淺談某半潛式鉆井平臺極地作業改裝設計

徐方雄

摘 ? ?要：相比于普通海域作業，在極地寒冷區域作業對海洋工程裝備提出了更高的要求。本文簡要介紹了我司承接的某半潛式鉆井平臺為滿足在極地寒冷區域作業要求而進行改裝設計。其主要改裝內容包括：提升平臺吊機的吊運能力;擴容生活區;更換發電機組;增加防寒功能;達到零排放要求等。確保平臺在極地寒冷區域能夠正常作業，滿足相關規定。

關鍵詞：半潛式鉆井平臺;極地作業;改裝設計

中圖分類號：TE5 ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： Compared with the ordinary sea area operation， the operation in the polar cold area puts forward higher requirements for marine engineering equipment. This paper introduces the modification design of a semi-submersible drilling unit in order to meet the operational requirements of polar cold areas. The main contents of the modification include increasing the lifting capacity of the platform crane， expanding and transforming living area， replacing the generator set， increasing the cold protection function， meeting the zero emission requirements， so as to ensure the normal operation of the platform in the polar cold area and meet the relevant regulations.

Key words： Semi-submersible drilling unit; Polar operation; Modification design

1 ? ? 前言

該平臺將在俄羅斯北極海域作業，根據作業區域及非作業窗口期避寒區域的氣候條件和特點，平臺現有防寒保溫措施不能滿足要求，且平臺現電網負荷不允許通過增加暖風機達到寒帶作業供暖需求。經過綜合評估，將平臺原有的三臺發電機組更換為功率更大的發電機組，并增設兩臺鍋爐，采用電伴熱或蒸汽加熱器的方式對管線、設備設施、工作區域等進行加熱保溫。

2 ? ?平臺概況

該半潛式鉆井平臺于上世紀九十年代進行了4600ft深水改造，現船東于2012年從美國鉆井承包商TRANSOCEAN購置，入美國船級社（ABS）和中國船級社（CCS）雙船籍。平臺由兩個浮箱、六個立柱、上部結構和鉆臺組成：上部結構的前部為兩層生活區，中部、后部為工作區;直升飛機平臺位于平臺首部生活樓的頂部，可以起降12 t的直升機;平臺最大作業水深1 402 m、最大鉆井深度7 620 m;采用錨泊定位方式。該平臺屬于第三代深水半潛式鉆井平臺，主要用于南海500～800 m水深海域的油氣勘探、開發等作業。

3 ? ?項目改裝工程內容

3.1 ? 更換左、右舷吊機

平臺原有左、右舷吊機均已經使用達20年，吊運能力不能滿足使用要求，并且設備的故障率較高，影響到平臺物資吊運和打井作業。按船東要求：將左、右舷吊機更換為吊運負荷50 t的吊機;吊機休息臂的位置按新吊機的要求調整;對吊機座結構和吊機休息臂結構重新設計，結構強度需滿足現行規范要求。

吊機更換方案的重點是：保證吊機能達到設計要求進行吊運作業，并且吊機座結構和船體結構強度能滿足吊機最大吊運負荷要求。

吊機更換方案的設計難點：（1）新加結構需考慮與原結構的連接，原結構保留界限影響到多個方面;（2）因部分電纜不能移動，原結構保留界限受限，增加結構設計難度，同時也增加施工難度;（3）吊機休息臂位置受到其它設備限制，增加了布置位置和結構設計的難度。

3.2 ? 擴容生活區

全船定員由原來的120人增加到150人。為增加鋪位，一樓生活區需重新布置，并增加生活集裝箱;同時，原污水處理裝置也不能滿足要求，需將原污水處理裝置拆除，在原位置安裝能滿足定員150人的新污水處理裝置。

（1）生活區及配電間的中央空調通風系統改裝

平臺原有的空調通風系統設備已經使用達20年以上，尤其因壓縮機露天放置使設備陳舊老化，制冷效果降低;并且空調處理器設置于生活區內，不但產生噪音干擾，而且擠占了生活區空間，妨礙了平臺升級改造后增加乘員人數的要求;另外，原生活區中央空調通風系統沒有冬天采暖功能，不能滿足寒冷海域作業的防寒保暖要求。

新中央空調系統改裝設計重點： 既要滿足生活區及配電間的夏天供冷降溫及生活區的冬天供暖防寒的要求，又要確保空調設備的安裝位置有足夠的安裝空間，并確保從柴油機高溫冷卻水采熱供暖后不會影響柴油機的正常使用。

新中央空調系統改裝設計難點：① 新空調器安裝位置的空間受限，不利于新空調器冷凝水的排放，且進風口與外圍艙壁的回風管連接困難;② 利用柴油機高溫冷卻水對生活區供暖;③ 風管的布置及安裝相當困難。

經過與船方交流和現場勘驗，確定生活區及配電間的新中央空調通風系統的改裝方案如下：

① 為減小空調對生活區空間的影響，將原風冷式空調機組整體拆除，更換為水冷式空調機組。

中央空調系統設備配置：由三臺水冷式壓縮機組（二用一備）制冷，間接冷卻冷媒水，然后由二臺冷媒水泵（一用一備）送至服務于生活區的二臺空調處理器和服務于配電間二臺空調處理器（一用一備），以實現對平臺生活區和配電間進行夏天輸送冷風降溫。三臺水冷式壓縮機組及2條冷媒水泵安裝于生活區外的左舷1#立柱下一層內，將該區域原來的貨架拆除，并對甲板面結構進行加強;

② 在機艙內增加一臺熱水供給泵，將柴油機高溫冷卻水的一部分泵至服務于生活區的二臺空調處理器內的加熱盤管，以實現對平臺生活區進行冬天采暖送風。

（2） 生活區黑灰水管線改裝

平臺生活區之前的設計是兩個房間共同使用一個衛生間。為了改善船員生活條件，改裝后每個房間都設置了獨立的衛生單元，黑灰水系統也進行了重新設計：將醫務室的黑灰水直接接入黑水總管，以便將可能帶有病菌的水直接進入生活污水處理裝置處理;將原來的1#鹽水艙改為污水收集艙，用來收集經過生活污水處理裝置處理后的污水，并利用原鹽水泵將污水定期泵入駁船帶到陸地上處理，減少了對海洋環境的影響;對平臺灰水排放設置了兩個可選出口，可在零排放控制區域進入污水處理裝置，最終帶到陸地處理，也可在非零排放控制區域直排。

3.3 ? 更換發電機組

發電機組是平臺最核心的設備之一，為平臺所有動力設備提供電源，其工作性能的好壞直接影響到平臺的正常作業。為適應新的作業任務，將平臺原有三臺柴油發電機組（EMD MD16E8，MCR：1 400 kW、900 r/min），更換為Wartsila 8L26，MCR：2 600 kW、900 r/min。按照二用一備設計。

（1）原發電機組為EMD柴油機，機組重量每臺33.4 t;新發電機組為瓦錫蘭柴油機，機組重量每臺45 t。柴油發電機組基座按新發電機組重新設計，船體結構強度按需要進行加強并計算強度（見圖1）;

（2）發電機組的正常工作離不開輔助系統的支持，所有輔助系統均需重新設計。主要包括：燃油系統、滑油系統、冷卻系統、排氣系統、啟動空氣系統;

（3）由于將風冷的發電機組更換為水冷，并在機艙內增加一些設備，所以機艙通風系統需要重新設計。但為了降低建造成本，在不更換原來三臺抽風機、三臺發電機組同時運行（平臺發電機組是兩用一備的配置，但船方考慮到未來可能會進行其它改造增加電力負荷，再增設一臺發電機組）的基礎上進行通風計算。根據計算結果確認機艙通風系統改裝方案，將原來3臺92 140 m3/h送風機更換為3臺75 000 m3/h送風機，原來三臺抽風機不變。

3.4 ? 改善防寒功能

冰區惡劣的作業環境，不僅對平臺本身是巨大的考驗，同時對作業人員也面臨著寒冷的威脅。因此平臺在原有基礎上增加供暖系統，新裝了2臺鍋爐、26臺蒸汽暖風機、1臺送風機進風口蒸汽空氣換熱器等加熱設備，對鉆臺、散裝艙、泥漿泵房、應急發電機房等20多個艙室進行加熱。

另外，平臺作業海域環境最低環境溫度為-10℃，因此需要對介質淡水、海水、泥漿和空氣等室外的管線進行加熱，防止結冰堵塞。所涉及的系統包括：主海水系統、海水冷卻系統、消防水系統、低壓泥漿系統、高壓泥漿系統、服務空氣系統、鉆井水系統、鉆井冷卻水系統、飲用水系統、黑水及灰水系統、甲板污水收集系統，以及鉆井阻流、鉆臺阻流、壓井、立管、固井相關管系等;另外，對計量罐、BOP張力器高壓氣瓶、鉆臺液壓泵房兩個液壓油柜、吊車液壓油柜也安裝了伴熱帶。

系統采用電伴熱帶防寒，溫度維持在50℃左右。根據區域情況，將伴熱帶用耐高溫玻璃纖維帶固定到管路上，測試之后安裝保溫層，然后在最外層用不銹鋼薄板包扎固定;另外，兩個淡水艙增設了循環加熱系統，包括一臺循環泵及一個電加熱器，并設置了溫度開關以實現自動控制。

3.5 ? 實現零排放

為了減少平臺作業期間對環境的污染，滿足船旗國及國際海事組織防污染公約要求，需要對生活污水處理系統和艙底水系統進行改造，以達到零排放的目的。系統改造包括的主要設備有：2臺艙底水駁運泵、艙底水收集柜、污油收集柜、油水分離柜集柜、油水分離器、污油水駁運泵等。

平臺在運營過程中，甲板面或部分艙室地面難免產生油污，所以在整個甲板區域增設了很多地漏，確保無死角的將各層甲板的含油雨水等順利流入油水分離柜;艙底水經艙底水駁運泵進入艙底水收集柜或直接進入油水分離柜，含油污水在油水分離柜內進行重力分離，上層油污通過溢流管進入污油收集柜內，再由污油泵定期排放至駁船帶到陸地上做進一步處理。在零排放控制區域，下部含油量較少的艙底水也通過污油泵定期排放到駁船;在非零排放控制區域，含油量較少的污水也可通過污水處理裝置處理后直接排入大海。

污油柜的污油水經污油水駁運泵泵入油水分離器處理，分出的水進入污水收集柜。污水收集柜及艙底水收集柜內的液體需定期排放至駁船帶到陸地上做進一步處理。通過零排放系統，平臺所有的廢水都未排放到海洋，既實現了對海洋資源的有效利用和開發，又保護了海洋環境，實現可持續發展。

4 ? ?結束語

此次半潛式鉆井平臺極地寒冷區域作業改裝工程的順利完工，不僅增強了平臺的作業能力，使其在國際能源市場占有一席之地，而且取得了中國船級社以來第一個冰區作業證書。同時也是我司改造的第二座進入俄羅斯遠東鉆井服務市場的鉆井平臺，為貫徹國家“一帶一路”政策、建設海上絲綢之路，以及開拓國際市場邁出了堅實的一步。

參考文獻

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