300ft自升自航式修井船（LIFTBOAT）的研制

周啟智，王志華，陳朝俊，王 平，黃 波

（廣新海事重工股份有限公司，中山528437）

1 引言

中東和東南亞等地區對LIFTBOAT需求正在不斷增加，這一船型有望最終取代居住工作駁船。該地區受11月至3月季風季節的影響，海域狀況不穩定，而居住工作駁船無法在這種情況下運營。因此，該地區季風季節經常出現由氣候原因造成的工作延期，由此帶來大量的資金損失。相比之下，LIFTBOAT能夠在季風季節更加安全地工作，因而石油公司更傾向于使用LIFTBOAT。惡劣天氣造成的昂貴延遲以及LIFTBOAT所能提供的更高安全性，是推動石油公司選擇LIFTBOAT的重要原因。

2 主要功能及技術參數

該船為雙殼、雙機、雙槳、全回轉舵槳推進、帶4個圓柱形樁腿、齒輪齒條升降的自升自航式鋼質修井船，由主船體（帶上層建筑）、樁腿及其相關結構（帶樁靴）、升降系統、推進裝置和高壓泥漿系統等主要部分組成。母型船長55 m、寬43 m，該LIFTBOAT根據中東船東的作業要求，并結合我司船塢的特點，最終優化后選取船長69.6 m、型寬38 m，現主船體為長方體，首尾隨推進器布置有平緩過渡，平行中體占船長約80%，主船體為縱骨架式，首部設4層甲板室上層建筑，提供巨大的住宿空間；船體的升降系由齒輪齒條驅動4跟圓柱形樁腿實現，升降系統由VFD變頻電動控制，樁靴為圓形。

該LIFTBOAT主要適用于水深5～60 m范圍海域的油田，為各種工作平臺、鉆井平臺提供修井業務。主甲板提供1 000 m2甲板面積，配備大型API桁架式起重吊機，能完成各功能橇塊在海上運輸、吊運以及組裝，為鉆修機提供迅速、經濟的運輸和作業區域，實現近距離快速搬遷和工作，可變載荷達到1 400 t；自帶航行推進器與控制系統，航速大于6 kn；通過4錨絞車定位系統，能夠固定在海上平臺及其他海上結構旁邊，并滿足II類危險區工作要求。該船可滿足150人住宿、就餐、醫療、辦公的要求。

該LIFTBOAT是根據美國船級社（ABS）的相關規范及IMO對LIFTBOAT的相關要求進行設計、建造和檢驗。

2.1 主要技術參數

2.2 作業海區的自然環境條件及設計標準

見表1。

表1 作業海區的自然環境條件及設計標準

2.3 環境條件參數

3 總布置

主船體采用縱骨架式結構，舷側縱橫艙壁及兩端封板采用橫骨架式結構，樁腿采用圓形結構，設5道水密分隔。樁腿外部設有齒條，內部設有縱向桁材和撐桿（與齒條對齊）。

該LIFTBOAT總布置見圖1。船上設2道縱向水密分隔、4道橫向水密分隔，將主甲板下艙室從首至尾依次劃分為5個區域：首部首側推艙；起居處所；泥漿泵艙；機艙和尾部舵機艙。其中：首側推艙布置8 t隧道式側推器；主甲板下起居處所布置更衣室、廚房、餐廳、食品冷庫、健身房、會議室和電影室；泥漿泵艙布置泥漿艙、高壓泥漿系統；機艙布置主要的機械設備，如2臺主機、4臺柴油發電機、油水分離器，泵浦和污水處理器等輔助設備，舵機艙布置2套全回轉舵槳推進器。主體四角分別布置4條圓形樁腿及其升降系統及其機構，起升系統布置在遮蔽的起升系統控制站，

主甲板以上上布置4層甲板室，其中主甲板、首樓甲板和上首樓甲板布置12個單人間、17個雙人間、26個4人間；頂層甲板室為駕駛室和候機室；4套救生艇布置在上首樓集合站兩旁；直升機平臺布置在駕駛室頂部前方。

主甲板布置2臺海工吊機，其中左舷尾部布置1臺200t繞樁式海工吊機，右舷FR55處布置1臺20 t吊機，2臺吊機能完全覆蓋主甲板工作區域，滿足修井包吊運組裝及貨物對內對外移位吊運作業；主甲板四角布置4臺定位絞車系統，通過4錨絞車定位系統，LIFTBOAT能夠固定在海上平臺及其他海上結構旁邊，承擔繁重的工作。

圖1 LIFTBOAT側視示意圖

4 推進系統及船舶電站

基于母型船的資料，對該LIFTBOAT的推進系統及船舶電站進行優化，雙機、雙槳、全回轉舵槳推進。配置2臺額定功率1 700 kW的高速主機，通過船體內中間軸連接2臺額定功率1 700 kW的全回轉舵槳推進器；首部配置1臺約500 kW導管式推進器；機艙設有4臺1 000 kW的柴油發電機，上建安裝1臺400 kW應急柴油發電機。

5 起升系統

該LIFTBOAT升降裝置采用4個圓柱形樁腿，樁腿兩側布置齒條，樁腿為電控驅動齒條的升降系統，具備自升式的升降功能，能將LIFTBOAT起升到合適高度，配合鉆井平臺完成各功能橇塊在海上運輸以及組裝，提供迅速、經濟的運輸和作業平臺，實現近距離快速搬遷和工作。該LIFTBOAT的可變載荷高達1 400 t，通過優化設計及配置，比同類型LIFTBOAT高40%，具有更好的經濟性及更強的核心競爭力。樁腿長度達到300 ft（91.44 m），可以滿足中東等海域的惡劣海況及環境要求，自存最大的風速達到100 kn，作業最大風速70 kn，設計環境要求滿足IMO對船舶要求的接近極限熱帶環境要求，能夠在酷熱的環境中連續工作。

起升系統使用變頻電動控制驅動系統，相比液壓控制驅動系統，安全可靠，設備體積小，輸出功率大，操作和維護方便，無需串油，施工工藝簡單，而且變頻控制驅動比常規的啟動方式更加平滑，對電站的沖擊很小，有利于延長設備的使用壽命。雖然前期的投入成本比液壓驅動系統要貴，但現場安裝工藝簡單，節省安裝成本和投產后操作維護的成本。而且變頻系統采用集成優化設計，將起升系統與高壓泥漿系統的變頻系統集成在一起，共用變頻系統的整流部分，將泥漿泵逆變器獨立，簡化了控制流程，節約了安裝空間，減少日后維護的工作量。而且設備的布置按照操作功能進行相對集中化布置和控制設計，設計成集成化組合屏，實現空間布局的節約和操控的方便性。

6 高壓泥漿系統

該LIFTBOAT優化配置一套高壓泥漿系統，可配合鉆井平臺作業。泥漿系統由高壓泥漿泵、混合泵、灌注泵、混合漏斗、泥漿艙和攪拌器等主要設備組成，可分為高壓系統和低壓系統兩部分：高壓系統壓力達到7 500 psi，主要配合鉆井平臺作業，實現洗井、鉆井、修井等作業；低壓系統主要用于不同密度泥漿的配比，可通過加入淡水、鹽水或油，配成水基泥漿或油基泥漿，實現泥漿混合和泥漿循環。

輸灰過程是半自動輸灰，包裝水泥、砂石等原材料在儲存倉堆放，通過履帶或叉車運輸到混合漏斗上，進入混合漏斗混合成泥漿。淡水、鹽水或油通過管線輸進入泥漿混合系統，通過閥件控制其用量。

泥漿混合的流程為:散裝水泥、砂石等原材料在混合漏斗中混合，混合泵將混合漏斗中初步混合后原料通過高壓管線輸入入泥漿艙，泥漿艙內設泥漿攪拌器，將原料攪拌混合成泥漿，混合泵同時起循環的作用不停攪拌循環；或者可通過主甲板加注站從平臺供應船上將泥漿注入泥漿艙。泥漿艙分普通泥漿艙和重金屬泥漿艙，共4個泥漿艙，可存放不同密度的泥漿，供鉆井/修井作業使用。低壓泥漿系統中，采用總管形式，每個泥漿艙設注入口和吸入口，分別連到總管上。總管形式比較易于維護，方便清洗和維修更換，灌注泵和混合泵通過管線優化設計實現互為備用功能，甚至在緊急的情況下，高壓泥漿泵可起到灌注泵和混合泵的臨時備用的作用。

泥漿輸送的流程：灌注泵從泥漿艙中吸入泥漿，輸入高壓泥漿泵，通過高壓泥漿泵加壓后從高壓出口送到主甲板作業區管線接口，通過GANGWAY步橋架輸送到鉆井平臺上供鉆井平臺作業需要。高壓泥漿泵出口另設中壓沖樁分支管系, 分別4個樁腿及樁靴, 供平臺拔樁時沖樁使用。

另外，泥漿系統配沖洗系統，接入海水管線實現泥漿系統清洗，可通過文丘里噴嘴對泥漿艙內殘留的泥漿進行高壓沖洗。

7 主要特點

（1）自升自航功能

該LIFTBOAT配置2臺1 700 kW全回轉推進器和500 kW首側推進器，航速達到6 kn，可在海洋作業區內移動。為滿足定位和作業需求，設計4條圓形齒條式樁腿，電控驅動，速度約為常規鉆井平臺的1.5～2倍。中東海域作業水深在60 m以下，該LIFTBOAT滿足其作業需求，樁腿設計長度91.44 m（300英尺）。

（2）自帶動力貨物供應

該LIFTBOAT配置4臺1 000 kW發電機和1臺400 kW應急發電機，可滿足各種工況作業的動力需求，同時其還配置泥漿、鹽水、壓載水、淡水、燃油等艙室及系統，為鉆井和修井作業提供所需的油、水、氣電等通過管線和電纜輸送到生產平臺。

（3）集成化設計

按海洋工程的操作習慣及要求，將起升系統和泥漿系統的變頻驅動系統進行集成優化設計，簡化了控制流程，優化設備的配置，節約了安裝空間和成本。

（4）起升系統和泥漿系統采用電控VFD變頻系統

該LIFTBOAT配置西門子電控VFD變頻系統，采用12脈整流技術，相比國內配套的液壓系統或6脈整流系統，能極大減低電網諧波干擾。對關鍵控制模塊采用冗余配置方案，提高其電控系統的可靠性和先進性，滿足ABS船級社的要求。

8 結論

該LIFTBOAT作業靈活，作業成本低，降低了油田開發的綜合成本；改變傳統模式的平臺作業方式，船上集成了各種功能和關鍵技術，是一個集自航、自升、輔助、修井、居住、吊運的船型，適用于無限航區，具有4錨定位功能，裝載能力大，噪音振動小，可作業于惡劣環境。

[1]常雙利.LIFTBOAT平臺在海洋油田的應用分析[J].石油機械 ，2010，38（1）.

[2]何炎平，龔閩.一種自升自航式修井作業船的方案設計[J].中國海上油氣工程，2002，14（5）.