某深水半潛式鉆井平臺(tái)重量預(yù)測(cè)及減重措施

(中海油田服務(wù)股份有限公司,北京 101149)

空船重量，系指整個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)重量連同永久安裝于平臺(tái)上的機(jī)械、設(shè)備和舾裝件，包括固定壓載、備件。以及機(jī)械和管路中保持正常工作時(shí)的液體，但不包括貯存在液艙或備用供應(yīng)艙內(nèi)的液體、消耗品或可變載荷、貯存物品、人員，以及其個(gè)人物品的重量[1]。深水半潛式鉆井平臺(tái)的空船重量是非常關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)[2]，對(duì)整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能[3]、平臺(tái)穩(wěn)性、可變甲板載荷、建造價(jià)格等均有重要影響。空船重量在鉆井平臺(tái)建造項(xiàng)目中被設(shè)定為關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，其估算的合理性、準(zhǔn)確程度，特別是數(shù)值的大小直接影響整體建造成本，其重要性遠(yuǎn)高于其他性能指標(biāo)，甚至?xí)蔀榇瓦x擇的決定性因素。雖然在半潛式鉆井平臺(tái)建造項(xiàng)目初始階段的空船重量是一個(gè)估算值，但在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中實(shí)際上是核心參數(shù)，隨著項(xiàng)目的進(jìn)展不斷細(xì)化、跟進(jìn)，應(yīng)確保其不超過(guò)設(shè)定的目標(biāo)值。空船重量的估算是一個(gè)由粗略到精細(xì)、然后隨著設(shè)備購(gòu)置及建造過(guò)程而逐步確定的過(guò)程，其數(shù)值存在一定的波動(dòng)。一旦空船重量增加并超過(guò)項(xiàng)目初期設(shè)定的目標(biāo)值，則需要采取措施降低空船重量使之返回目標(biāo)范圍值之內(nèi)。為此，考慮平臺(tái)選型[4]和概念設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)，以及建造等深水半潛式鉆井平臺(tái)建造全流程中的重量控制要點(diǎn)進(jìn)行探討，明確重量控制明確思路。

1 重量控制的關(guān)鍵

重量控制過(guò)程。重量控制工作是一個(gè)由粗到細(xì)、由估算到細(xì)算、由逐項(xiàng)核實(shí)到全船確認(rèn)、可靠度逐步提高的過(guò)程。通常會(huì)制定明確的重量控制程序，指派專人實(shí)施重量控制工作，并將空船重量作為建造質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，為實(shí)施預(yù)期目標(biāo)而進(jìn)行過(guò)程控制。見(jiàn)圖1。

圖1 空船重量控制的不同階段

重量控制涉及到各個(gè)方面，報(bào)告設(shè)計(jì)、采購(gòu)、建造實(shí)施等，關(guān)鍵要素如下。

1)通常，重量越輕的設(shè)備價(jià)格越高，而設(shè)備重量也占了空船重量較大的比重。為實(shí)現(xiàn)重量控制目標(biāo)，需要在采購(gòu)成本和設(shè)備重量?jī)煞矫孢M(jìn)行權(quán)衡，因此重量控制需要管理層的重視和協(xié)調(diào)。

2)通常在建造過(guò)程中若出現(xiàn)低質(zhì)量的設(shè)備和材料，后期的整改均會(huì)導(dǎo)致額外的重量增加，因此需要把好材料和設(shè)備質(zhì)量關(guān)。

3)盡可能選擇性能優(yōu)、重量輕的材料和設(shè)備，如公差小的鋼板、性能優(yōu)且比重小的絕緣材料等。

4)把好設(shè)計(jì)優(yōu)化關(guān)，在滿足規(guī)范公約及功能要求的情況下，最大程度減重。

2 平臺(tái)選型和設(shè)計(jì)的重量控制要求

以某深水半潛式鉆井平臺(tái)為例，在選型階段就要求各家設(shè)計(jì)公司提供空船重量的估算值，并與已經(jīng)投入使用的類似船型進(jìn)行對(duì)比，分析其合理性。在船型確定后，則以同船型且已經(jīng)建造完成的空船重量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，比較差異，分析重量增減的辦法，形成空船重量的目標(biāo)值，見(jiàn)表1。

表1 重量差異對(duì)比 t

注：最大重量與最小重量的中間值：25 727 t

對(duì)比分析得出某新建半潛式鉆井平臺(tái)的空船重量大概率會(huì)落在25 167～26 287 t的區(qū)間。在此基礎(chǔ)上，尚不能以其最大值26 287 t作為該項(xiàng)目的空船重量目標(biāo)，還需要對(duì)空船重量變化對(duì)鉆井平臺(tái)操作可變載荷的影響進(jìn)行評(píng)估，以明確最終可以接受的空船重量數(shù)值。

船型選定后，鉆井平臺(tái)主尺度[6]已經(jīng)確定，其在各種工況下的排水量已經(jīng)是定值，需選擇一個(gè)最敏感的工況來(lái)分析空船重量對(duì)可變載荷的影響。由于遷航工況時(shí)僅浮箱能提供浮力，選擇此工況進(jìn)行分析。在排水量一定的情況下測(cè)算不同空船重量下的可變載荷，見(jiàn)表2。

表2 可變載荷測(cè)算

根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況的需求，分析可變載荷的可接受程度[7]。由于本案例平臺(tái)設(shè)計(jì)的最大作業(yè)水深1 500 m，最大鉆井深度為9 144 m，假設(shè)操作是在遷航工況下具備裝載大致一口井需鉆具、設(shè)備、物品和材料等總共約3 475 t，主要包括：①水管1 200 t；②鉆具550 t;③泥漿與袋裝材料350 t;④立柱內(nèi)灰料(水泥、土粉、重晶石)200 t;⑤水下及第三方設(shè)備(包括防噴器、水下機(jī)器人、燃燒臂等)618 t;⑥消耗品、庫(kù)房和人員557 t。

如果甲板可變載荷降低到3 025 t，則拖航移位期間需要減少鉆具和材料約500 t，從實(shí)際工作的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，是最低接受值。因此,空船重量的控制目標(biāo)的紅線可確定為26 000 t，而優(yōu)化目標(biāo)則可設(shè)定為25 000 t。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)和減重措施的優(yōu)化

隨著設(shè)計(jì)工作的深入，空船重量的控制管理工作也逐步深入，按照管理工作要求，在詳細(xì)設(shè)計(jì)甚至生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)依據(jù)各專業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行重量及重心統(tǒng)計(jì)，每月定期更新重量控制報(bào)告，用于分析重量控制措施的有效性。見(jiàn)表2。

圖2 某項(xiàng)目空船重量變化

圖2(1)為詳細(xì)設(shè)計(jì)階段；(2)為生產(chǎn)設(shè)計(jì)和建造階段；(3)為機(jī)械完工和調(diào)試階段。由圖2可見(jiàn)，隨著詳細(xì)設(shè)計(jì)的開(kāi)展，空船重量的預(yù)估值經(jīng)歷了先升后降的過(guò)程。

對(duì)于新建項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，基本設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)是兩個(gè)不同階段，其重量控制報(bào)告也是不同設(shè)計(jì)主體來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的。在轉(zhuǎn)換到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的第一版報(bào)告中，預(yù)估的空船重量與基本設(shè)計(jì)出現(xiàn)了明顯的增加趨勢(shì)，重量增加達(dá)到400 t以上。由表2可見(jiàn)，空船重量達(dá)到26 500 t將變得不可接受。因此在詳細(xì)設(shè)計(jì)開(kāi)始階段及時(shí)的進(jìn)行減重設(shè)計(jì)優(yōu)化成為當(dāng)時(shí)最重要的任務(wù)。

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的減重措施主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)。

1)設(shè)備選型[8]。最大程度選擇性能優(yōu)、重量輕的設(shè)備。

2)材料替代。研究使用輕型材料的所有可能性，最大程度使用重量輕的新材料，比如甲板敷料選擇密度最小的型號(hào)。

3)設(shè)計(jì)優(yōu)化。如附屬結(jié)構(gòu)的輕型化設(shè)計(jì)、管路路徑優(yōu)化、電纜路徑優(yōu)化、設(shè)計(jì)余量的管控等。

4)嚴(yán)格的鋼板采購(gòu)公差控制[9]、設(shè)計(jì)余量控制等管理要求。

按照上述思路，某項(xiàng)目通過(guò)頭腦風(fēng)暴會(huì)形式列出了多達(dá)50多個(gè)具備減重潛力的方案，然后組織多輪技術(shù)討論會(huì)議，最終從中選用了約50%的具體減重設(shè)計(jì)和措施，從而使得預(yù)估的空船重量回到目標(biāo)值附近。

4 建造過(guò)程的重量控制方法

4.1 鋼材公差控制

船級(jí)社規(guī)范中明確要求新建造項(xiàng)目的鋼板必須全部使用正公差鋼板，而在鋼板采購(gòu)協(xié)議中的正公差要求為1.5%。為避免正公差鋼板造成的重量增加，以零公差為目標(biāo)，以1%為總體控制目標(biāo)。通過(guò)采取到鋼板生產(chǎn)廠家進(jìn)行測(cè)厚等措施，最終整體鋼板平均公差控制在0.72%，優(yōu)于1%的控制目標(biāo)。

4.2 設(shè)備重量監(jiān)控

建造過(guò)程中，在到貨驗(yàn)收或者現(xiàn)場(chǎng)安裝期間，組織對(duì)設(shè)備進(jìn)行大比例的抽樣稱重，特別是重量較大的設(shè)備是必選目標(biāo)。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的實(shí)際到貨重量與技術(shù)協(xié)議中的重量存在差異，但綜合比較相差不大，說(shuō)明在設(shè)備采購(gòu)、到貨驗(yàn)收這方面的重控控制措施有效。

4.3 良好的建造工藝和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)

在詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中，已經(jīng)明確了甲板敷料對(duì)空船重量的影響，并且將優(yōu)選最輕的甲板敷料型號(hào)作為重要的減重措施之一。在施工工藝上提出對(duì)甲板變形[10]的嚴(yán)格要求，避免因使用甲板敷料填平底面導(dǎo)致用料的大幅增加。

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)和施工工藝的選擇方面，每減重1 kg對(duì)總體項(xiàng)目的重量控制都是有非常好的正面影響。比如,敷設(shè)錯(cuò)誤的電纜需要全部抽出，與設(shè)備連接處的電纜不允許有過(guò)多的余量、樓梯處的欄桿在上到目標(biāo)甲板后僅保留最短距離、管路支撐要使用最小的且能滿足強(qiáng)度的規(guī)格,等。

隨著全船生產(chǎn)設(shè)計(jì)的結(jié)束和三維模型的完善，空船重量報(bào)告中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)根據(jù)三維模型導(dǎo)出各項(xiàng)重量數(shù)據(jù)，并扣除設(shè)計(jì)余量后，空船重量取得較好的效果，并逐步向優(yōu)化目標(biāo)25 000 t靠近。

4.4 嚴(yán)格的變更管理

隨著建造項(xiàng)目的開(kāi)展，因各種原因?qū)е碌淖兏豢杀苊猓兏暾?qǐng)、審批的過(guò)程中，需要分析變更對(duì)空船重量的影響，以任何由于變更導(dǎo)致的重量增加的部分都需要對(duì)應(yīng)的減重措施來(lái)平衡，確保空船重量的控制目標(biāo)或優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

在項(xiàng)目機(jī)械完工和調(diào)試過(guò)程中的修改意見(jiàn)和船東通過(guò)各種途徑提出的修改要求，需要將減重意識(shí)落實(shí)到每一步的工作中。

4.5 利用重大節(jié)點(diǎn)校核空船重量

1)建造過(guò)程中的下水節(jié)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)船上的非空船重量部分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將其與通過(guò)吃水實(shí)測(cè)的排水量進(jìn)行比對(duì)，則可得出下水節(jié)點(diǎn)期間的空船重量，并且與重控報(bào)告的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，為后續(xù)碼頭舾裝、完工調(diào)試的重控工作提供指引。

2)在最關(guān)鍵的傾斜試驗(yàn)[10]過(guò)程中，需要專業(yè)人員對(duì)在平臺(tái)上各種剩余重量進(jìn)行詳細(xì)核對(duì)，確保空船重量的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

通過(guò)采取有效的重量控制措施，某新建半潛式鉆井平臺(tái)的實(shí)際空船重量比項(xiàng)目前期設(shè)定的目標(biāo)值還小，說(shuō)明項(xiàng)目管理有效。

1)項(xiàng)目前期的空船重量預(yù)估和管控對(duì)重控目標(biāo)的設(shè)定非常重要。

2)重控控制貫徹項(xiàng)目始終，需要全體人員深度介入，不放過(guò)每一個(gè)細(xì)節(jié)。