李 東 亮

（中海油研究總院，北京 100027）

0 引 言

深水半潛式鉆井平臺(tái)通常配備的定位系統(tǒng)有錨泊定位和動(dòng)力定位兩種，或者兩種組合的定位系統(tǒng)。在兩種定位系統(tǒng)都適用的作業(yè)水深工況下，錨泊定位系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。無(wú)論是初期投資還是使用和維護(hù)費(fèi)用，相比動(dòng)力定位系統(tǒng)均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是在鉆（建）井周期較長(zhǎng)、天氣和海況惡劣（比如臺(tái)風(fēng)、寒潮頻發(fā)季節(jié)）的條件下進(jìn)行作業(yè)，采用錨泊定位系統(tǒng)或錨泊定位系統(tǒng)加 DP（動(dòng)力定位）輔助定位模式，其作業(yè)成本將會(huì)大幅度降低。隨著作業(yè)進(jìn)入深水和超深水，對(duì)錨泊定位系統(tǒng)安裝精度要求大大提高，系統(tǒng)更加復(fù)雜。

1 錨泊定位系統(tǒng)組成及功能

深水半潛式鉆井平臺(tái)“海洋石油981”配備了目前世上最先進(jìn)的錨泊定位系統(tǒng)，在作業(yè)水深500m時(shí)，使用12根長(zhǎng)1750m直徑為84mm的R4錨鏈組成的12點(diǎn)輻射狀錨泊定位系統(tǒng)，分為4組，分別布置在平臺(tái)主甲板的左前、左后、右前、右后四個(gè)角落區(qū)域；作業(yè)水深在 500～1500m時(shí)，則采用錨鏈跟合成纖維的組合形式。所有的錨鏈都存儲(chǔ)在立柱的錨鏈艙中，每個(gè)艙3根，每根的破斷負(fù)荷是8418kN。圖1為左前角落的錨機(jī)布置。

該錨泊定位系統(tǒng)具有電機(jī)模式下的高低速收拋錨、動(dòng)態(tài)模式下的高速拋錨、錨泊定位模式、應(yīng)急釋放錨鏈、應(yīng)急停止等主要功能。

每組錨機(jī)布置包含3臺(tái)鏈輪裝置，錨機(jī)一次只能操作一臺(tái)錨鏈輪，錨機(jī)的操作是由位于錨機(jī)附近的操作室來(lái)控制的。左邊錨鏈輪、中間錨鏈輪、右邊錨鏈輪通過(guò)中間驅(qū)動(dòng)軸連接至齒輪箱，其連接是通過(guò)液壓操作離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其連接指令又是通過(guò)操作人員從控制室控制面板發(fā)出相應(yīng)的操作指令后傳輸?shù)絇LC控制柜，再由PLC控制柜的控制邏輯發(fā)送給 HPU（液壓動(dòng)力裝置），HPU響應(yīng)后離合器處的液壓油缸完成此動(dòng)作。在平臺(tái)每個(gè)角落的每組錨機(jī)甲板下方，設(shè)置有一臺(tái)PLC控制柜、HPU和一組UPS。PLC控制柜用來(lái)控制錨泊系統(tǒng)所有的輔助功能，諸如啟動(dòng)HPU、控制面板等等；HPU為剎車帶、傳動(dòng)剎車、齒輪箱換擋以及齒輪箱和錨鏈輪上離合器的操作提供液壓動(dòng)力；UPS則用來(lái)在失電工況下執(zhí)行應(yīng)急釋放功能，其控制可以通過(guò)操作人員按下在錨機(jī)控制室智能操作椅或者平臺(tái)中控室的錨機(jī)應(yīng)急釋放控制面板上的應(yīng)急釋放按鈕后，指令通過(guò)UPS（不間斷電源）供電線路先后從PLC控制柜-HPU-錨鏈輪剎車帶液壓控制缸動(dòng)作后完成。

拋錨、收錨工作時(shí)齒輪箱是通過(guò)變頻控制交流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。其控制是通過(guò)操作人員從錨機(jī)控制室控制面板發(fā)出收拋錨指令后，經(jīng)PLC控制柜傳輸給平臺(tái)鉆井配電板間VSD（變速驅(qū)動(dòng)），VSD根據(jù)與錨機(jī)控制系統(tǒng)匹配好的控制程序啟動(dòng)，并提供電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)需要的電、扭矩和轉(zhuǎn)速，主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后再通過(guò)相應(yīng)的液壓離合來(lái)驅(qū)動(dòng)齒輪箱工作。

因此，在錨泊定位系統(tǒng)按照廠家要求完成安裝后，需要對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試工作來(lái)確保系統(tǒng)的安裝正確以及各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。調(diào)試工作可根據(jù)如下順序完成：電纜接線信號(hào)檢查、液壓和噴淋冷卻管線信號(hào)檢查、錨泊系統(tǒng)控制程序與鉆井配電板間 VSD匹配、錨泊系統(tǒng)與平臺(tái)中控系統(tǒng)通訊匹配、錨泊定位系統(tǒng)報(bào)警測(cè)試、功能測(cè)試以及錨機(jī)拉力試驗(yàn)。

由于受碼頭系泊水深小于 50m的限制，錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試分為在碼頭完成不帶錨鏈工況下的報(bào)警測(cè)試、功能測(cè)試以及帶錨鏈工況下的拉力試驗(yàn)；海上完成收拋錨、錨抓力試驗(yàn)、錨泊定位測(cè)試。

2 調(diào)試前準(zhǔn)備工作

系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試工作之前，需要完成如下準(zhǔn)備工作：

2.1 錨機(jī)準(zhǔn)備

1) 錨機(jī)廠家檢查設(shè)備安裝控制的精度；

2) 確認(rèn)油壓及油位在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

2.2 管路準(zhǔn)備

1) 在做任何壓力測(cè)試之前，應(yīng)確保外部管子已經(jīng)沖洗到指定的清潔度要求，在所有的接口被正確的清潔后與錨機(jī)的管子連接；

2) 液壓管線系統(tǒng)應(yīng)該被正確和完整地安裝；

3) 液壓管必須在清洗到NAS 7級(jí)后工作，并備有相應(yīng)的證明文件。

2.3 噴淋系統(tǒng)準(zhǔn)備

1) 確認(rèn)管子以及噴嘴按照廠家說(shuō)明，被正確地安裝；

2) 檢查噴淋系統(tǒng)用來(lái)控制海水服務(wù)系統(tǒng)閥的到ICS（Integrated Control System）的控制和接口，海水增壓泵啟動(dòng)/停止控制并且特定錨機(jī)區(qū)域的閥是可操作的；

圖1 左前角落的錨機(jī)布置

3) 確認(rèn)當(dāng)應(yīng)急釋放動(dòng)作時(shí)（模擬），水噴淋的吸入閥也動(dòng)作。

2.4 電氣準(zhǔn)備

確認(rèn)錨機(jī)各用電設(shè)備電氣隔離并可用。

2.5 PLC控制柜進(jìn)出信號(hào)測(cè)試

1) 根據(jù)廠家的I/O列表測(cè)試所有的信號(hào)；

2) 存儲(chǔ)所有的信號(hào)至PLC控制柜；

3) 存儲(chǔ)所有的信號(hào)與計(jì)算值至顯示終端；

4) 根據(jù)遙控檢測(cè)信號(hào)文件存儲(chǔ)所有的遙控檢測(cè)信號(hào)至PLC控制柜；

5) 確認(rèn)在ESD（應(yīng)急關(guān)斷）情況下所有未經(jīng)驗(yàn)證的線路斷開。

3 錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試工藝

3.1 報(bào)警測(cè)試

系統(tǒng)報(bào)警作為錨泊定位系統(tǒng)正常運(yùn)行工作的保障，因此調(diào)試過(guò)程中需要對(duì)錨泊定位系統(tǒng)的各個(gè)部件運(yùn)轉(zhuǎn)正常與否以及線路傳輸正確與否進(jìn)行報(bào)警測(cè)試。主要包括HPU報(bào)警、傳輸報(bào)警、錨機(jī)報(bào)警、VSD報(bào)警、應(yīng)急停止報(bào)警、應(yīng)急釋放報(bào)警、ESD報(bào)警以及系統(tǒng)報(bào)警測(cè)試。

3.2 功能測(cè)試（不帶錨鏈工況下）

進(jìn)行功能測(cè)試之前，需要先分別從錨機(jī)控制室和齒輪箱按下應(yīng)急停止按鈕完成初步應(yīng)急剎車測(cè)試，以便在測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)任何問(wèn)題時(shí)能夠應(yīng)急停止，項(xiàng)目有：1) 液壓動(dòng)力裝置關(guān)閉；2) 變速驅(qū)動(dòng)VSD停止；3) 關(guān)閉加熱器；4) 散熱器關(guān)閉；5) 剎車帶動(dòng)作。

功能測(cè)試包括：收拋錨測(cè)試、拋出、拉進(jìn)速度和長(zhǎng)度測(cè)試、動(dòng)態(tài)拋出模式測(cè)試、錨泊模式測(cè)試、應(yīng)急釋放測(cè)試（可用液壓動(dòng)力裝置完成或僅用液壓動(dòng)力裝置的蓄能器提供動(dòng)力完成）、應(yīng)急剎車功能測(cè)試（包括操作室中的應(yīng)急剎車按鈕和齒輪箱上的應(yīng)急剎車按鈕的作用）。

3.3 拉力試驗(yàn)

通常，錨機(jī)剛開始收錨時(shí)，錨爪還埋在土中，加上躺在海底和懸蕩在海水里面的錨鏈重量，要求錨機(jī)提供很大的拉力才能起錨。本平臺(tái)錨機(jī)拉力能夠達(dá)到 2694kN，在電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)更是達(dá)到了 3367kN，為了確認(rèn)錨機(jī)的拉力，根據(jù)船級(jí)社要求在錨機(jī)整體安裝完成后至少對(duì)一臺(tái)錨機(jī)進(jìn)行拉力試驗(yàn)，檢驗(yàn)錨機(jī)主電機(jī)在堵轉(zhuǎn)時(shí)的拉力。本平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)通過(guò)在錨鏈輪裝置底腳處安裝了轉(zhuǎn)軸式測(cè)力傳感器，因而具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)錨泊狀態(tài)下錨鏈張力的性能。在設(shè)備出廠前測(cè)力傳感器已經(jīng)測(cè)試并標(biāo)定完成，做拉力試驗(yàn)也能夠檢測(cè)標(biāo)定好的傳感器，再次驗(yàn)證錨機(jī)測(cè)力傳感器標(biāo)定的正確性。

圖2拉力測(cè)試方法，需要安裝一個(gè)測(cè)力計(jì)測(cè)量拉力載荷，并校核錨機(jī)上測(cè)力傳感器讀數(shù)。該測(cè)力計(jì)安裝在三角板和錨鏈之間。

3.4 海上收拋錨功能測(cè)試及抓力測(cè)試

根據(jù)錨地錨泊計(jì)算分析結(jié)果，并且根據(jù)錨地現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件拋出1、7、6、12號(hào)錨，見圖4。錨被拋到指定位置后，嚙合剎車帶，檢查剎車功能。

1) 拋錨結(jié)束后，調(diào)整錨鏈張力將平臺(tái)初步定位；

2) 浸錨6到12小時(shí)，以便錨更好的嚙入海底，提高錨抓力。浸錨前張力不宜過(guò)大，以免走錨，一般取預(yù)定工作張力70%；

3) 浸錨過(guò)程中，定位系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測(cè)船位的變化；

4) 錨鏈張力和平臺(tái)位置初步調(diào)整后，按照操作手冊(cè)壓載平臺(tái)至試驗(yàn)水深；

5) 如船位變化不大，開始做錨抓力試驗(yàn)；

6) 將每一對(duì)角錨同時(shí)拉緊，直到達(dá)到錨機(jī)工作負(fù)荷2600kN，檢驗(yàn)錨是否抓牢；

7) 證實(shí)試驗(yàn)負(fù)荷達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，將錨鏈張力放松。如達(dá)不到要求，則應(yīng)重拋錨；

8) 根據(jù)作業(yè)水深調(diào)整錨鏈預(yù)張力，同時(shí)校準(zhǔn)船位；

圖2 拉力試驗(yàn)方案

圖3 錨機(jī)拉力試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

圖4 錨地布錨形式

9) 試驗(yàn)結(jié)束后將錨拉出，見圖5、6，且錨被拉出后收錨速度應(yīng)該大于9m/min。同時(shí)，檢查錨鏈和卸扣通過(guò)導(dǎo)向輪，甲板開口，錨鏈提升裝置以及錨鏈管時(shí)的情況。錨鏈不應(yīng)該跳動(dòng)且不能在錨鏈提升裝置上歪曲；

10) 檢查錨鏈沖洗裝置的工作情況，見圖7；

11) 檢查錨爪和錨架的接合情況。

圖5 收錨1

圖6 收錨2

圖7 錨鏈沖洗

4 結(jié) 語(yǔ)

錨泊定位系統(tǒng)在半潛式鉆井平臺(tái)的定位系統(tǒng)中面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，配置的錨泊定位系統(tǒng)也更加復(fù)雜。掌握整個(gè)錨泊定位系統(tǒng)的調(diào)試工藝，不斷積累系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，縮短系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間，對(duì)節(jié)省平臺(tái)的建造費(fèi)用，縮短建造工期，并為海上平臺(tái)的精確定位能起到不可忽視的作用。

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