自航式支持平臺在海洋石油勘探開發作業中的應用

吳 剛， 曲路路， 曹海洋， 楊博欽， 齊延云

（中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司， 廣東 湛江 524057）

引言

近年來，南海區域鉆井船作為支持平臺在鉆完修井作業中的應用越來越多，但平臺附近海管海纜布局復雜且較為集中，周邊海底存在施工產生的廢棄物和工業垃圾等障礙物，都為鉆井船精就位作業帶來了巨大風險，為保證作業安全可靠，許多學者對鉆井船的精就位進行了深入研究。盡管國內外學者進行了大量的研究與實踐，但目前鉆井船就位作業仍面臨著操作不穩定，作業成本高等問題。針對鉆井船因操作不當就位困難，甚至造成海管海纜破損溢油、斷電等問題，通過調研鉆井船性能、海上平臺導管架結構和海管海纜的分布，提出了一種自航式鉆井船精就位的作業模式。自航式鉆井船DP 系統通過全回轉推進器和艏側推進器，可實現自動或半自動就位模式，大大節約了導管架的就位作業時間，經現場應用效果顯著，對其他海域的就位作業具有參考意義。

1 自航式鉆井船概況

據不完全統計，2020 年南海區域鉆完修井作業拖航頻率高達86 次，因此提高鉆井船拖航就位率，對于作業降本增效起著重要作用。自航式鉆井船為4 樁腿有錨鉆井船，內含推進系統，具有一定的自航能力，對于鉆井船在短時間內順利完成精就位作業創造了有利的條件。

1.1 基本信息

自航式鉆井船的4 個獨立樁腿在其根部均設計有樁靴，當船體精就位后，4 個樁腿通過對角交替壓載完成就位。自航式鉆井船的樁腿樁靴數據見表1。

表1 自航式鉆井船樁腿與樁靴數據

1.2 動態定位系統

DP 系統的推進器由2 個全回轉推進器和1 個艏側推進器組成，操作臺安裝在JCR，控制模式是自動的或半自動船舶控制。DP 系統的推進器數據如表2所示。

表2 DP 系統推進器數據表

1.3 升降裝置

1.3.1 升降系統

每個樁腿上均安裝有一套齒輪齒條升降系統，根據需要起升或下降樁腿及船體。每個樁腿設置有14臺液壓馬達，垂直對稱安裝在升降房內的固樁架上。每個液壓馬達驅動一個從動齒輪，并通過一個齒輪箱焊接在樁腿兩側的齒條嚙合[1]。液壓馬達和從動齒輪技術參數如表3 所示。

表3 液壓馬達和從動齒輪技術參數表

1.3.2 升降能力

升降裝置設計的升降能力如下頁表4 所示。

表4 船體升降能力 t

1.3.3 升降控制

樁腿通過安裝在升降操作臺上的操縱桿控制，控制臺上有四個操縱桿，分別控制四個樁腿（1 號，2 號，3 號和4 號），也配置一個主操縱桿同時控制四個樁腿。控制系統允許操船者通過切換控制模式（單控-集控）進行單樁控制或四樁同時操作。操船者通過操作臺上“Sep.Control”按鈕選擇集控模式和單樁控制模式。顯示器會顯示單樁液壓壓力，并允許操船者選擇單樁數據監測畫面。屏幕上監測每條腿的液壓壓力和溫度。升降平臺作業時應持續關注剎車狀態。

升降系統操作臺位于升降控制室，控制臺上裝有一個電子水準儀和氣泡水準儀供操船者觀察平臺的艏- 艉和左- 右傾斜度。當平臺艏- 艉和左- 右方向發生傾斜時指示線會跟著移動，以顯示平臺傾斜度是否超出允許范圍，電子水平儀可顯示船體的傾斜度，操作者可通過傾斜度對船體樁腿進行調整。

2 自航式鉆井船精就位方案

2.1 就位地點調研

在鉆井船就位作業過程中主要存在鉆井平臺樁腿、就位錨掛碰周邊海管海纜的風險，操作不當會影響作業時效，嚴重者甚至會造成海管破裂溢油等事故，因此前期的就位點調研極其重要。就位地點調研主要包括以下幾個方面：

1）就位點海底探摸和地質資料等調查報告，以確定該位置是否適合就位。

2）作業井位的工程地質資料調研，預估樁腿入泥深度。對可能存在的樁腿穿刺點重點標記。

3）作業地點的水深資料調研，滿足船體吃水要求。

4）作業位置1 km 范圍內的海底管線分布情況。

5）距離樁靴1 500 mm 以內范圍的的海底管線應通過聲納測量進行驗證校核。

2.2 插樁位置勘測

隨著海上平臺作業頻次的增多，鉆井船在相近甚至是同一位置進行二次或多次插樁作業的情況越來越多。鉆井船在二次或多次插樁作業過程中，樁靴極易產生偏心載荷，嚴重甚至出現船體傾斜，撞擊平臺的危險，因此鉆井船就位前需對插樁的位置進行勘測[2]。

2.3 自航式鉆井船就位流程

1）海況監測：鉆井船就位作業需要在天氣良好、能見度良好的情況下進行，以確保有足夠的時間完成放樁、預壓載和升平臺至作業氣隙等作業。

2）開始進場：通過操縱動態定位DP 系統的2 個全回轉推進器和1 個艏側推進器開始進場，到達預定位置附近，接近靠泊就位的平臺時，應盡量降低樁腿，但要保證樁靴不觸碰海底。

3）風險評估：視海底流速、風速，平臺動力系統、樁腿升降系統、DP 操作系統和平臺的動員組織能力等條件，進行DP 系統穩定船位的能力及風險評估。

4）破壞穴坑：針對作業頻次較多的平臺，可使樁腿處于預就位位置，通過升降裝置調整樁腿破壞原有穴坑，拓寬穴坑直徑，方便樁腿進入穴坑，以保證精就位一次成功，節省時效。

5）精就位，坐樁：穴坑破壞結束后，通過升降操作臺上的操縱桿控制樁腿，準備精就位，在升降操作期間，保持對角樁腿交替壓載，并通過控制臺上的電子水準儀和氣泡水準儀對船體樁腿進行微調，待樁腿點穩后，就位完成。

3 現場應用

為完成潿洲11-2B 平臺大修作業，中海油湛江分公司采用了自航式支持平臺德盛287 參與了本次作業。鉆井船就位作業過程中，天氣情況良好，偏東風5 m/s，浪高1.0 m，天氣環境有利于本次作業。人員到崗，檢查設備狀態良好后，開展了本次鉆井船就位作業?，F場作業記錄表如表5 所示，精就位結束圖如下頁圖1 所示。

表5 自航式鉆井船現場就位作業記錄表

德盛287 配備的DP 系統和人員的默契配合，為德盛287 對接潿洲11-2B 導管架在短時間內順利完成精就位作業創造了有利條件。本次自航式鉆井船精就位作業累計用時4 h，相比拖航式鉆井船就位時間節省約16 h，節約成本約40 余萬元，為后續四海開展鉆井平臺就位作業提供了技術支持。

4 結論

1）自航式支持平臺較常規拖航式鉆井平臺，擁有DP 動力定位系統，具有自航能力，可為鉆井平臺高效的完成精就位作業創造了有利條件。

2）經現場應用，本次自航式鉆井船精就位作業累計用時4 h，相比拖航式鉆井船就位時間節省約16 h，節約成本約40 余萬元，為后續四海開展鉆井平臺就位作業提供了技術支持。