務。

船舶主尺度及參數如下：

總長 ? ?163.71m

垂線間長 ? ?152.85 m

型寬 ? ?28.20m

型深 ? ?12.00 m

設計吃水 ? ?7.00m

最大吃水 ? ?8.20m

靜水航速 ?14.00 kn

甲板載貨能力 ? ?1500t

人員 ? ?122人

甲板可用面積 ? ?1700m2

最大作業水深 ? ?3000m

白持力 ? ?30晝夜

航區 ? ?無限航區

操作環境溫度 ? ?-20℃ -45℃

DP定位（+/-30°） ? 風速13.8 m/s，有義波高3.1m，流速1.5 kn。

4 船舶布置

4.1 總體布置

（1）設有長首樓和封閉式船首：

首樓內設船員和工作人員居住艙室、會議室、辦公室、醫務室、健身室、廚房、餐廳、休息室等，首樓上方為直升機升降平臺;封閉式船首為錨機操作區域提供了保護，大大提高了在惡劣海況下起拋錨作業的安全性，也改善了甲板上浪情況;飽和潛水工作工作室緊鄰生活區;

（2）船中部設有一個月池開口，月池上部為修井模塊塔架;

（3）主甲板后部右舷布置1臺200 t主吊機，左舷布置1臺40t輔助吊機;主甲板月池后部主要布置散料和泥漿系統相關的艙室和設備，包括：泥漿混合室、高壓泥漿泵、HPU室、帶有水泥和膨潤土罐的散裝罐室、泥漿實驗室、水泥處理室、液體泥液艙等;2套全回轉舵槳艙布置在船尾部左右兩舷;

（4）2個主機艙設在船首部兩舷，每個機艙內布置3臺柴油發電機組及相關設備;

總體布置和艙室劃分及設備布置，見圖2、圖3。

船首將機艙、首側推艙及邊艙及其上層建筑連接成一個封閉的整體，增加了上層建筑可用區域面積。

4.2 駕駛室布置

橋樓根據規范要求設計[5]，一人即可完成航行操作：駕駛室布置有前、后駕控臺、兩翼控制臺、海圖桌、安全控制臺及無線電控制臺，形成綜合的橋樓系統，滿足所有功能要求;后駕控臺間布置有兩套電控滑動駕駛操作椅，船員坐在操作椅上即可完成操船、DP操作和通信工作;駕駛室還配置了工作桌、咖啡休息區、沙發和衛生單元，使駕駛人員操作方便，舒適。

4.3 生活區布置

生活區設有能容納122人的居住艙室，其中單人間42個、雙人間40個，均帶單獨浴室，布置環境滿足ILO規則[6];還設有餐廳、廚房、醫務室、健身房、娛樂室、會議室等生活和工作艙室，配有電視、電腦、音響等娛樂設備和健身器材。

為達到優異的減振降噪效果，全船在減振降噪方面采取了全方位措施，從位于機艙二平臺的配電室到最頂層居住甲板，均設置了高質量的浮動地板;舷側、露天圍壁及甲板、機艙棚等處，根據隔熱隔音要求敷設了相應的優質絕緣;住艙間的隔板使用雙層壁板;所有壁板、天花板、升高地板等均采用彈性連接。

5 船舶主要系統與能力

5.1 數字智能管控系統

本船采用的管控系統集成度與智能化較高：該系統基于船舶現場總線設計，數據采集箱分布于船上各個區域進行收集和處理數據，然后通過現場總線上傳數據。這些數據在集控室工作站顯示和控制，在駕駛室工作站僅可顯示;系統集成了智能配載系統、關鍵設備全生命周期管理系統、能耗在線監測與故障分析系統、智能化管控平臺HMI、智能環境管理系統、船舶白動控制系統等[8]。

此系統通過很多模擬畫面顯示數據、可控設備和相關報警信息，船員通過一個畫面可以知悉船舶所有部件參數信息，包括頻率、電壓、電流等，船員可以切換工作模式和操作發電機，包括發電機開關和匯流排開關;在集控室設置操作員站、工程師站、通訊、信號系統設備等。此外，還設置綜合報警盤，用作手動關斷、啟動消防設備以及重要報警信號的顯示。

5.2動力定位系統

（1）動力定位系統滿足中國船級社對DPⅢ的要求，定位環境指標達到99.99.99;

（2）駕駛室后駕控臺配置有獨立的聯合操作單元，駕駛室兩翼控制臺和前駕控臺都配置有聯合操作插座，用于便攜式聯合操作單元，可實現多方位聯合操作，比如靠港、航行等;

（3）系統利用擴展的卡爾曼濾波器模型，可根據干擾等級和測量頻率實現最優濾波，從而獲取船舶首向和位置信息[9]，同時提供不同參照位置的最優組合。如果失去所有位置測量，系統模型提供凍結計算模式。

5.3 散料和泥漿供應能力

現有供應船的散料輸送系統和泥漿輸送系統為各自獨立的系統，不同的處理系統只能針對單一的物料進行儲存和輸送，造成部分儲存輸送設備的閑置，導致運載利用率下降。

為解決以上問題，本船采用散料和泥漿兼容的輸送系統[10]，可實現干散料和泥漿等各種固體、液體物料的兼容存儲、運輸;可為2-3個油田提供散料及泥漿支持，是普通平臺供應船供應能力的3倍。

加載站和外輸站分布在尾部主甲板下左右兩舷，艙內可裝載600 m3加重材料和120 m3水泥并配緩沖罐，所有的散料緩沖罐具有約4 bar的丁作壓力;泥漿池為500 m3，帶攪拌器，能夠快速配置壓井泥漿并進行外輸。

5.4 井控應急救援能力

（1）當海上作業出現井控應急情況時，本船通過白帶/安裝相應設備、工具出發，完成一定程度的應急響應，包括水下清障、LMRP CAP作業、壓井作業等;

（2）本船具備FiFiⅢ級對外消防滅火能力，配備大排量水霧噴射裝置實現大火隔離與防護;為搶險平臺提供應急照明，實現50 m外覆蓋100 m寬的作業現場;單獨設置指揮系統，包括與陸地、作業平臺和其他輔助船的通訊、視頻、監控、監測報警系統等;

（3）具備處置海上防污染的能力，可裝載溢油回收設備標準的模塊單元，便于安全、快速地拆裝和固定，提高效率;

（4）配備一臺帶主動波浪補償功能的海丁折臂吊，用于進行海床和水下等相關安裝操作作業，在應急情況下可吊裝模塊設備至導管架平臺井口處;在主動波浪補充模式下，吊車可以滿足在10 m半徑起吊200t貨物，副鉤絞車具有1t的載人功能。

5.5 水下作業支持能力

（1）船中部設置了一個7.8 m×7.8 m的月池，月池上部安裝修井模塊塔架，建立水下井口與船舶的流程連接：海底基礎裝置、管匯的安裝、管串組裝和起下，配合目前較成熟的無鉆機修棄井裝備，可解決在修棄井作業過程中的環空帶壓、井筒內封堵、井口或者水下結構物切割回收等問題，處理水下井口復雜情況，較傳統的輕、中型丁作船綜合能力更強。

（2）配備兩套吊臂式水下機器人收放系統，可滿足3 000m作業水深。該類型的收放系統體積小、結構簡單、成本較低，其吊臂長度可進行伸縮調節，能很好地適應各海域的復雜海況。

（3）配備一套12人的飽和潛水支持系統，可保障潛水作業安全、高效、可持續的進行。系統包括3個高壓艙、1個潛水鐘以及1艘高壓救生艇;船首左舷位置安裝一套具備應急回收能力的潛水鐘回收釋放系統。

6 小結

白航式多功能海洋工程作業船是針對中深水油氣田開發而設計.該船綜合了多種專業工程船的優點，將多種功能集成化，實現一船多用。隨著深水工程向高技術、高效率、高集成化發展，性能先進、適應性強、經濟性好的多功能作業船舶，將會受到用戶的歡迎。

參考文獻

[1]賀明鳴，魯鼎，桂滿海.深水多功能海洋工程船總體設計[J]船舶設計通汛.2020（ S1）：18-22.

[2]鄧文楊.]：程船方式的永久棄井作業在南海的首次應用介紹[J].科協論壇.2012（ 01）：17-18.

[3]李俊.無隔水管修井作業裝備發展概況及趨勢[J].海洋]一程裝備與技術.2019.6（01）：429-433.

[4]張志剛.輕型無隔水管作業船在水下井口油井修井中的應用[J].安全、健康和環境.2019，19（ 08）：11-14.29.

[5]中國船級社.鋼質海船人級規范[M].北京：人民交通出版社.2021

[6]毛欣維.2006年海事勞工公約解讀系列之五海員起居艙室相關規定（上）[J].中國船檢.2010（2）：88-91

[7]朱曉勇.船舶主機HPSCR布置及系統研究[J]江蘇船舶.2021（ 02）：25-28.

[8]姜濤，王永珊，鄭楚忠等.船舶綜合集成自動化系統設計和試驗[J].廣東造船.2018（ 02）：28-31.

[9]何進輝，張海彬，朱仁傳等.某深海鉆井船DP3動力定位能力分析[J]船舶.2018（ 05）：11-17.

[10]蔡鈿，陸炳良，熊曙.散料和泥漿兼容輸送系統研究[J]船海工程.2014（ 02）：139-143