深水半潛式鉆井平臺錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試工藝研究

李 東 亮

（中海油研究總院，北京 100027）

0 引 言

深水半潛式鉆井平臺通常配備的定位系統(tǒng)有錨泊定位和動力定位兩種，或者兩種組合的定位系統(tǒng)。在兩種定位系統(tǒng)都適用的作業(yè)水深工況下，錨泊定位系統(tǒng)擔當著非常重要的角色。無論是初期投資還是使用和維護費用，相比動力定位系統(tǒng)均具有明顯的優(yōu)勢，尤其是在鉆（建）井周期較長、天氣和海況惡劣（比如臺風、寒潮頻發(fā)季節(jié)）的條件下進行作業(yè)，采用錨泊定位系統(tǒng)或錨泊定位系統(tǒng)加 DP（動力定位）輔助定位模式，其作業(yè)成本將會大幅度降低。隨著作業(yè)進入深水和超深水，對錨泊定位系統(tǒng)安裝精度要求大大提高，系統(tǒng)更加復(fù)雜。

1 錨泊定位系統(tǒng)組成及功能

深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”配備了目前世上最先進的錨泊定位系統(tǒng)，在作業(yè)水深500m時，使用12根長1750m直徑為84mm的R4錨鏈組成的12點輻射狀錨泊定位系統(tǒng)，分為4組，分別布置在平臺主甲板的左前、左后、右前、右后四個角落區(qū)域；作業(yè)水深在 500～1500m時，則采用錨鏈跟合成纖維的組合形式。所有的錨鏈都存儲在立柱的錨鏈艙中，每個艙3根，每根的破斷負荷是8418kN。圖1為左前角落的錨機布置。

該錨泊定位系統(tǒng)具有電機模式下的高低速收拋錨、動態(tài)模式下的高速拋錨、錨泊定位模式、應(yīng)急釋放錨鏈、應(yīng)急停止等主要功能。

每組錨機布置包含3臺鏈輪裝置，錨機一次只能操作一臺錨鏈輪，錨機的操作是由位于錨機附近的操作室來控制的。左邊錨鏈輪、中間錨鏈輪、右邊錨鏈輪通過中間驅(qū)動軸連接至齒輪箱，其連接是通過液壓操作離合器來實現(xiàn)的。其連接指令又是通過操作人員從控制室控制面板發(fā)出相應(yīng)的操作指令后傳輸?shù)絇LC控制柜，再由PLC控制柜的控制邏輯發(fā)送給 HPU（液壓動力裝置），HPU響應(yīng)后離合器處的液壓油缸完成此動作。在平臺每個角落的每組錨機甲板下方，設(shè)置有一臺PLC控制柜、HPU和一組UPS。PLC控制柜用來控制錨泊系統(tǒng)所有的輔助功能，諸如啟動HPU、控制面板等等；HPU為剎車帶、傳動剎車、齒輪箱換擋以及齒輪箱和錨鏈輪上離合器的操作提供液壓動力；UPS則用來在失電工況下執(zhí)行應(yīng)急釋放功能，其控制可以通過操作人員按下在錨機控制室智能操作椅或者平臺中控室的錨機應(yīng)急釋放控制面板上的應(yīng)急釋放按鈕后，指令通過UPS（不間斷電源）供電線路先后從PLC控制柜-HPU-錨鏈輪剎車帶液壓控制缸動作后完成。

拋錨、收錨工作時齒輪箱是通過變頻控制交流電動機來驅(qū)動的。其控制是通過操作人員從錨機控制室控制面板發(fā)出收拋錨指令后，經(jīng)PLC控制柜傳輸給平臺鉆井配電板間VSD（變速驅(qū)動），VSD根據(jù)與錨機控制系統(tǒng)匹配好的控制程序啟動，并提供電機運轉(zhuǎn)需要的電、扭矩和轉(zhuǎn)速，主電機轉(zhuǎn)動后再通過相應(yīng)的液壓離合來驅(qū)動齒輪箱工作。

因此，在錨泊定位系統(tǒng)按照廠家要求完成安裝后，需要對整套系統(tǒng)進行調(diào)試工作來確保系統(tǒng)的安裝正確以及各個功能的實現(xiàn)。調(diào)試工作可根據(jù)如下順序完成：電纜接線信號檢查、液壓和噴淋冷卻管線信號檢查、錨泊系統(tǒng)控制程序與鉆井配電板間 VSD匹配、錨泊系統(tǒng)與平臺中控系統(tǒng)通訊匹配、錨泊定位系統(tǒng)報警測試、功能測試以及錨機拉力試驗。

由于受碼頭系泊水深小于 50m的限制，錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試分為在碼頭完成不帶錨鏈工況下的報警測試、功能測試以及帶錨鏈工況下的拉力試驗；海上完成收拋錨、錨抓力試驗、錨泊定位測試。

2 調(diào)試前準備工作

系統(tǒng)進行調(diào)試工作之前，需要完成如下準備工作：

2.1 錨機準備

1) 錨機廠家檢查設(shè)備安裝控制的精度；

2) 確認油壓及油位在適當?shù)奈恢谩?/p>

2.2 管路準備

1) 在做任何壓力測試之前，應(yīng)確保外部管子已經(jīng)沖洗到指定的清潔度要求，在所有的接口被正確的清潔后與錨機的管子連接；

2) 液壓管線系統(tǒng)應(yīng)該被正確和完整地安裝；

3) 液壓管必須在清洗到NAS 7級后工作，并備有相應(yīng)的證明文件。

2.3 噴淋系統(tǒng)準備

1) 確認管子以及噴嘴按照廠家說明，被正確地安裝；

2) 檢查噴淋系統(tǒng)用來控制海水服務(wù)系統(tǒng)閥的到ICS（Integrated Control System）的控制和接口，海水增壓泵啟動/停止控制并且特定錨機區(qū)域的閥是可操作的；

圖1 左前角落的錨機布置

3) 確認當應(yīng)急釋放動作時（模擬），水噴淋的吸入閥也動作。

2.4 電氣準備

確認錨機各用電設(shè)備電氣隔離并可用。

2.5 PLC控制柜進出信號測試

1) 根據(jù)廠家的I/O列表測試所有的信號；

2) 存儲所有的信號至PLC控制柜；

3) 存儲所有的信號與計算值至顯示終端；

4) 根據(jù)遙控檢測信號文件存儲所有的遙控檢測信號至PLC控制柜；

5) 確認在ESD（應(yīng)急關(guān)斷）情況下所有未經(jīng)驗證的線路斷開。

3 錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試工藝

3.1 報警測試

系統(tǒng)報警作為錨泊定位系統(tǒng)正常運行工作的保障，因此調(diào)試過程中需要對錨泊定位系統(tǒng)的各個部件運轉(zhuǎn)正常與否以及線路傳輸正確與否進行報警測試。主要包括HPU報警、傳輸報警、錨機報警、VSD報警、應(yīng)急停止報警、應(yīng)急釋放報警、ESD報警以及系統(tǒng)報警測試。

3.2 功能測試（不帶錨鏈工況下）

進行功能測試之前，需要先分別從錨機控制室和齒輪箱按下應(yīng)急停止按鈕完成初步應(yīng)急剎車測試，以便在測試過程中出現(xiàn)任何問題時能夠應(yīng)急停止，項目有：1) 液壓動力裝置關(guān)閉；2) 變速驅(qū)動VSD停止；3) 關(guān)閉加熱器；4) 散熱器關(guān)閉；5) 剎車帶動作。

功能測試包括：收拋錨測試、拋出、拉進速度和長度測試、動態(tài)拋出模式測試、錨泊模式測試、應(yīng)急釋放測試（可用液壓動力裝置完成或僅用液壓動力裝置的蓄能器提供動力完成）、應(yīng)急剎車功能測試（包括操作室中的應(yīng)急剎車按鈕和齒輪箱上的應(yīng)急剎車按鈕的作用）。

3.3 拉力試驗

通常，錨機剛開始收錨時，錨爪還埋在土中，加上躺在海底和懸蕩在海水里面的錨鏈重量，要求錨機提供很大的拉力才能起錨。本平臺錨機拉力能夠達到 2694kN，在電機堵轉(zhuǎn)時更是達到了 3367kN，為了確認錨機的拉力，根據(jù)船級社要求在錨機整體安裝完成后至少對一臺錨機進行拉力試驗，檢驗錨機主電機在堵轉(zhuǎn)時的拉力。本平臺錨泊定位系統(tǒng)通過在錨鏈輪裝置底腳處安裝了轉(zhuǎn)軸式測力傳感器，因而具有實時監(jiān)測錨泊狀態(tài)下錨鏈張力的性能。在設(shè)備出廠前測力傳感器已經(jīng)測試并標定完成，做拉力試驗也能夠檢測標定好的傳感器，再次驗證錨機測力傳感器標定的正確性。

圖2拉力測試方法，需要安裝一個測力計測量拉力載荷，并校核錨機上測力傳感器讀數(shù)。該測力計安裝在三角板和錨鏈之間。

3.4 海上收拋錨功能測試及抓力測試

根據(jù)錨地錨泊計算分析結(jié)果，并且根據(jù)錨地現(xiàn)場環(huán)境條件拋出1、7、6、12號錨，見圖4。錨被拋到指定位置后，嚙合剎車帶，檢查剎車功能。

1) 拋錨結(jié)束后，調(diào)整錨鏈張力將平臺初步定位；

2) 浸錨6到12小時，以便錨更好的嚙入海底，提高錨抓力。浸錨前張力不宜過大，以免走錨，一般取預(yù)定工作張力70%；

3) 浸錨過程中，定位系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測船位的變化；

4) 錨鏈張力和平臺位置初步調(diào)整后，按照操作手冊壓載平臺至試驗水深；

5) 如船位變化不大，開始做錨抓力試驗；

6) 將每一對角錨同時拉緊，直到達到錨機工作負荷2600kN，檢驗錨是否抓牢；

7) 證實試驗負荷達到標準要求后，將錨鏈張力放松。如達不到要求，則應(yīng)重拋錨；

8) 根據(jù)作業(yè)水深調(diào)整錨鏈預(yù)張力，同時校準船位；

圖2 拉力試驗方案

圖3 錨機拉力試驗現(xiàn)場

圖4 錨地布錨形式

9) 試驗結(jié)束后將錨拉出，見圖5、6，且錨被拉出后收錨速度應(yīng)該大于9m/min。同時，檢查錨鏈和卸扣通過導(dǎo)向輪，甲板開口，錨鏈提升裝置以及錨鏈管時的情況。錨鏈不應(yīng)該跳動且不能在錨鏈提升裝置上歪曲；

10) 檢查錨鏈沖洗裝置的工作情況，見圖7；

11) 檢查錨爪和錨架的接合情況。

圖5 收錨1

圖6 收錨2

圖7 錨鏈沖洗

4 結(jié) 語

錨泊定位系統(tǒng)在半潛式鉆井平臺的定位系統(tǒng)中面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，配置的錨泊定位系統(tǒng)也更加復(fù)雜。掌握整個錨泊定位系統(tǒng)的調(diào)試工藝，不斷積累系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗，縮短系統(tǒng)調(diào)試時間，對節(jié)省平臺的建造費用，縮短建造工期，并為海上平臺的精確定位能起到不可忽視的作用。

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