泰山合攏法工藝在半潛式平臺建造中的應用

周貴斌，李天俠，未俊豐

（煙臺中集來福士海洋工程有限公司，山東煙臺 264000）

0 引 言

半潛式鉆井平臺可以在較深海域作業，能夠適應較惡劣的海況條件，而且具有良好的移運性，在海洋石油勘探開發領域中發揮著重要作用[1]。因此，有關半潛式鉆井平臺設計，建造，維護等相關的研究一直是當前海洋工程研究領域的熱點。本文結合鉆井平臺的建造經驗，論述了利用“泰山”橋式起重機，創造出一種新的半潛式鉆井平臺建造工藝——泰山合攏法。

1 半潛式鉆井平臺

半潛式鉆井平臺由坐底式平臺演變而來，主要結構包括：上層甲板（包括采油設備，井架，生活設施等）、下船體（包括立柱支撐、浮體等）兩大部分，另外還有錨泊或者動力裝置等[2]，如圖1所示。為了保證其在深水海域的惡劣環境中作業的穩定性，其建造的體積往往比較龐大，重量大多在萬噸以上。因此，建造一座半潛式鉆井平臺需要耗費巨大的人力、物力，建造工期也較長。

圖1 半潛式鉆井平臺結構

2 半潛式鉆井平臺建造方法

2.1 分段建造，分段合攏

這是一種傳統的平臺建造方式，上層甲板與下船體先分段建造，然后將下船體組焊為一體，再在提升設備的幫助下，上層甲板各分段按照一定順序在下船體上面組焊合攏，如圖2所示。這種方法因為上船體分段與下船體的逐一合攏，耗時費力，造成了加工成本的大幅提升，經濟性差；施工過程中，各分段精度、變形的不統一，使得整體組焊產生困難，直接影響了整個平臺的成本和質量；而且高位作業工程量大，安全的有效保障也增加了工程施工的難度和成本[3]。因此，這種方法終將逐步被淘汰。

2.2 分段建造，整體合攏

上層甲板和下船體分別在陸地上分段建造，整體組焊完畢后，進行合攏。這種方法提高了施工安全性，產品質量也得到改善，更重要的是節省大量分段合攏時間，效率提升的同時，節省了大量的人工成本；目前新加坡、韓國、歐洲等造船技術比較先進、規模比較大的船廠大多采用此類建造方法。

但是，在上層甲板和下船體整體合攏的方法上，各個船廠不盡相同，目前主要有以下2種：

1)漂浮法：在海面上利用浮船將上層甲板漂浮到下船體上方，然后定位安裝，如圖3所示。這種方法因為需要較大的操作水域，往往要占用港口的交通區域進行操作，而且海面的波浪干擾對合攏關鍵環節的影響很大，操作起來難度較大。

2)滑移法：為上層甲板設立支腿和專用滑移軌道，利用推力裝置將上層甲板沿著滑道拖到下船體上部，再將上層甲板落到下船體上，如圖4所示。Aker Kvaerner公司使用過這種方法。由于不同平臺之間的差異性，這些專設軌道和支架必須經過大規模的改造才能應用到其他平臺，增加了工程量，也造成材料的浪費。

圖4 甲板滑移整體合攏

3 泰山合攏法

當前大多數船廠傾向于半潛式鉆井平臺分段建造，整體合攏方式，但是有限的合攏能力嚴重制約了這種方法的有效實施。一種更安全，更高效的建造工藝—泰山合攏法被應用到了平臺建造中。2008年4月，世界上最大的橋式起重機——“泰山”成功吊起 20133t的重量，實現了分段建造，整體合攏建造新工藝。

3.1 泰山橋式起重機

如圖5所示，泰山橋式起重機橫跨在寬120m，長380m，深13.2m的船塢上；它包括一根固定梁和一根移動梁，分別高100m和70m；為了提高吊點位置選擇的靈活性，移動梁設有橫移機構，橫移距離為±7m，兩根梁的間距可以在35.5～49.5m之間調整。這些都為平臺的合攏施工提供了充裕的空間。

整個起重機采用12套卷揚機構進行起吊操作，每套卷揚機構起重能力為 1680t，總起重量為20160t。通過同步電腦控制系統，這 12套起升機構可以實現任意一套的單動、任意幾套的組合動作以及 12套起升機構的聯動，從而能夠有效地保證提升的同步性和安全性。

圖5 泰山橋式起重機

3.2 泰山合攏法及其優勢

這種方法采取上層甲板和下船體同時分段建造，整體組焊的方式，全部的舾裝設備和裝置均在陸地上完成安裝，然后先將上層甲板模塊通過駁船移入船塢內，由“泰山”橋式起重機提升其到一定高度；然后將下船體移入船塢內，利用拖輪和船塢兩岸的牽引裝置將下船體在上層甲板下方準確定位，最后起重機下放上層甲板，使其與下船體對位，從而完成兩者的合攏。

泰山合攏法的主要優勢：

1)合攏時間短。由于上甲板的舾裝，附屬設備和裝置均在陸地上完成安裝，減少了高位作業量，安全性提高的同時也大大減少了工時成本；

2)與漂浮法整體合攏相比，由于合攏操作在船塢內進行，水面的波動很小，利用岸邊固定的牽引裝置對下船體進行精確定位，操作更平穩、易于控制。

3)與甲板滑移合攏相比，減少了重復鋪設專門平移軌道和支架的工作，施工成本更少，合攏工期大大縮短。

4)“泰山”起重機上最多可以有384個吊點均勻布置在上層甲板的兩個橫艙壁上，受力更均勻，起吊時上層甲板本身無需增加過多的補強結構。

3.3 工程實踐

2008年11月，首次利用泰山合攏法，成功實施了“中海油服－Pioneer”1.4萬t半潛式鉆井平臺上甲板模塊與下船體的合攏工程，如圖7～9所示。此后，又先后實施了“巴西國家石油－SS Amazonia”，“意大利Saipem－D90”以及“巴西國家石油－SS Pantanal”等平臺的合攏工程。

圖7 提升上層甲板模塊

圖8 下船體正逐步移到上甲板下方

圖9 對位合攏完畢

通過工程實踐證明，泰山合攏法可以使單個平臺的建造時間平均縮短200萬個工時，建造周期可以平均縮短30%以上，提高了建造質量、生產效率和施工的安全性。

4 結 語

半潛式鉆井平臺的建造技術處于船舶建造行業的前沿，為保證平臺的質量和安全，應采用泰山起重機這樣世界領先設備。事實證明，泰山合攏法的成功應用，已經改變了傳統的半潛式鉆井平臺建造方法。

[1] 段艷麗，張金平，劉學虎，等.半潛式鉆井平臺的波浪載荷計算[J].石油礦場機械，2006，35(2)：41-44.

[2] 孟昭瑛，任貴永.半潛式鉆井平臺工作原理和結構特點分析[J].中國海洋平臺，1995，10(1)：35-38.

[3] 馬延德，姜福茂，孫洪國.深水半潛式平臺概要建造方案[J].中國造船，2008, 49 (增刊2): 159-167.