海洋工程船設(shè)計(jì)最新潮流

祁 斌

隨隨著世界能源需求的不斷提升，陸上資源已不能滿足人們的需求，油氣資源開發(fā)重心正逐步由陸地向海洋轉(zhuǎn)移。目前，海洋石油產(chǎn)量已占世界石油總產(chǎn)量的34%左右，未來還將持續(xù)上漲。需求上漲直接導(dǎo)致海工市場升溫，雖然經(jīng)濟(jì)危機(jī)和墨西哥灣漏油事件為市場帶來了一定影響，但從長遠(yuǎn)看，海工市場總體發(fā)展前景依舊十分廣闊。

據(jù)了解，海洋工程船可簡單地定義為參與到海上能源開發(fā)領(lǐng)域的船舶，包括居住船、三用工作船（AHTS）、潛水支援船、鉆井船、平臺(tái)供應(yīng)船（PSV）、FPSO等多種船型。據(jù)勞氏數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，截至2011年4月22日，世界海洋工程船中保有量最多的為PSV，達(dá)1938艘，其次是AHTS，為1831艘。手持訂單方面，該兩型船同樣占據(jù)前兩位。

世界海洋工程船部分船型船隊(duì)現(xiàn)狀

新建市場方面，目前涉及海洋工程船建造的國家超過30個(gè)，已打破早期挪威、荷蘭、新加坡等國占據(jù)大部分市場份額的局面。其中，亞洲國家優(yōu)勢(shì)明顯，從手持訂單來看，無論是以艘數(shù)計(jì)還是載重噸計(jì)，世界排名前十位的國家中，亞洲均占6席。

從圖中可看出，按艘數(shù)計(jì)，中國在接單量上優(yōu)勢(shì)明顯。而韓國由于所接訂單大部分為鉆井船和FPSO等大型海洋工程船，噸位上遙遙領(lǐng)先，其中大部分訂單為三星重工所有。由此可見，韓國在海工市場的定位顯然為大型船舶。另外，印度作為海工市場的新成員，實(shí)力也不容小覷。值得一提的是，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)方面，歐美仍處于領(lǐng)先地位，甚至在部分船型上占據(jù)壟斷地位。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界已探明的海上油氣資源大部分蘊(yùn)藏在大陸架及3000米以下的海底，深海能源儲(chǔ)量將是陸地儲(chǔ)量的100倍以上。隨著世界能源需求的上升，海上油氣的開發(fā)正逐步擴(kuò)展至更深的海域，而由于深水領(lǐng)域?qū)τ诩夹g(shù)要求相對(duì)較高，海洋工程船也隨之朝著更大、更專業(yè)、更先進(jìn)的方向發(fā)展，各種新技術(shù)、新船型不斷涌現(xiàn)。

烏爾斯特恩公司旗下產(chǎn)品

說到海洋工程船，不得不提挪威烏爾斯特恩公司。該公司在近幾年的海洋工程船市場中表現(xiàn)非常強(qiáng)勁，其X船首在世界范圍內(nèi)享譽(yù)盛名，在海工市場中被廣泛使用。X船首可有效減少船首砰擊，保持航速穩(wěn)定，減弱不規(guī)則尾流，并顯著降低噪聲等級(jí)。

烏爾斯特恩公司的S系列海洋工程船可根據(jù)客戶要求進(jìn)行針對(duì)性改造，具有高度專業(yè)性。該系列船均具有功能性強(qiáng)、裝載能力大、噪聲小、油耗低、適航性好的特點(diǎn)，并配備有減搖系統(tǒng)，可作業(yè)于惡劣環(huán)境。同時(shí)，該系列船均擁有DNV的“清潔”和“舒適”船級(jí)符號(hào)。

采用SX120型設(shè)計(jì)的“Oceanic Vega”號(hào)地震船入選《Solutions》評(píng)出的2010年經(jīng)典船型。該船的技術(shù)含量非常高并配有先進(jìn)的設(shè)備，可執(zhí)行3D、4D或高清任務(wù)。采用X船首，擁有140t拉力，16纜（間隔100米以上），最高可配置20纜，纜長可達(dá)8000米，纜內(nèi)設(shè)有水聽器。船上設(shè)有一直徑26米的直升機(jī)甲板，儀表室位于船尾部。滿足DNV推進(jìn)冗余要求和“清潔設(shè)計(jì)”標(biāo)準(zhǔn)，2個(gè)機(jī)艙里布置有4臺(tái)12缸的瓦錫蘭26系列柴油發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速900r/min時(shí)功率3745kW，以及2臺(tái)6缸該系列發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速900r/min時(shí)功率1870kW。2個(gè)導(dǎo)管推進(jìn)器分別由2個(gè)獨(dú)立的變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。此外，該船還擁有DNVC級(jí)冰級(jí)符號(hào)，可在高緯度區(qū)域作業(yè)。

隨著能源開發(fā)逐步走向深海，市場對(duì)于鉆井船的要求也越來越高，如更大工作水深、更長工作周期、更短準(zhǔn)備周期，以及未來可在極地或一些特殊區(qū)域作業(yè)的能力，還要考慮到對(duì)環(huán)境的影響等。對(duì)此，烏爾斯特恩公司開發(fā)的XDS3600型鉆井船為鉆井領(lǐng)域帶來了新的標(biāo)準(zhǔn)。

XDS3600型自航式鉆井船是基于USOS超深水鉆井船的成功經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)，優(yōu)化了尺度成本比，實(shí)現(xiàn)了以更低的成本獲得更緊湊、更高效的船型，且建造周期也變得更短。該型船同樣采用了X船首，最大工作水深達(dá)3600米，相比半潛式鉆井平臺(tái)，其主要優(yōu)勢(shì)包括：較低的建造成本、較大的有效載荷、較高的航速。其中，由于有效載荷較大，因此對(duì)于外界的依賴將遠(yuǎn)低于半潛式平臺(tái)，這對(duì)于遠(yuǎn)離陸地的作業(yè)項(xiàng)目來說尤為重要。此外，該型鉆井船的設(shè)計(jì)還考慮了冬化處理以實(shí)現(xiàn)極地鉆井作業(yè)。

該船總長208米，船寬35米，型深18.2米，吃水11米，航速14節(jié)，排水量46500t，船尾方位推進(jìn)器3×4500kW，船首可回收方位推進(jìn)器2×3300kW，導(dǎo)管推進(jìn)器2×2500kW，主發(fā)電機(jī)6×5530kW；鉆井設(shè)備的轉(zhuǎn)盤為60英寸/1000噸，立根盒1250t，防噴裝置18.75英寸/103.5 Mpa，海底采油管單根75英尺/21英寸，總長12000英尺，鉆管3.5英寸～6.625英寸；艙容燃油6235立方米，飲用水2000立方米，原油2×310立方米，貯罐12×50立方米。

Seabarge3000型起重/鋪管駁是烏爾斯特恩為適應(yīng)市場新需求而開發(fā)的新一代起重/鋪管駁，淺水和深水海域均可進(jìn)行作業(yè)，還可選擇采用系泊或者動(dòng)力定位。中心流水作業(yè)線的設(shè)計(jì)抵消了因搖晃而產(chǎn)生的垂直運(yùn)動(dòng)，從而優(yōu)化了鋪管操作能力。船尾處設(shè)置有全回轉(zhuǎn)式單桅桿起重機(jī)，起重能力達(dá)1996t。鋪管系統(tǒng)位于甲板間，不會(huì)對(duì)主工作甲板產(chǎn)生妨礙。作業(yè)線由6個(gè)獨(dú)立焊接臺(tái)、1個(gè)加劑站、1個(gè)探傷（NDT）站和3個(gè)管路張力器組成。

該船總長151.2米，船寬37.8米，型深15米，結(jié)構(gòu)吃水6.5米，載重量18984t，航速8節(jié)，動(dòng)力定位等級(jí)DP2，2×2400kW方位推進(jìn)器，4×2400kW可回收方位推進(jìn)器，1×2400kW推進(jìn)器（可選），主發(fā)電機(jī)6×2880kW，起重機(jī)1996t，單桅桿全回轉(zhuǎn)式，作業(yè)半徑31米，鋪管設(shè)備包括：張力器，支撐滾輪和輸送車，收放絞車，高架起重機(jī)，割管機(jī)，高架管吊，焊接臺(tái)，球形失速支座，NDT站，修管吊架，對(duì)中站，管路升降機(jī)等。

除了上述船型，烏爾斯特恩公司在AHTS、PSV等領(lǐng)域同樣有著不俗表現(xiàn)，如PX106型PSV和AX125型AHTS等。此外，該公司還在積極投入目前越來越受關(guān)注的海洋風(fēng)能領(lǐng)域。

STX歐洲旗下產(chǎn)品

STX歐洲旗下的STX OSV Holdings有限公司是世界海洋工程船的主要設(shè)計(jì)和建造者之一，總部位于挪威，在全球約有9000名員工，業(yè)務(wù)領(lǐng)域包括AHTS、PSV、海底建造船（OSCV），及其他多型特種船。

AHTS方面，STX OSV公司所定的目標(biāo)為：卓越的操作性、良好的裝載能力、較高的系柱拉力、足夠的穩(wěn)定性和安全性，并能顯著降低油耗。其中最大型的AHTS還配備有ROV庫、通海井、直升機(jī)甲板，以及大型膳宿區(qū)，除了原本的任務(wù)外，還可進(jìn)行海底建造作業(yè)。

AH12型是該公司新近開發(fā)的一型AHTS，目前號(hào)稱世界能力最強(qiáng)的AHTS。“Rem Maritime”號(hào)所采用的就是該型設(shè)計(jì)。AH12采用傳統(tǒng)柴油機(jī)和柴電系統(tǒng)組成的混合動(dòng)力推進(jìn)，可根據(jù)不同情況切換推進(jìn)模式。其基本結(jié)構(gòu)中已設(shè)有ROV庫和大型膳宿區(qū)，可進(jìn)行深水區(qū)域作業(yè)，還可根據(jù)客戶要求進(jìn)行不同的配置。該船總長95米，型寬24米，設(shè)計(jì)吃水6.5米。

STX歐洲所開發(fā)的OSCV具有定位能力強(qiáng)、操縱性優(yōu)、適航性好等特點(diǎn)。除此以外，還可根據(jù)客戶需求進(jìn)行不同的結(jié)構(gòu)配置，如海底建造和安裝、檢修和維護(hù)、鋪管、井口強(qiáng)化、潛水支援等。

2010年1月，STX歐洲交付了1艘采用OSCV06L型設(shè)計(jì)的井口強(qiáng)化船“Skandi Aker”號(hào)。該16000GT井口強(qiáng)化船總長157米，為目前世界最大。船上配備有高42米的模塊處理塔，400t的AHC起重機(jī)，2艘“工作”級(jí)ROV，7.2米×7.2米的通海井，柴電推進(jìn)，擁有DP3級(jí)動(dòng)力定位能力，工作水深達(dá)3000米。除了井口強(qiáng)化外，該船還可執(zhí)行海底建造和安裝任務(wù)，成本也較低。卓越的性能使“Skandi Aker”號(hào)入選了多家著名刊物評(píng)選出的2010經(jīng)典船型。

此外，STX歐洲的其他一些船型也體現(xiàn)海洋工程船的未來發(fā)展趨勢(shì)，如采用LNG燃料、生物燃料和傳統(tǒng)柴油的PSV12型PSV等。

羅爾斯·羅伊斯公司旗下產(chǎn)品

該公司的海洋工程船產(chǎn)品以其UT系列而著稱，所涉及的船型種類繁多，包括PSV、AHTS、多功能作業(yè)船、井口強(qiáng)化船、鉆井船等。UT型設(shè)計(jì)的特色是將船上所有主要系統(tǒng)都整合到了船體上，在優(yōu)化了性能的同時(shí)，還可讓該船在世界任意地點(diǎn)建造。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上采用UT型設(shè)計(jì)的在建或已建海工船總計(jì)約有700艘。

將穿浪型船首應(yīng)用在海洋工程船上是該公司的一項(xiàng)創(chuàng)舉，該型船首在功能上與烏爾斯特恩公司X船首相近，主要優(yōu)點(diǎn)是可使船在惡劣氣候下實(shí)現(xiàn)穿浪航行，同時(shí)還可保持航速不變、降低油耗并提升船員安全性和舒適度。穿浪技術(shù)一般用于高速雙體和三體船，公司經(jīng)過大量的研發(fā)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、水池試驗(yàn)，已成功將該尖端技術(shù)融入海洋工程船，可保證惡劣環(huán)境下船舶的航行性能及安全性。其首艘穿浪型海洋工程船為Farstad航運(yùn)公司近期訂購的1艘PSV，該船采用UT754 WP型設(shè)計(jì)。

此外，動(dòng)力系統(tǒng)也是該公司的重點(diǎn)研究方向，柴電動(dòng)力、混合動(dòng)力、LNG燃料等都在研究范圍之內(nèi)，既要考慮到功效，又要實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，如Island Offshore公司訂購的4艘PSV，即為采用LNG燃料的UT776型。

UT790CD型是該公司目前正在開發(fā)的新一代錨作船。一般來說，船體寬度越大穩(wěn)定性也越好，但相應(yīng)的阻力也會(huì)增加。而UT790型的船寬為23米，所產(chǎn)生的阻力卻比傳統(tǒng)20米和22米船寬的船更小，原因就是UT790型采用了穿浪型船首。考慮到錨作因素，主機(jī)被布置于更接近船尾的地方，次級(jí)絞車的位置下移，從而增加了穩(wěn)定性并釋放了更多空間，同時(shí)，主機(jī)的后移還降低了噪聲影響，也更有利于廢氣排放。船上配備有4臺(tái)次級(jí)絞車，與傳統(tǒng)配有6臺(tái)絞車的錨作船所起到的功效相同，可處理至少2000米長的纜線和鎖鏈，以及3000米以上的纖維索。此外，貨物欄桿也進(jìn)行了優(yōu)化以提高安全性和穩(wěn)定性。

UT790CD型采用包含3種推進(jìn)模式的混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，1個(gè)調(diào)距螺旋槳，2臺(tái)Azipull推進(jìn)器，具有油耗低、操作靈活的特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)滿足“清潔設(shè)計(jì)”標(biāo)準(zhǔn)，氣體凈化裝置可減少90%的氮氧化物排放量。船首方位推進(jìn)器由2個(gè)獨(dú)立的配電盤驅(qū)動(dòng)，因此冗余度較大，從而實(shí)現(xiàn)了采用3臺(tái)推進(jìn)器就能達(dá)到DP2動(dòng)力定位等級(jí)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)則需要4臺(tái)推進(jìn)器。此外船上還配備了安全甲板操作（SDO）系統(tǒng)，在不影響操作靈活性和效率的前提下，提升了船員的作業(yè)安全性。

韓國公司鉆井船

韓國在鉆井船建造市場上的優(yōu)勢(shì)非常顯著，世界鉆井船手持訂單中大部分為韓國公司所有。

由三星重工設(shè)計(jì)建造“Saipem12000”號(hào)屬第六代鉆井船，船體基于“Saipem10000”號(hào)鉆井船而設(shè)計(jì)，主要區(qū)別在于動(dòng)力和推進(jìn)系統(tǒng)。船體總長227.8米，船寬42.4米，至主甲板型深19米，結(jié)構(gòu)吃水13米，排水量96400t，載重量68000t，甲板有效載荷超過20000t，航速12節(jié)。主機(jī)為6臺(tái)MAN B&W 16V32/40型柴油機(jī)，單機(jī)輸出功率8000kW，船上配備了6個(gè)羅爾斯·羅伊斯公司方位推進(jìn)器，動(dòng)力定位能力達(dá)到DP3級(jí)。同時(shí)，“Saipem 12000”號(hào)還擁有雙鉆井能力并裝備有擴(kuò)井試驗(yàn)，工作水深3658米，鉆井深度9144米。

2010年11月16日，韓國現(xiàn)代重工（HHI）將“深水冠軍”號(hào)交付給了瑞士TOI公司。該船是GustoP-10000型鉆井船中的首艘，融合了Transocean公司和埃克森美孚公司的專業(yè)鉆探技術(shù)。船體總長229.22米，型寬36米，至主甲板型深18.15米，結(jié)構(gòu)吃水12米，航速12節(jié)，載重量34000t。擁有DP3動(dòng)力定位能力，在正常情況和緊急情況，甚至在只有一個(gè)發(fā)電機(jī)組保持工作的情況下，有能力提供足夠的動(dòng)力保持船的位置。在運(yùn)營過程中對(duì)環(huán)境的影響在同類型船中是最低的，因?yàn)樗剂舷牡筒⑶疫€擁有專利排水處理系統(tǒng)。

船上采用擁有專利的推進(jìn)器筒設(shè)計(jì)，不用拆卸就能對(duì)推進(jìn)器進(jìn)行現(xiàn)場檢修。這個(gè)重要的特點(diǎn)在深水操作中可以節(jié)約寶貴的時(shí)間，從而保證了鉆井操作的連續(xù)性。目前該船工作水深達(dá)3048米，只需少許改動(dòng)或添加少許設(shè)備即可用于3658米水深，鉆井深度達(dá)12192米。

“Noble Globetrotter”號(hào)是由STX公司設(shè)計(jì)建造的新一代鉆井船，船東為瑞士Noble公司。該船總長189米，型寬32.2米，至主甲板型深18.9米，結(jié)構(gòu)吃水12.2米，最大航速12節(jié)。其緊湊性體現(xiàn)在排水量僅56000t，卻具有與排水量達(dá)到100000t的鉆井船同樣的作業(yè)能力。該船擁有DP3級(jí)動(dòng)力定位能力，可在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行海洋鉆井立管和帶壓立管鉆井作業(yè)。其設(shè)計(jì)基于桅桿式鉆井架，轉(zhuǎn)盤上設(shè)有立管盒。

鉆井包的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于鉆探效率和通用性。使用海洋鉆井立管最大工作水深可達(dá)3048米，總鉆井深度超過12190米。3020米的隔水管平行存放在主甲板下的船體內(nèi)。船體結(jié)構(gòu)經(jīng)過動(dòng)態(tài)載荷分析和譜疲勞分析。在-15℃的環(huán)境條件下疲勞壽命為20年，結(jié)構(gòu)經(jīng)過加強(qiáng)，縱向系統(tǒng)達(dá)到ABS“1A”冰級(jí)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。

除上述幾家公司之外，還有不少公司也在積極參與海洋工程船的船型和技術(shù)研發(fā)，如荷蘭Alewijnse Marine Systems公司所開發(fā)的直流總線系統(tǒng)、法國Technology Associates公司的“最小焊接艙壁”技術(shù)以及瓦錫蘭公司新開發(fā)的VS465MKⅡ型多功能守護(hù)船等。