自升式平臺的作業風險分析及其應對措施

陳瑞寶，張 鵬，高連燁，穆勝軍

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津300452)

0 引 言

自升式平臺作業于海洋石油平臺區域，因此在海上作業期間對于其節能環保有明確要求。在滿足節能要求的同時，針對平臺作業的多樣性，同時考慮作業區域復雜的海況和海底情況，研制一套平臺狀態監測裝置，既能滿足節能需求，又能進行作業風險分析，對可能存在的風險實現提前預警。

1 背景介紹

自升式平臺是一種具備自升能力的平臺，配備了樁腿及升降裝置，可以沿著樁腿升降來實現操作高度的變化以適應不同的作業水深和氣隙的要求。目前，自升式平臺已經廣泛應用于鉆修井作業、海上作業支持、海上生活支持、海洋牧場、海上風電安裝、海上救助打撈等領域。

中海油能源發展采油服務公司運營的國內首座海上移動式試采平臺，由勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院設計，具備修井、試油、試采、油氣分離、原油儲存和外輸等功能，在邊際油田的開發中體現了巨大的優勢，極大地提升了邊際油田的邊際效益。該平臺主要數據見表1。

表1 平臺主要數據Tab.1 Platform key data

續表1

2 自升式平臺面臨的作業風險

自升式平臺的舉升采用了四樁腿式電動齒輪齒條式升降系統。平臺專注于邊界油田的開發，具備修井作業、預處理及原油儲存處理等復合功能。考慮到作業區域的特殊性及作業人員有限，海上平臺對于節能環保要求較高，在保證設備穩定可靠運行的同時，需要盡量降低能耗。而邊際油田大多海底情況未知因素多，在就位、站樁、預壓載、拔樁等作業環節中面對的突發情況也較多，因而出現風險的概率也會比較大。根據以往的作業經驗，提出自升式平臺的潛在風險及應對措施。

2.1 平臺樁靴姿態及入泥深度計算

根據平臺的作業特點，在漂浮、插拔樁、壓載、升降等作業過程中，結合升降系統工作狀態、漂浮平臺吃水、氣隙及海水深度的相互關系，實時計算并跟蹤平臺作業狀態，自動計算各個樁腿入泥深度。

2.2 平臺傾斜監視及保護

自升式平臺定位于某一油田準備插拔樁前，必須進行壓載調整，移動可變載荷保證平臺負荷均勻分布，使平臺處于水平狀態，便于樁腿鉛直下垂，所以在調載的過程中要實時監測平臺漂浮狀態下的傾斜度，及時調整配載。

2.3 升船氣隙的監視

自升式平臺在站立作業的過程中要一直保持海洋平臺的底面高于海平面。通常我們定義平臺底部到海平面的距離為氣隙。自升式平臺的氣隙通常受升船高度及波浪影響，氣隙過高和過低都會造成潛在不安全，因而持續跟蹤氣隙變化并預設超限報警，不僅可以便利作業，也可為平臺作業安全提供保障。

2.4 平臺與井口位置的監測及跟蹤

海洋石油平臺的就位分為粗就位階段和精就位階段，精就位要求平臺艉部離開支持井口(平臺)最近距離為(2.1±0.5)m。為確保平臺在就位過程和升降過程以及生產過程中平臺與井口的安全，避免碰撞，平臺與井口的距離監測十分有必要和有意義。

3 平臺就位及站立

3.1 就位

為保證鉆機有足夠的覆蓋面積，一般作業平臺皆需要盡量靠近井口平臺，在井口比較多的情況，作業平臺與井口平臺間需要達到厘米級別方能達到標準。就位也會牽涉升降裝置、拖船、輔助錨機等協調配合問題。為了使整個精就位過程可視、可控，平臺可配備就位輔助系統。系統通過兩個激光＋視頻監視組成，在視頻輔助的情況下遠程對井口目標進行瞄準，通過兩組件的示值判斷專業平臺與井口平臺目標的相對距離及方位，結合樁腿的適時下放，實現就位目的。

3.2 滑樁監控

在一些海底情況相對復雜的作業現場，如有多種不同平臺多次作業海底腳印(footprint)錯綜復雜，或海底巖層結構相對復雜，作業平臺在就位后隨樁靴載荷的增加會有滑樁風險。在滑樁出現時，平臺需要多次收放樁腿做壓樁嘗試，如仍不能避免滑樁，則需要重新選擇平臺就位的位置。平臺配備的就位輔助系統，在作業過程中會對井口平臺的規定目標進行連續監控和跟蹤，在出現位置/位移變化時會主動進行預警，及時警示值班人員采取應對措施。

4 插樁及預壓載

4.1 RPV監控及報警

RPV為Racking Phase Difference的縮寫。近些年設計的平臺，為了考慮在拖航時有更小的吃水，以適合水深相對比較小的海域作業，在拖航時樁靴都需要收回到內部或極限位置。

RPV指示是各個樁腿相對于平臺的實際位置。RPV值可以二次運算成樁靴相對船體的位置，在RPV達到一定數值后，監控系統可以發出報警信號機停止命令，避免造成碰撞事故。在相對較深的水域舉升平臺時，通過 RPV的監控也可以提出預警，避免平臺被舉升到樁腿頂部的非安全區域。

4.2 RPD監控及報警

RPD為 Racking Phase Difference的縮寫，為一根樁腿不同齒條之間的相位差，單位 cm。RPD的值對應樁腿與平臺的垂直度，RPD值過大預示狀態齒條板與安裝在固樁架及船體的導板距離過近，導致樁腿與船體的摩擦加劇而影響升降作業。一般在就位放樁后要對 RPD進行檢查，超限后需要重新放樁，避免平臺升到一定高度因摩擦加劇不能繼續升船。

4.3 插樁及入泥

平臺在就位后，需要插樁，使樁靴及樁腿插入海床。在平臺設計階段，設計公司會根據平臺最大的入泥深度，反向工程確認樁靴大小及承載力、樁腿強度、沖樁管線的大小及噴嘴的布置、沖樁泵的壓力及排量等。在實際的使用過程中，因為平臺需要從樁靴獲取足夠的反支撐力，入泥深度一般是不可控的，隨低層不同而不同。

4.4 預壓載

平臺就位后，需要進行預壓載，使得樁靴承載力大于作業需要的最大載荷。預壓載也是平臺最危險的作業，此時易出現滑樁、穿刺及其他樁靴下穿速度不同而造成的作業風險。

4樁腿平臺的預壓載采用船體重量對角壓樁，或對角壓樁結合壓載水的方式進行。由于地層的承載力不同，被壓樁沉降的速度也不同，沉降速度的不同也會造成船體傾斜，故存在潛在風險。

4.5 穿刺風險

在自升式平臺作業的區域，一般會經過取芯及地質調查取得海底地層承載力的數據，但穿刺事故仍會時有發生。

穿刺事故是指樁靴坐落于表面堅硬內部松軟的地層(也稱蛋殼)，導致樁腿快速下沉而造成平臺發生傾斜的事故。穿刺事故通過良好的操作規程會有所降低，包括：良好的地質調查信息；預壓載應該采取良好的、循序漸進的策略，有足夠的靜候時間；預壓載時，要選擇涌浪較小的天氣，使船體保留與水面最小的距離，即使出現穿刺也可把對平臺及樁腿的影響降低到最小，不會出現平臺傾覆等惡性事故。

4.6 傾斜監控

在平臺底部離開水面的壓載過程中，因為樁腿仍會有入泥變化而導致平臺水平的變化，所以在預壓載過程中，傾斜監控尤其重要。傾斜監控裝置可以為操船人員指明船體的傾斜角度及方向，并具備報警及停止某方向升降的功能。操船人員可以根據最大的傾斜角度通過升降裝置對平臺水平隨預壓載進行跟蹤調節，從而保證平臺的安全。

5 升降作業

良好的站樁及預壓載是升降順利的前奏。但因為地層的不可預見因素，站樁往往不完美，即可能個別樁腿會出現比較大的RPD值而造成樁腿與導板的劇烈摩擦。在實際操作中，往往需要調整船體的水平(帶固定傾斜角度)才能順利完成升降作業。在此種工況下，平臺的傾斜監控尤其重要，升降過程中需要調整平臺的傾斜角度并兼顧問題樁升降裝置的負荷。

在移動式平臺作業時需要保留一定的作業氣隙，氣隙的大小主要基于以下考慮：作業平面的高度；潛水泵吸水管的最大允許高度；區域涌浪較大時拍打平臺底部的風險。

安裝氣隙監控傳感器可有效地監視在升降作業或平臺作業過程中氣隙的變化，輔助報警，避免事故的發生。連續監控的氣隙值也可以在極惡劣天氣根據涌浪的高度，采用應對策略避免拍打平臺底部。

6 拔樁作業

平臺在設計上皆有設計入泥深度。平臺完成作業后離開前，需要拔樁、回收樁腿及拖航作業。

在近海作業尤其是渤海，由于海底的淤泥層很深，拔樁往往相對比較困難。主要原因：樁靴阻力大，平臺安全浮力不足以把樁靴拔起；沖樁泵壓力和排量不足，需要更長的時間進行沖樁；樁靴噴嘴數量及分布，在淤泥中容易阻塞，需要更長的時間把樁靴吸附層吹松；在淺水區為避免坐底，船體不能提供足夠的拔樁浮力。

在入泥可能比較深的區域就位前需要確定足夠的拔樁預案。

7 結 語

自升式平臺相對于其他型式的作業平臺在海洋石油作業中有著比較大的優勢，在兼顧節能的同時，對于設備的穩定性要求較高。但因其在作業中總是牽涉升降及壓載作業，在使用中也存在著一定的風險。嚴格遵循良好的作業規程并增加一些必要的監控輔助裝置可以有效地降低作業風險的發生。