三樁腿自升式海上鉆井平臺(tái)引航操縱要點(diǎn)淺析

郭佃生，姜春國

（煙臺(tái)港引航站，山東 煙臺(tái) 264012）

三樁腿自升式海上鉆井平臺(tái)是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的鉆井平臺(tái)，在我國近海作業(yè)范圍廣，數(shù)量多，進(jìn)出港口頻繁，因其平臺(tái)形狀為不規(guī)則的三角形，被引航員俗稱為“三角鉆井平臺(tái)”。其具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、一般無自航能力、拖輪協(xié)助操縱易旋轉(zhuǎn)和引領(lǐng)難度系數(shù)大的特點(diǎn)。本文以引領(lǐng)該類鉆井平臺(tái)“勝利新一號”離煙臺(tái)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(wù)完成，針對平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、水文氣象條件、航道通航環(huán)境、拖輪配備方案、引航員指派和分工等方面的關(guān)鍵性操作細(xì)節(jié)，總結(jié)出的一些引航操縱體會(huì)，為類似引航作業(yè)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(wù)關(guān)鍵性信息

（1）引航任務(wù)。將“新勝利一號”離泊煙臺(tái)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(cè)，在母船“振華34”輪下風(fēng)側(cè)30 米處停留，帶好上風(fēng)側(cè)兩根纜繩后利用纜繩配合協(xié)助拖輪完成裝載作業(yè)。

（2）平臺(tái)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(tái)重量7536 噸，最大作業(yè)水深50 米，最大鉆井深度7000 米。

（3）港口水文資料。煙臺(tái)中集來福士碼頭位于煙臺(tái)芝罘島南側(cè)芝罘灣內(nèi)，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(tái)港三期航道和北航道進(jìn)出港口，港池內(nèi)、泊位前沿和旋回水域水深從-15.0 米到-18.0 米不等。港區(qū)屬于正規(guī)半日潮港，潮差一般在2 米以內(nèi)，屬于弱潮差港，港池內(nèi)流速較小。

2 引航方案的制定

該平臺(tái)屬于煙臺(tái)港引航站引領(lǐng)船舶中的重點(diǎn)船舶，引航方案應(yīng)包含但不局限于拖輪配置、引航員指派、航線制定、引航應(yīng)急預(yù)案等重要內(nèi)容。

2.1 拖力計(jì)算，確定拖輪配置方案

在制定初步引航方案前，一是要實(shí)地查看導(dǎo)纜孔、纜樁等系纜設(shè)備，平臺(tái)舷外管線、錨架、小平臺(tái)等凸出結(jié)構(gòu)，確定拖輪頂推和帶纜位置；二是對鉆井平臺(tái)各種阻力、拖航方案進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)算平臺(tái)總阻力，評估在海上拖航標(biāo)準(zhǔn)環(huán)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(wù)計(jì)劃使用3 艘煙臺(tái)港拖輪，各拖輪具體參數(shù)見表1。

表1 拖輪船舶資料

根據(jù)中國船級社《海上拖航指南2011》附錄2 第2項(xiàng)之規(guī)定，“勝利新一號”屬于受風(fēng)面積特別龐大的鉆井平臺(tái)或其他水上建筑的范疇，其拖航阻力可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

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

鉆井平臺(tái)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(tái)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(shè)定4 節(jié)，2.0578m/s；δ 為方形系數(shù)。

鉆井平臺(tái)空氣阻力按下列公式計(jì)算確定：

式（4）中：ρ 為空氣密度，kg/m3，按1.22 計(jì)算；Vs 為風(fēng)速，m/s，按20.6 計(jì)算；Cs為受風(fēng)面積Ai 的形狀系數(shù)，按鉆井架1.25 計(jì)算；Ai 受風(fēng)面積，m/s，按頂風(fēng)計(jì)算。

經(jīng)過計(jì)算，當(dāng)風(fēng)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(dǎo)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(tái)可以在靜水中以拖航速度為4Kn 航行，滿足中國船級社的規(guī)范要求。

《煙臺(tái)港引航站操縱規(guī)范》中關(guān)于此類重點(diǎn)船引航作業(yè)時(shí)風(fēng)力氣象條件限制為10.7m/s，風(fēng)速要求遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)氣象和海況條件下的計(jì)算被拖船阻力設(shè)定的20.6m/s，所以此拖輪配置方案可以保障引航作業(yè)安全。同時(shí)筆者認(rèn)為拖航速度越快，拖船和被拖船的阻力會(huì)呈幾何倍數(shù)增加，拖航速度越慢，阻力會(huì)相應(yīng)成倍的遞減，在狹窄航道、水流多變、通航環(huán)境比較復(fù)雜的港內(nèi)拖航時(shí)很難達(dá)到4 節(jié)的拖航速度，多次引航操縱經(jīng)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)，一般港內(nèi)拖航速度在2Kn 以內(nèi)。且海上拖航一般只有一條主拖，距離遠(yuǎn)，時(shí)間長，氣象變化不定，天氣預(yù)報(bào)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(nèi)拖航一般除了主拖還有2—3 條輔拖，以便協(xié)助被拖船轉(zhuǎn)向、保向、減速等操縱，距離相對較短，作業(yè)時(shí)間短，可選擇天氣、海況相對較好的時(shí)間段，選擇余地大，如遇大風(fēng)、大霧等突發(fā)天氣狀況，隨時(shí)可以停止作業(yè)，就地錨泊、申請?jiān)黾油陷啍?shù)量等手段以保證作業(yè)安全，拖輪系柱拖力相對要求低一些。因此用此數(shù)據(jù)驗(yàn)證拖輪拖力，在港內(nèi)拖航作業(yè)的安全系數(shù)會(huì)更高。

2.2 拖輪系纜布置方案

T23 主機(jī)功率最大，有兩臺(tái)纜車，操縱靈活，配置為主拖。負(fù)責(zé)拖航、控速、轉(zhuǎn)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(tái)首部的導(dǎo)纜纜樁上，調(diào)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(fù)責(zé)拖航過程中的減速、抑制偏轉(zhuǎn)和控制船位的作用。

2.3 引航員的安排及分工

指派主領(lǐng)引航員1 名，站立在最上層甲板視野開闊處，行使總指揮權(quán)并承擔(dān)安全主體責(zé)任；副領(lǐng)引航員2名，站位分別在左右舷尾端視野開闊處，協(xié)助、提醒和提出操縱建議的責(zé)任和義務(wù)。

2.4 航線的選擇

該平臺(tái)離港吃水僅為3.43 米，受煙臺(tái)港區(qū)附近自然水深限制較小，可以不局限于航道內(nèi)航行，但需要密切注意航標(biāo)、東口養(yǎng)殖區(qū)及所航經(jīng)海域礙航物，做到早讓寬讓。

3 引航過程中的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、難點(diǎn)及應(yīng)對措施

（1）該類型平臺(tái)尺度相對較小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種管線附著在船殼外，托錨架等凸出物多，導(dǎo)纜孔、纜樁等系纜設(shè)備數(shù)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(shí)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(tái)左舷（見圖2）。

圖2 某三樁腿自升式海上鉆井平臺(tái)尾靠來福士深水泊位圖

（2）該類型平臺(tái)上層建筑復(fù)雜、受風(fēng)面積大，盲區(qū)大。引航操縱過程中受風(fēng)的影響顯著，風(fēng)壓力成為影響平臺(tái)操縱過程中的最主要不利因素。同時(shí)僅憑主領(lǐng)引航員一人難以做到正規(guī)了望，無法保證引航作業(yè)安全。

（3）盡管“勝利新一號”自重7536 噸，當(dāng)利用主機(jī)功率3600Hp 的拖輪協(xié)助操縱時(shí)，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(xiàn)象，因此操縱時(shí)注意慣性的控制。

4 引航操縱體會(huì)

該類型平臺(tái)由于其平臺(tái)形狀不規(guī)則的特殊性，重心比較高，引航操縱方法不同于有動(dòng)力的常規(guī)船舶，也不同于無動(dòng)力的形狀規(guī)則船舶。之所以利用三艘拖輪協(xié)助三樁腿自升式海上鉆井平臺(tái)操縱易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，根本原因在于這兩個(gè)作用力或者三個(gè)作用力力矩矢量和沒有作用在轉(zhuǎn)心點(diǎn)上，合力轉(zhuǎn)船力矩和≠0，多種因素導(dǎo)致了均衡力遭到破壞，導(dǎo)致鉆井平臺(tái)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(diǎn)無法選擇等。

例如在該類型平臺(tái)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(tái)中線存在一定夾角，因此拖輪2 產(chǎn)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(chǎn)生的頂推力Y3 可分解為縱向分量Y3x 和橫向分量Y3y，假設(shè)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(chǎn)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(shí)平臺(tái)將在合力的作用下產(chǎn)生船尾方向的單一縱向速度，這種情況下不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)船效應(yīng)。一旦這種合力平衡因?yàn)楸黄茐模脚_(tái)會(huì)在合力矩的作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)船效應(yīng)，使平臺(tái)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

圖3 尾靠泊時(shí)頂推受力分析圖

5 靠泊方式和注意事項(xiàng)

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(tái)最常用的靠泊方式。優(yōu)點(diǎn)一是因?yàn)殂@井平臺(tái)最長的直邊是船尾，且上方無直升飛機(jī)平臺(tái)等障礙物，靠在碼頭上更安全和便于船廠作業(yè)；二是因?yàn)橥陷喛梢詫ΨQ的系纜在鉆井平臺(tái)左右兩舷，離轉(zhuǎn)心的距離幾乎相同，兩個(gè)力的合力更容易作用在轉(zhuǎn)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(chǎn)生朝碼頭方向單一的直線運(yùn)動(dòng)，更便于引航員操縱作業(yè)。

圖4 鉆井平臺(tái)尾靠泊

靠泊時(shí)，主拖（拖輪1）將鉆井平臺(tái)拖到距泊位較近且寬闊的水域，解掉主拖纜后根據(jù)需要系纜在左舷或右舷船尾便于頂推處，利用三條拖輪協(xié)助將該鉆井平臺(tái)移動(dòng)到泊位外200 米處，首先利用拖輪2 和拖輪3 進(jìn)行試驗(yàn)性的操縱，目的是檢驗(yàn)在攏向碼頭過程中如何操作拖輪才能使鉆井平臺(tái)保持直線運(yùn)動(dòng)；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(shí)將船停住，帶好左右兩舷尾纜，調(diào)整好位置后再攏靠碼頭。

5.2 舷側(cè)靠泊

舷側(cè)靠泊（見圖5）是指該類鉆井平臺(tái)左舷或者右舷長的斜邊靠在碼頭上的靠泊方式。舷側(cè)靠泊和尾部靠泊主要區(qū)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(tái)沿碼頭方向的位置。由于拖輪1 頂推作用點(diǎn)處是斜邊和鉆井平臺(tái)“頭輕腳重”的特殊構(gòu)造，拖輪1 會(huì)產(chǎn)生使平臺(tái)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的分力，導(dǎo)致鉆井平臺(tái)旋轉(zhuǎn)。因此在舷側(cè)靠泊時(shí)，應(yīng)多做幾次試驗(yàn)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(diǎn)使鉆井平臺(tái)作直線運(yùn)動(dòng)。

圖5 鉆井平臺(tái)舷側(cè)靠泊

5.3 靠泊注意事項(xiàng)

一是多數(shù)情況下不可以直接靠在碼頭上。鉆井平臺(tái)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(tái)外圍結(jié)構(gòu)或者碰墊，應(yīng)在平臺(tái)和碼頭之間放置一相同或低于平臺(tái)甲板高度的浮箱，浮箱位置（見圖2）。二是該類鉆井平臺(tái)在攏向碼頭的過程中，應(yīng)在浮箱外小于十米的位置停住，移動(dòng)好和浮箱的相對位置后，再慢慢攏向浮箱，注意觀察外部結(jié)構(gòu)和碰墊是否無礙，禁止平臺(tái)沿著浮箱移動(dòng)。三是該類鉆井平臺(tái)在靠離泊過程中，除了利用拖輪協(xié)助減速，如果海底地質(zhì)、水深符、航速等符合作業(yè)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(dá)到減速效果；當(dāng)一根樁腿插入海底時(shí)，還可以把樁腿當(dāng)做支點(diǎn)，使鉆井平臺(tái)圍繞該樁腿旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到引航操縱靠泊需求。

6 結(jié)束語

引航員引領(lǐng)操縱三樁腿自升式海上鉆井平臺(tái)進(jìn)出港是一個(gè)具有引航程序復(fù)雜、引航過程漫長、引航風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)高等多個(gè)特點(diǎn)的過程，要求引航員具備船舶操縱技術(shù)水平高、引航員間團(tuán)隊(duì)協(xié)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(guān)鍵性操縱的本領(lǐng)。本文總結(jié)了一些引航作業(yè)中的關(guān)鍵性、實(shí)踐性操作并作了細(xì)致的闡述，希望能對日后類似引航任務(wù)提供參考、改進(jìn)或者幫助。