三樁腿自升式海上鉆井平臺引航操縱要點淺析

郭佃生，姜春國

（煙臺港引航站，山東 煙臺 264012）

三樁腿自升式海上鉆井平臺是目前國內外應用最為廣泛的鉆井平臺，在我國近海作業范圍廣，數量多，進出港口頻繁，因其平臺形狀為不規則的三角形，被引航員俗稱為“三角鉆井平臺”。其具有結構復雜、一般無自航能力、拖輪協助操縱易旋轉和引領難度系數大的特點。本文以引領該類鉆井平臺“勝利新一號”離煙臺來福士七號泊位出港后裝載到半潛母船“振華34”為例（見圖1），從制定引航方案開始到引航任務完成，針對平臺結構特點、水文氣象條件、航道通航環境、拖輪配備方案、引航員指派和分工等方面的關鍵性操作細節，總結出的一些引航操縱體會，為類似引航作業提供參考。

圖1 “勝利新一號”裝載到母船“振華34”輪俯視圖

1 引航任務關鍵性信息

（1）引航任務。將“新勝利一號”離泊煙臺中集來福士七號泊位后，由拖輪拖航至港外油輪過駁錨地西側，在母船“振華34”輪下風側30 米處停留，帶好上風側兩根纜繩后利用纜繩配合協助拖輪完成裝載作業。

（2）平臺資料。“勝利新一號”總長78.5 米，總寬54 米，型深5.5 米，吃水3.43 米，無自航能力，三根柱體式樁腿高度82 米，平臺重量7536 噸，最大作業水深50 米，最大鉆井深度7000 米。

（3）港口水文資料。煙臺中集來福士碼頭位于煙臺芝罘島南側芝罘灣內，西鄰打撈局港，東臨東口碼頭，船舶可通過打撈局航道或者來福士深水航道、煙臺港三期航道和北航道進出港口，港池內、泊位前沿和旋回水域水深從-15.0 米到-18.0 米不等。港區屬于正規半日潮港，潮差一般在2 米以內，屬于弱潮差港，港池內流速較小。

2 引航方案的制定

該平臺屬于煙臺港引航站引領船舶中的重點船舶，引航方案應包含但不局限于拖輪配置、引航員指派、航線制定、引航應急預案等重要內容。

2.1 拖力計算，確定拖輪配置方案

在制定初步引航方案前，一是要實地查看導纜孔、纜樁等系纜設備，平臺舷外管線、錨架、小平臺等凸出結構，確定拖輪頂推和帶纜位置；二是對鉆井平臺各種阻力、拖航方案進行數據分析，計算平臺總阻力，評估在海上拖航標準環境條件下的拖航方案是否可行，總系柱拖力是否足夠；三是確定最終拖輪配置方案。此次引航任務計劃使用3 艘煙臺港拖輪，各拖輪具體參數見表1。

表1 拖輪船舶資料

根據中國船級社《海上拖航指南2011》附錄2 第2項之規定，“勝利新一號”屬于受風面積特別龐大的鉆井平臺或其他水上建筑的范疇，其拖航阻力可按經驗公式計算:

式（1）中：Rf為鉆井平臺的摩擦阻力，kN；RB為鉆井平臺的剩余阻力，kN；Ra為鉆井平臺的空氣阻力，kN。

鉆井平臺和拖輪（無法獲得拖輪資料）的阻力均按如下近似方法確定：

式（2）（3）中：A1 為鉆井平臺水下濕表面積，m2；A2 為浸水部分的船中橫剖面積，m2；V 為拖航速度，設定4 節，2.0578m/s；δ 為方形系數。

鉆井平臺空氣阻力按下列公式計算確定：

式（4）中：ρ 為空氣密度，kg/m3，按1.22 計算；Vs 為風速，m/s，按20.6 計算；Cs為受風面積Ai 的形狀系數，按鉆井架1.25 計算；Ai 受風面積，m/s，按頂風計算。

經過計算，當風速為20.6m/s，“勝利新一號”的總阻力約為882.83 kN，三艘拖輪的總阻力約為28.14kN。三艘拖輪的總系柱拖力為1206.1kN，假定拖輪由于船齡、水文氣象、駕駛員操縱水平等因素導致有效輸出功率降至總功率的80%，則總剩余系柱拖力936.74kN，仍大于“勝利新一號”的阻力，證明鉆井平臺可以在靜水中以拖航速度為4Kn 航行，滿足中國船級社的規范要求。

《煙臺港引航站操縱規范》中關于此類重點船引航作業時風力氣象條件限制為10.7m/s，風速要求遠高于標準氣象和海況條件下的計算被拖船阻力設定的20.6m/s，所以此拖輪配置方案可以保障引航作業安全。同時筆者認為拖航速度越快，拖船和被拖船的阻力會呈幾何倍數增加，拖航速度越慢，阻力會相應成倍的遞減，在狹窄航道、水流多變、通航環境比較復雜的港內拖航時很難達到4 節的拖航速度，多次引航操縱經驗也證明了這一點，一般港內拖航速度在2Kn 以內。且海上拖航一般只有一條主拖，距離遠，時間長，氣象變化不定，天氣預報精度相對較低，很難把握航線附近潮流流向和流速，海況差等多種不利狀況存在，因此拖輪系柱拖力要求更高；港內拖航一般除了主拖還有2—3 條輔拖，以便協助被拖船轉向、保向、減速等操縱，距離相對較短，作業時間短，可選擇天氣、海況相對較好的時間段，選擇余地大，如遇大風、大霧等突發天氣狀況，隨時可以停止作業，就地錨泊、申請增加拖輪數量等手段以保證作業安全，拖輪系柱拖力相對要求低一些。因此用此數據驗證拖輪拖力，在港內拖航作業的安全系數會更高。

2.2 拖輪系纜布置方案

T23 主機功率最大，有兩臺纜車，操縱靈活，配置為主拖。負責拖航、控速、轉向及橫移。在船頭系八字纜，長度約100 米。兩根拖纜分別系在平臺首部的導纜纜樁上，調整兩根纜繩使其長度相同，確保拖輪拖力可平均分配在兩根纜繩上。T14、T15 功率較小，船首寬度小，船首高度較低，可選擇的頂推位置多，配置為輔拖，拖纜分別系在左舷船尾和右舷船尾，負責拖航過程中的減速、抑制偏轉和控制船位的作用。

2.3 引航員的安排及分工

指派主領引航員1 名，站立在最上層甲板視野開闊處，行使總指揮權并承擔安全主體責任；副領引航員2名，站位分別在左右舷尾端視野開闊處，協助、提醒和提出操縱建議的責任和義務。

2.4 航線的選擇

該平臺離港吃水僅為3.43 米，受煙臺港區附近自然水深限制較小，可以不局限于航道內航行，但需要密切注意航標、東口養殖區及所航經海域礙航物，做到早讓寬讓。

3 引航過程中的風險點、難點及應對措施

（1）該類型平臺尺度相對較小，結構復雜，各種管線附著在船殼外，托錨架等凸出物多，導纜孔、纜樁等系纜設備數量少，船殼干舷高度小于拖輪船頭懸空高度，可供拖輪頂推的位置少，有時需要加裝頂推鋼板，局限性多，沒有選擇的余地。某三樁腿自升式海上鉆井平臺左舷（見圖2）。

圖2 某三樁腿自升式海上鉆井平臺尾靠來福士深水泊位圖

（2）該類型平臺上層建筑復雜、受風面積大，盲區大。引航操縱過程中受風的影響顯著，風壓力成為影響平臺操縱過程中的最主要不利因素。同時僅憑主領引航員一人難以做到正規了望，無法保證引航作業安全。

（3）盡管“勝利新一號”自重7536 噸，當利用主機功率3600Hp 的拖輪協助操縱時，由于功率/自重比較大，無論頂推還是拖拽，存在“一頂就快”或“一拖就慢”的現象，因此操縱時注意慣性的控制。

4 引航操縱體會

該類型平臺由于其平臺形狀不規則的特殊性，重心比較高，引航操縱方法不同于有動力的常規船舶，也不同于無動力的形狀規則船舶。之所以利用三艘拖輪協助三樁腿自升式海上鉆井平臺操縱易產生旋轉的運動，根本原因在于這兩個作用力或者三個作用力力矩矢量和沒有作用在轉心點上，合力轉船力矩和≠0，多種因素導致了均衡力遭到破壞，導致鉆井平臺作旋轉運動。這些因素包括拖輪功率不同、拖輪駕駛員水平不同、拖輪頂推方向不同、拖輪作用點無法選擇等。

例如在該類型平臺尾靠泊過程中（見圖3），利用拖輪2 和拖輪3 控制攏速，拖輪2 和拖輪3 都是頂在斜面上，和平臺中線存在一定夾角，因此拖輪2 產生的頂推力Y2 可分解為縱向分量Y2x 和橫向分量Y2y，拖輪3 產生的頂推力Y3 可分解為縱向分量Y3x 和橫向分量Y3y，假設拖輪2 和拖輪2 頂推位置左右對稱，功率一樣，則兩艘拖輪產生的橫向分量大小相等，方向相反，可以抵消；縱向分量方向相同，大小疊加；此時平臺將在合力的作用下產生船尾方向的單一縱向速度，這種情況下不會產生轉船效應。一旦這種合力平衡因為被破壞，平臺會在合力矩的作用下產生轉船效應，使平臺發生旋轉。

圖3 尾靠泊時頂推受力分析圖

5 靠泊方式和注意事項

5.1 尾部靠泊

尾部靠泊（見圖2和圖4）。尾部靠泊是該類鉆井平臺最常用的靠泊方式。優點一是因為鉆井平臺最長的直邊是船尾，且上方無直升飛機平臺等障礙物，靠在碼頭上更安全和便于船廠作業；二是因為拖輪可以對稱的系纜在鉆井平臺左右兩舷，離轉心的距離幾乎相同，兩個力的合力更容易作用在轉心上，在垂直攏向碼頭的過程中，只要左右兩舷的拖輪功率相同，頂推角度相同，朝向碼頭方向的分力重疊，朝向兩舷的分力相互抵消，從而產生朝碼頭方向單一的直線運動，更便于引航員操縱作業。

圖4 鉆井平臺尾靠泊

靠泊時，主拖（拖輪1）將鉆井平臺拖到距泊位較近且寬闊的水域，解掉主拖纜后根據需要系纜在左舷或右舷船尾便于頂推處，利用三條拖輪協助將該鉆井平臺移動到泊位外200 米處，首先利用拖輪2 和拖輪3 進行試驗性的操縱，目的是檢驗在攏向碼頭過程中如何操作拖輪才能使鉆井平臺保持直線運動；然后再慢慢攏向碼頭。在攏向碼頭的過程中，利用拖輪2 和拖輪3 控制好攏速，利用拖輪1 控制船延碼頭方向的位置。離碼頭十米左右時將船停住，帶好左右兩舷尾纜，調整好位置后再攏靠碼頭。

5.2 舷側靠泊

舷側靠泊（見圖5）是指該類鉆井平臺左舷或者右舷長的斜邊靠在碼頭上的靠泊方式。舷側靠泊和尾部靠泊主要區別在于拖輪的系纜位置和頂推角度上，引航操縱 難度更大。在攏向碼頭的過程中，利用拖輪1 和拖輪2 控制攏速，利用拖輪3 控制鉆井平臺沿碼頭方向的位置。由于拖輪1 頂推作用點處是斜邊和鉆井平臺“頭輕腳重”的特殊構造，拖輪1 會產生使平臺作旋轉運動的分力，導致鉆井平臺旋轉。因此在舷側靠泊時，應多做幾次試驗性操縱，攏速盡量慢，找到適合拖輪的頂推角度，在拖輪1 和拖輪2 之間找到平衡作用點使鉆井平臺作直線運動。

圖5 鉆井平臺舷側靠泊

5.3 靠泊注意事項

一是多數情況下不可以直接靠在碼頭上。鉆井平臺甲板的高度往往小于碰墊或者碼頭的高度，為了防止在潮起潮落期間損壞平臺外圍結構或者碰墊，應在平臺和碼頭之間放置一相同或低于平臺甲板高度的浮箱，浮箱位置（見圖2）。二是該類鉆井平臺在攏向碼頭的過程中，應在浮箱外小于十米的位置停住，移動好和浮箱的相對位置后，再慢慢攏向浮箱，注意觀察外部結構和碰墊是否無礙，禁止平臺沿著浮箱移動。三是該類鉆井平臺在靠離泊過程中，除了利用拖輪協助減速，如果海底地質、水深符、航速等符合作業要求，也可使用一根或者三根樁腿插入海底一定深度增加阻力而達到減速效果；當一根樁腿插入海底時，還可以把樁腿當做支點，使鉆井平臺圍繞該樁腿旋轉，以達到引航操縱靠泊需求。

6 結束語

引航員引領操縱三樁腿自升式海上鉆井平臺進出港是一個具有引航程序復雜、引航過程漫長、引航風險點高等多個特點的過程，要求引航員具備船舶操縱技術水平高、引航員間團隊協作密切和拖輪駕駛員間溝通順暢等多種能力，善于把控引航操縱過程中各種關鍵性操縱的本領。本文總結了一些引航作業中的關鍵性、實踐性操作并作了細致的闡述，希望能對日后類似引航任務提供參考、改進或者幫助。