中油海63平臺在海南24井淺灘區域拖航就位技術探討

王焱，朱天池，劉光霽，敖天學，魯保良

中油海工船舶（天津）有限公司，天津，300451

0 引言

中國石油集團海洋工程有限公司是專業化海洋石油勘探開發工程技術服務公司。目前，公司擁有各類移動式平臺19座，主要作業區域在渤海，每年移動式平臺的拖航就位作業近40次，其中灘海地區的拖航就位作業超過10次[1]。本文以中油海63平臺在海南24井淺灘區域拖航、就位為例，分析移動式平臺在灘海地區拖航就位的風險，結合拖航就位實踐經驗，總結作業方案和操作方法，供大家借鑒參考。

1 海南24井區域狀況分析

1.1 海南24井現狀

海南24井位于遼寧盤錦海域雙臺子河河口地段的淺灘灘面上，其整體布局由動力平臺1座、井口平臺1座以及油罐區和火炬臂等組成，其中井口平臺是本次中油海63平臺需要停靠的位置，海南24井的井口周圍設有三根保護樁呈三角形分布，用以防御船舶碰撞以及冬季冰情影響。

海南24井所在淺灘與東側蓋州灘相連，地處灘海地區潮間帶，與5米等深線的直線距離為10海里，中油海63平臺由5米等深線附近拖至井位需要從淺灘西側的開闊的淺水水域通過，該區域海圖水深在2.5米至5.9米之間，水深分布不均勻。

1.2 盤錦港海域潮汐情況

盤錦港海域潮汐屬正規半日潮，海南24井附近海域小潮平均潮差為1～1.8米，大潮平均潮差為1.5～3米，最大潮差為3～5米，每天有兩次高潮兩次低潮。平均漲潮歷時為5.5小時，平均落潮歷時6.5小時左右。若受西南風影響，漲潮歷時增加，落潮歷時減小，潮高較潮汐表數據有所增加，若受北風影響，漲潮歷時減小，落潮歷時增加，潮高較潮汐表數據有所減小，根據風力大小，潮高的增減量有所差別。

在高潮位時淺灘全部被潮水淹沒，淺灘上水深約一般3.0～4.2米之間，低潮位時只有主河道有流水，其余均為海灘，海灘地形呈現由南向北微傾，表面平整無障礙物。盤錦海域潮流為往復流，井位附近張潮流流向為NE向，落潮流流向為SW向，漲潮流流速大于落潮流流速。

1.3 盤錦港海域風浪情況

盤錦港常浪向為SSW向，其次為SW向。由于受地形的影響，南風時波浪明顯比北風時強。根據現場實際觀測，北風時，盤錦港附近海域為波浪影響，風力減弱后波浪快速減弱或消失，南風時，風力達到5級，涌浪很快形成，風力持續6小時以上時，井位附近淺水區域浪高就可達到1米左右。

1.4 盤錦港海域海冰情況

盤錦港海區每年冬季均有海冰生成，一般11月中旬左右見初冰，終冰在3月初左右，平均冰期為110天，嚴重冰期為64天，主要集中在1至2月份，冬季平臺需要撤離盤錦港海域。

2 中油海63平臺現狀

2.1 中油海63平臺概況

中國石油集團海洋工程有限公司所屬中油海 63 平臺，是一艘齒輪齒條升降的四腿自升式修井試采平臺，由平臺主體、樁腿、儲油油罐、升降系統四部分組成。平臺主體平面形狀為長方形，平臺主甲板尾部布置有懸臂梁系統和試采流程，儲油油罐設在平臺中部，平臺首部設有四層生活樓和直升飛機平臺。

平臺拖航適合于近海航區，主要任務是對渤海水深 20m（含天文潮和風暴潮）范圍內的探井進行修井、試采作業。

2.2 中油海63平臺基本數據

平臺總長79米，型長62米，總寬34.6米，型寬34米，型深4.5米，總噸3806，設計拖航吃水2.41米。平臺樁腿為圓柱形，長度 63米，直徑2.8米，無樁靴設計。樁腿升降速度為0.47米/分鐘。平臺首、尾各設有150kN絞車兩臺，并配有2850kg AC-14型大抓力錨4個，用于牽引平臺就位，錨纜直徑38毫米，每根錨纜長360米。

3 中油海63平臺海南24井就位要求

中油海63平臺擬就位于海南24井井口平臺西南側。設計就位艏向200±3度，尾部距離井口平臺3.5±0.5米，橫向偏差±1米以內。中油海63平臺按設計要求完成就位后，既要滿足懸臂梁覆蓋井口，又要最大限度地減小對油輪靠泊油罐區的影響和交通船靠泊動力平臺的影響[2]。

4 拖航前期準備

4.1 淺水區拖航主拖輪的確定

根據本航次作業水域的水深限制，大馬力拖輪無法執行本次拖航任務，需要選用小馬力拖輪在淺水區進行拖帶和就位，在淺拖船的選擇上，應充分考慮拖輪船底富裕水深和可供拖帶和就位時長之間的關系，保證平臺和拖輪不會發生擱淺的情況。

根據多年灘淺海拖航就位作業經驗，此次淺拖就位，由平臺登陸淺灘開始至平臺到達設計就位位置所需時間約2.5小時。整個淺拖就位過程，從平臺和拖輪登陸淺灘至就位結束拖輪解拖駛離淺灘期間，應保證淺灘上的水深滿足需要。

綜合考慮上述情況，參照國內一些港口對于船舶安全富裕水深的要求，結合拖航就位作業所需時間和井位附近水深變化規律，按照潮汐表數據，通過內差法計算淺灘上的水深數值，確定高平潮期間可供淺拖和就位操作的時間，限定拖輪吃水[3]。

當日高潮潮高為4.51米，低潮潮高0.6米，高平潮時，淺灘上實際水深約為4.1米。按照高平潮前后1.5小時內進行淺拖就位計算淺灘水深，高平潮前1.5小時淺灘水深為3.1米，高平潮后1.5小時淺灘水深為3.2米。考慮潮汐表誤差和落潮時淺灘上水深變化快的情況，平臺和主拖輪船底需要預留0.5米安全富裕水深，以保證拖輪的操縱性能和避免擱淺的風險，因此，選擇的淺吃水拖輪其吃水應不大于2.5米。

結合本公司自有拖輪船型，擬選用一艘主機功率為2000kW的小馬力拖輪作為淺水區域拖航就位的主拖輪。

4.2 淺拖船數據

拖輪船長57.88米，船寬12.2米，型深3.85米，拖航吃水2.4米。該拖輪配備兩臺1000kW主機，主推機器為兩部噴水推進組合裝置，配備一臺180kW艏側推。拖帶裝置配備拖纜機滾筒一個，拖纜直徑36毫米，主拖纜長度700米，系柱拖力244kN。

4.3 中油海63平臺拖航阻力計算

根據中華人民共和國船舶檢驗局《海上拖航法定檢驗技術規則》（1999）和中國船級社《海上拖航指南》（2011）的有關規定和要求，對本次海上拖航進行阻力計算如下：

4.3.1 靜水平流拖航速度4節的拖航阻力Ro

式中：Rf：摩擦阻力；RB：剩余阻力；A1：平臺水下濕表面積，m2；A2：浸水部分的船中橫剖面積，m2；V：拖航速度，m/s；δ：方形系數。

4.3.2 風速20m/s的拖航阻力Ra

式中：ρ：空氣密度，kg/m3，按1.22kg/m3計算；V：風速取20m/s；Ai：受風面積，m2，按頂風計算；Cs：受風面積Ai的形狀系數。

4.4 自生式鉆井平臺拖航的相關要求

根據《海上拖航法定檢驗技術規則》（1999）、《海上拖航指南》（2011）、《鉆井平臺拖航與就位作業規范》（2019），拖船拖帶自生式鉆井平臺應同時滿足以下幾點要求：

4.4.1 所需拖帶力的估算應以擬定拖航航線為依據。對無限航區拖航的環境條件按如下確定：在風速等于20m/s（風從船首或30°方向吹來），船首水流速度為0.5m/s，有義波高（h1/3）為5m條件下，拖帶力至少應能保持被拖物的航向。

4.4.2 拖船在靜水中的拖航速度一般應滿足如下要求：拖帶常規線型的被拖船舶時，應不小于6節；拖帶特殊線型的被拖船舶（如浮船塢、起重船等）或半潛式鉆井平臺時，應不小于5節；拖帶自生式鉆井平臺及其他水上建筑時，應不小于4節。

4.4.3 拖航設計航線的水深，應使平臺和拖船的龍骨或推進器底距離海底至少5米。如小于5米，應在作業前進行風險評估。

根據拖航作業環境條件和拖航阻力計算結果，《海上拖航法定檢驗技術規則》（1999）、《海上拖航指南》（2011）、《鉆井平臺拖航與就位作業規范》（2019）中關于拖帶力、拖航速度以及拖航設計航線的水深要求，不適用于此次拖航。

綜合考慮實際水深以及拖輪主機功率、安全富裕水深和浪高的影響，對此次拖航的氣象和海況條件以及登陸淺灘時的水深做出如下限定，以保障作業安全：

風力≤4級；浪高＜0.5米；水深≥3.0米。

4.5 淺水拖航及就位時間節點籌劃

出于作業成本考慮，此次淺水拖航及就位作業僅配備了一艘小馬力拖輪，航線附近沒有設置臨時插樁點，淺水拖航就位需要盡可能在一個高潮間隙內完成，即使不能完成就位，至少也要將平臺拖至井位200米范圍內的掃測區域內插樁等待。因此，需要通過內差法估算淺灘上高潮前后每個小時的水深情況，并充分考慮落潮時淺灘上的水深變化快的實際情況，確定拖航就位的各時間節點[4]。

根據潮汐估算結果，淺灘上的水深在高平潮前1.5小時至高平潮后1小時內滿足作業要求。按照一個高平潮間隙完成就位任務劃分作業時間節點，中油海63平臺需要在高平潮前1.5小時開始登陸淺灘，登陸淺灘后0.8小時內完成初步就位，初就位結束后要在0.5小時內通過專業錨艇完成平臺尾部兩口定位錨的布置，以及主拖輪在平臺就位設計首尾線上拋錨替代兩口首部定位錨的操作，精就位操作需要在0.5小時內完成，就位結束后，主拖輪需要在高潮后0.8小時內完成起錨、收主拖纜和解拖操作并駛離淺灘區域。

5 淺水拖航及就位作業實施

5.1 淺拖

為防止漁業捕撈情況的干擾，確保淺水拖航安全順利，提前安排漁業清障船舶對航線及井位附近的漁船漁網等進行了清理，為拖帶作業提供了安全的作業環境，并在拖航作業期間，安排漁業清障船舶引航，預防突發情況的發生。

主拖輪在5米等深線附近乘低平潮掛拖并將主拖纜放至100米，掛拖完畢等待漲潮約2小時開始起拖。起拖時，平臺將樁腿收至船下0.6米位置，使平臺保持3米吃水，并做好隨時插樁制動的準備，然后乘漲潮順流拖帶平臺向淺灘登陸點航行，拖帶航速控制在3.5節左右，航行2.5小時可抵達淺灘登陸點。

淺水拖航航行過程中，在漲潮流的作用下，主拖輪僅使用15%～20%的主機負荷，拖帶航速就達到了3.5節左右，流壓角最大達到40度，拖帶船組的航跡帶寬度達到約130米，此時主拖輪的拖力明顯不足，主拖輪的主要作用是控制平臺運動方向，平臺的移動速度主要來自于漲潮流的作用。

為保證拖航安全，防止倒拖現象和斷纜情況的發生，主拖輪始終保持穩定的主機負荷以及與平臺之間相對固定的位置關系拖帶航行，使拖纜受力均勻，充分利用流壓，使平臺沿著設計航線以3.5節左右的速度行駛。

5.2 進場

拖帶船組在高平潮前1.5小時準時抵達井位西側淺灘邊緣的登陸點附近，距離井位0.6海里，根據潮汐表估算的水深和清障船舶提供的實際測量水深，此時已經滿足登陸淺灘條件。

登陸淺灘時，雖然漲潮流流速已經逐漸減小，但仍然有較大影響，在拖帶船組與井口之間只有0.6海里的情況下，如果不提前做好控制拖航速度和平臺運動軌跡的工作，將有可能造成平臺越過就位位置，甚至造成拖帶船組碰撞井口的重大事故。

此時，拖航指揮人員需要指揮主拖輪降低拖航速度，同時，平臺將樁腿下放至淺灘表層松軟的泥面內，這樣不僅可以通過軟泥的阻力協助控制平臺的移動速度，也能夠在突發緊急情況時迅速插樁制動平臺。

在向井口接近的過程中，拖航指揮人員充分利用流壓和海底軟泥的阻力，指揮拖輪不斷調整航向和主機負荷控制平臺的運動軌跡和平臺的艏向，使平臺向井口接近的同時，艏向也逐漸趨近就位設計艏向。

當平臺行進至距離井口和設計首尾線大約30米位置時，平臺適當增加一根尾樁入泥深度，減少另外3根樁腿的入泥深度，同時指揮拖輪連續轉向，增加平臺轉向的速度、降低平臺前進速度，直至平臺進入井口30至50米范圍內，平臺艏向達到設計艏向，完成初就位。此操作需要拖航指揮人員敏銳觀察流速和平臺運動軌跡的變化，準確把握拖輪轉向時機和轉向角度[5]。

5.3 就位

此次靠泊井口的精就位操作采取拋錨就位方式。即平臺兩口尾錨分別拋在就位設計船首線兩側135度夾角位置上，主拖輪在就位設計首尾線上拋錨替代兩口首錨，然后通過放主拖纜絞尾錨的方式完成精就位。

由于平臺錨纜僅有360米長，在設計錨纜拋出的長度時，需要充分考慮平臺與井口之間的距離，以及錨機滾筒上剩余錨纜長度和錨纜在海底的軌跡。經過估算，中油海63平臺可拋出錨纜直線長度為200米，因此，平臺在初就位時，應盡可能靠近井口，平臺初就位后的首尾線也應盡可能與就位設計首尾線重合，這樣可以彌補錨纜長度的缺陷，同時也可以減少精就位操作時間[6]。

平臺到達初就位位置插樁穩定后，主拖輪到設計錨點拋錨準備協助就位，專業錨艇在30分鐘內將平臺尾部兩口定位錨拋至設計錨點，兩口尾錨拋好后需要進行拉力試驗，確認定位錨已經抓牢，沒有走錨現象，開始進行精就位操作。

精就位操作過程需要處于平流階段，防止流壓影響就位精度。在松主拖纜、絞錨纜進行精就位的過程中，應使平臺的首尾線與就位設計首尾線始終保持基本重合，四根樁腿始終保持在軟泥泥面滑行，主拖纜受力適當，兩口尾錨錨纜張力相同，保持平臺平穩向井口接近，直至平臺與設計位置重合。

平臺達到設計位置插樁后，需要定位人員和平臺技術人員對就位精度進行復核，確認就位精度滿足要求后，精就位結束。精就位結束后，立即安排主拖輪起錨、收主拖纜、解拖駛離淺灘區域。

6 結語

海上平臺拖航就位作業程序復雜，受自然環境條件影響大，特別是在淺水區使用小馬力拖輪進行淺水拖航和精就位，作業難度更大、風險更高。拖航就位作業前，拖航指揮人員需要詳細了解作業任務和拖輪性能，制定詳細的、適合當時環境和情況的最佳作業方案，做好充分的作業前準備。在拖航就位作業實施過程中，拖航指揮人員要準確把握氣象水文條件和作業環境條件，精細操作，平臺和作業船舶要聽從指揮、密切配合，才能有效保障拖航就位作業的順利完成。