劉義勇 冒家友 原慶東 王火平 馮麗梅 吳 剛

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司）

1 “南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)介紹

“南海挑戰(zhàn)”號平臺前身系SEDCO 700系列鉆井平臺，于1975年在加拿大建造，1995年在新加坡大修改造為流花11-1油田生產(chǎn)平臺，設計使用年限為10年。該平臺錨泊系統(tǒng)為典型的永久錨泊系統(tǒng)［1］，共有11條錨鏈（圖1），每條錨鏈的組成自上而下分別為76mm引鏈、120mm平臺鏈、132mm鋼纜、海底加重鏈、海底鋼纜和抓力錨等，其中76mm引鏈和120mm平臺鏈由7號梨形環(huán)連接，120mm平臺鏈和132mm鋼纜由160mm D型卸扣連接，單根錨鏈示意圖見圖2。

圖1 “南海挑戰(zhàn)”號平臺錨鏈分布圖

圖2 “南海挑戰(zhàn)”號 單根錨鏈示意圖

“南海挑戰(zhàn)”號平臺于1995年在流花11-1油田投入使用，目前使用年限超過了設計使用壽命數(shù)年。為此，中海石油（中國）有限公司深圳分公司于2011年11月將該平臺解脫并拖航到船廠進行了干塢大修，在大修期間更換了11條平臺鏈中的9條，并于2012年5月塢修完畢之后將平臺回拖到油田，回接到原有的錨泊系統(tǒng)上。由于針對半潛式平臺永久錨泊系統(tǒng)進行解脫和再利用，這在國內(nèi)沒有先例，其施工難度大、風險高，所以使用合理的解脫技術和施工方法是項目成功的關鍵，為此開展了“南海挑戰(zhàn)”號平臺永久錨泊系統(tǒng)解脫方案設計與技術研究，并在流花11-1油田現(xiàn)場應用中取得了很好的效果。

2 錨泊系統(tǒng)解脫方案設計

根據(jù)檢查和評估，“南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)的平臺鏈因腐蝕嚴重必須進行更換，其他部件如132mm鋼纜、加重鏈、海底鋼纜、抓力錨以及各部件之間的連接件狀態(tài)良好，可以繼續(xù)使用，因此錨泊系統(tǒng)的解脫方案需要結合平臺鏈更換的需求而進行設計，其主要思路是：切斷每根錨鏈的120mm平臺鏈下端部，然后回收平臺鏈到平臺后隨平臺一起進塢修船廠更換；平臺鏈以下的系泊纜部分臨時存放在海底，當平臺塢修后回接時，回收存放在海底的系泊纜并與新平臺鏈連接。

“南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)解脫分析是通過OrcaFlex軟件完成的，分析模型見圖3。解脫分析條件：水深300m，海水密度1 025kg／m3，采用規(guī)則波模擬波浪；錨泊系統(tǒng)解脫在10月進行，根據(jù)南海海域波浪統(tǒng)計數(shù)據(jù)，選取施工季節(jié)產(chǎn)生概率最高的波浪參數(shù)，即有義波高3.5m，周期6、7、8s進行組合計算；表面流速3.0m／s，流速隨水深線性遞減；錨鏈、錨纜與土壤之間的摩擦系數(shù)取0.5；以平臺、工程船的運動響應幅值算子（RAO）作為其運動輸入。

圖3 “南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)分析模型圖

分析過程中，先用規(guī)則波模擬波浪，始終以最大波高模擬整個海況（相對于譜分析法，選取規(guī)則波進行分析趨于保守）。經(jīng)過模擬分析，切割錨鏈作業(yè)時所需吊車或絞車的最大起吊能力約40t，作業(yè)船與平臺的最小水平距離24m；下部錨纜海底存放作業(yè)時所需的吊機或絞車最大起吊能力26.5t，錨纜最小彎曲半徑5.6m，作業(yè)船與錨纜著沉點的水平距離25～65m。

3 錨泊系統(tǒng)解脫技術

3.1 水下錨鏈切割技術

“南海挑戰(zhàn)”號平臺解脫需要在水下切斷平臺鏈下端與下部鋼纜的連接，進行錨鏈切割作業(yè)時需要注意以下幾方面的問題。

（1）在切割時減少錨鏈張力，盡量避免割斷后錨鏈和鋼纜分別對平臺和作業(yè)船造成沖擊。為最大限度地減少錨鏈張力，將平臺預先限制在最佳的位置，并將平臺鏈在切割前完全釋放。對于平臺鏈切斷后對平臺的撞擊影響則進行了專門的研究，結果表明對平臺結構影響很小，對作業(yè)船的影響則更小，后期作業(yè)過程中的檢查結果也證明了該結論的正確性。

（2）避免物體掉落造成流花11-1油田水下生產(chǎn)系統(tǒng)的損壞。對水下生產(chǎn)系統(tǒng)可能造成的損害主要是錨鏈環(huán)切割成兩半后的物體掉落，為此主要采用了預先水下ROV捆扎綁定、平臺移位、落物下落地點遠離生產(chǎn)系統(tǒng)等方法，成功避免了落物風險。

（3）避免與水下生產(chǎn)立管系統(tǒng)的碰觸。水下生產(chǎn)系統(tǒng)位于水下約60m，錨泊系統(tǒng)在逐個解脫過程中必須保證避免與水下生產(chǎn)系統(tǒng)的碰觸，為此采用了將平臺限制在預設位置和下部系泊纜預先安裝提拉鋼纜等方法，成功防止了與水下生產(chǎn)系統(tǒng)的碰觸。

（4）以最短時間完成切割工作，減少作業(yè)風險，避免可能的臺風影響。因考慮錨鏈張力對水下切割工作的影響，曾考慮將部分錨鏈完全松弛再進行切割的技術方案，但經(jīng)過討論認為，平臺解脫期間臺風的影響將是巨大的，必須盡可能地縮短平臺解脫時間，因此經(jīng)過慎密考慮，大膽采用了錨鏈直接切割的方法，提高了錨鏈切割效率，并避免了可能的臺風影響。

根據(jù)“南海挑戰(zhàn)”號平臺解脫現(xiàn)場的實際情況，選用砂輪式切割機來完成水下錨鏈的切割。水下砂輪式切割機主要由水下夾持固定裝置和砂輪組成，由水下機器人（ROV）來控制操作，其水下夾持和砂輪轉動所需的液壓動力來源也由ROV系統(tǒng)提供。作業(yè)時2臺ROV配合作業(yè)，一臺ROV攜帶切割機到指定位置進行切割作業(yè)，另一臺ROV進行照明、檢查和其他協(xié)助工作。砂輪式切割機的缺點是由于水下切割時錨鏈會不斷移動，容易造成砂輪卡機現(xiàn)象，尤其是在錨鏈環(huán)一邊已切斷而要切割另一邊的時候，砂輪片更容易卡死碰壞，ROV不得不多次往返更換切割機砂輪。為提高切割效率，經(jīng)過不斷摸索和總結，采用了第一邊鏈環(huán)只切割95%，并掌握切割角度和進刀速度等方法，切割效率得到很大提高，一根鏈環(huán)的純切割時間可控制在30min以內(nèi)。

3.2 平臺限位技術

為防止錨鏈切割時與水下生產(chǎn)系統(tǒng)碰觸以及碰船、ROV設備損壞等意外事故，“南海挑戰(zhàn)”號平臺必須限制在預設位置范圍內(nèi)，平臺移動范圍不能超過30m，限位要求較高。為達到作業(yè)工況要求，使用了限位拖輪在平臺四周進行拖拽，并根據(jù)錨鏈切割作業(yè)要求增減限位拖輪。圖4為“南海挑戰(zhàn)”號平臺限位方案示意圖，主作業(yè)船在10號錨鏈位置進行水下切割作業(yè)，其他的5條拖輪在平臺周圍限位，保證平臺作業(yè)位置。10號錨鏈解脫前，平臺需要由中心位置向10號錨鏈方向移動40m并限制在該位置。

圖4 “南海挑戰(zhàn)”號平臺限位方案示意圖

為滿足較高的平臺限位要求，采用了TMS（Tug Management System）檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)分裝在平臺、主作業(yè)船和各個限位拖輪上，從而使參與平臺限位的作業(yè)人員可以在平臺和主作業(yè)船上監(jiān)視各個船舶間相對距離、每個限位拖輪的移動軌跡和趨勢。施工過程中，在限位總指揮的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，限位船舶參照TMS屏幕顯示，依據(jù)風浪流等環(huán)境因素的變化，適時調(diào)整方向和馬力，確保平臺位置在允許移動范圍內(nèi)。另外，為了確保平臺限位的順利實施，在實際作業(yè)前進行了現(xiàn)場模擬平臺限位試驗，提高了平臺限位的操作技術，為順利完成平臺解脫作業(yè)打下了基礎。

3.3 孤立內(nèi)波實時監(jiān)測技術

中國南海海域的孤立內(nèi)波是海上作業(yè)非常重要的危險因素，但多年來由于監(jiān)測技術的限制，對孤立內(nèi)波的危害程度了解并不深。此次“南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)的解脫作業(yè)采用了飄浮式孤立內(nèi)波實時檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由錨碇浮標系統(tǒng)（圖5）和孤立內(nèi)波實時監(jiān)測系統(tǒng)組成，實時監(jiān)測軟件將所采集的數(shù)據(jù)進行分析整理，估算出孤立內(nèi)波的大小、傳播速度并做出預警響應。

圖5 “南海挑戰(zhàn)”號平臺錨碇浮標系統(tǒng)示意圖

在解脫平臺錨泊系統(tǒng)前，錨碇浮標系統(tǒng)被預先安裝在距離流花作業(yè)現(xiàn)場孤立內(nèi)波行進方向上游約10海里的地方，并在主作業(yè)船和平臺上安裝了數(shù)據(jù)接收和預警軟件。錨碇浮標系統(tǒng)所檢測的海流和海水溫度數(shù)據(jù)是通過衛(wèi)星信號傳輸?shù)浇K端，并通過檢測軟件處理系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)將所得到的孤立內(nèi)波檢測結果實時傳送給平臺和主作業(yè)船上的接收顯示屏上。“南海挑戰(zhàn)”號平臺解脫時，孤立內(nèi)波來襲造成平臺在15min內(nèi)向北漂移120m，證明了孤立內(nèi)波對海上作業(yè)風險很大，說明孤立內(nèi)波實時檢測非常必要。

通過對孤立內(nèi)波的實時監(jiān)測，使我們能夠在較大的孤立內(nèi)波來臨之前及時預警并采取有效措施，如回收ROV停止作業(yè)、調(diào)整船位等，避免可能的事故發(fā)生。

3.4 平臺解脫施工船舶技術參數(shù)確定

“南海挑戰(zhàn)”號平臺解脫作業(yè)技術復雜，涉及作業(yè)船只多、風險較高，最好選擇在無臺風季節(jié)，海況較好的天氣時間窗內(nèi)進行，海浪有義波高一般不應超過2.5m，最好的作業(yè)時間窗應在每年的4、5月，但是項目的進展可能使海上作業(yè)不能在最佳時間窗內(nèi)進行，這就要求進行更細致的風險評估和采取相應的應對措施。

主作業(yè)船的選擇主要考慮其施工能力，主作業(yè)船必須是動力定位船（DP II以上），需要配備2臺水下工作級ROV以適于錨鏈水下切割作業(yè)，吊機能力要能夠提升錨鏈等，同時主工作船的選擇還應考慮項目其他作業(yè)需求，因項目中還需要吊裝120t的橋接管匯，因此解脫作業(yè)選用了吊重能力較高的Normand Clough作為主作業(yè)船，該船的主要技術參數(shù)如下：船舶總長117.35m，型寬22.00m，型深9.00m，最大吃水7.15m；定位系統(tǒng)包括Kongsberg Maritime AS SDP21動力定位系統(tǒng)，2個差分全球定位系統(tǒng)，1個Hipap 500高精密聲波定位系統(tǒng)，1個扇形光束測距儀，1條500m張緊繩；主吊機能力為吊機拔桿10m時吊重250t，12m時吊重200t，具有2 500m水深作業(yè)能力和10t可載人輔助吊鉤；ROV水下作業(yè)能力為Perry XLX5工作級ROV 、150hp動力、最大水深3 000m、Shilling T4-7function和Slingby TA60-5function機械手、2臺ROV（船舶兩側各一臺）。

平臺限位船的選擇主要考慮限位船的拖帶能力（系柱拉力）、動力性能（船舶總功率）、操控性能以及船長操作經(jīng)驗等。經(jīng)計算，限位拖帶所需的單船最大系柱拉力為60t／3節(jié)，因此要求限位船的系柱拉力不能小于80t，動力要大于8 000馬力?？紤]到平臺解脫作業(yè)處于秋冬交替的季風期，海況較差，首次限位作業(yè)且限位精度要求高等因素，我們選擇了南海海域幾條性能好、船長作業(yè)經(jīng)驗豐富的華鵬、匯智船等進行限位作業(yè)。

4 應用效果

上述創(chuàng)新技術的成功應用使此次“南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)解脫作業(yè)效率得到了大大提高，純作業(yè)時間比計劃時間減少了一半，按船舶日費率計算，直接節(jié)省費用約2 000萬元人民幣，間接延長油田生產(chǎn)時間10多天，經(jīng)濟效益顯著。此外，“南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)平臺鏈在解脫回收后，根據(jù)平臺塢修的實際更換了新的平臺鏈，存放在海底的錨纜則在平臺塢修后返回現(xiàn)場時再次撈起并與平臺鏈連接繼續(xù)使用。目前，“南海挑戰(zhàn)”號平臺成功回接后已安全平穩(wěn)使用了近一年，并成功抵御了多次臺風的襲擊，證明了此次半潛式平臺錨泊系統(tǒng)解脫作業(yè)是非常成功的。

5 結束語

以“南海挑戰(zhàn)”號平臺錨泊系統(tǒng)解脫作業(yè)為例，對半潛式平臺永久錨泊系統(tǒng)解脫技術進行了研究，解脫作業(yè)采用了平臺鏈下部斷開、下部鋼纜海底存放的快速解脫方案，使用了水下錨鏈切割、平臺限位、孤立內(nèi)波實時檢測等關鍵技術，成功地完成了平臺錨泊系統(tǒng)的解脫作業(yè)。此次平臺錨泊系統(tǒng)的及時解脫成功為平臺進廠塢修提供了前提條件，保證了平臺塢修工作的順利完成，也為同期進行的流花4-1油田開發(fā)項目提前投產(chǎn)做出了貢獻。

［1］API.API RP 2SK-2005，design and analysis of station keeping systems for floating structures［S］.third edition：incorporates addendum 5／2008.2005.

［2］ETTLE R E，BAMBER P J.Using a temporary semi-submersible MODU，the ocean voyager，on a pre-laid floating production facility mooring［C］.IADC Drilling Conference，1996.