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        近海自升式鉆井平臺設(shè)計方案研究

        2015-05-06 09:12:22蔣曉寧
        江蘇船舶 2015年2期
        關(guān)鍵詞:鉆臺布置圖主甲板

        高 潮,蔣曉寧

        (大連海洋大學(xué),遼寧大連116024)

        0 引言

        我國海岸線長,在沿海和近海區(qū)域蘊藏著豐富的海底石油和天然氣資源。海洋自升式鉆井平臺是海洋石油能源勘探的主要裝備,自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)形式和布置特點取決于其作業(yè)海區(qū)的地質(zhì)條件和環(huán)境條件,如何針對我國沿海和近海的具體條件,以及相關(guān)設(shè)計與建造規(guī)范,研究開發(fā)具有自主知識版權(quán)的自升式鉆井平臺,提出滿足作業(yè)需求的鉆井平臺主要尺度、總體布置、系統(tǒng)配置,以及優(yōu)選的設(shè)計方案是近海工程裝備研發(fā)的主要研究內(nèi)容之一,本文的研究內(nèi)容對該類型平臺的后續(xù)設(shè)計與制造提供了優(yōu)選的船型和關(guān)鍵技術(shù)儲備。

        1 環(huán)境載荷與設(shè)計條件

        通過對我國渤海灣、沿海和近海的調(diào)研,在收集整理資料的基礎(chǔ)上,設(shè)計出適合我國沿海與近海海域石油鉆井需求的自升式鉆井平臺。該平臺必須滿足在空氣溫度0~40℃、空氣濕度100%和海水溫度0~36℃下的工作條件,以及表1給出的平臺生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境條件和風(fēng)暴自存工況下的環(huán)境條件。

        2 主尺度要素與總布置方案

        2.1 平臺主尺度

        平臺的坐標(biāo)系及樁腿序號如圖1所示。自升式鉆井平臺由1個三角式船體和3個三角桁架樁腿組成,樁腿的下端安裝樁靴。船體型長71.3 m,型寬63.4 m,型深7.62 m。3號樁腿布置在1號、2號2個樁腿中心線的垂直平分線上。平臺樁靴的直徑為14 m。該平臺的最大設(shè)計作業(yè)水深為91.44 m,最大鉆井深度為7 620 m。樁腿總長148 m,其中包括樁靴在內(nèi)。

        表1 環(huán)境條件

        圖1 坐標(biāo)系定義及樁腿序號

        2.2 平臺總體布置

        自升式鉆井平臺設(shè)有機械甲板和主甲板2層甲板,在船體的雙層底布置了淡水艙、鉆井水艙、燃油艙等各種液艙。雙層底布置圖如圖2所示。

        圖2 雙層底布置圖

        機械甲板上布置了以下艙室:

        發(fā)電機艙、SCR及平臺動力配電艙、泵艙、鍋爐艙、給水排水艙、油污水處理艙、消防艙、土粉重晶石艙、袋裝材料艙、水泥泵艙、水泥罐艙、廢棄物處理艙、儲物艙及機修間等。

        機械甲板布置圖如圖3所示。

        圖3 機械甲板布置圖

        主甲板及鉆臺布置圖如圖4所示。圖中,主甲板上在每個樁腿的旁邊布置1個海水塔。生活模塊在主甲板上并設(shè)計成圍繞首樁的形式。懸臂梁位于尾部兩樁之間,可以沿著船體中心線前后移動。鉆臺位于懸臂梁,并且可以隨著鉆臺做縱向運動。鉆臺自身可以沿著懸臂梁上的橫向滑道做橫向運動。懸臂梁向船尾移動到最遠處時,轉(zhuǎn)盤的中心線距船體尾封板的距離為21 m。鉆臺可以沿著懸臂梁上的橫向軌道滑動,左右可以各移動4.57 m。井架和其他鉆井設(shè)備都布置在鉆臺上面。

        圖4 主甲板及鉆臺布置圖

        生活模塊設(shè)計成環(huán)繞首樁的形式,由3層組成。第1層位于主甲板上,里面設(shè)有廚房、餐廳、更衣室以及醫(yī)務(wù)室等。住艙都布置在2層和3層,其中包括4個單人間,4個雙人間和22個4人間,可以為100人提供食宿。直升飛機甲板位于平臺的前端。其生活區(qū)布置圖如圖5所示。

        圖5 生活區(qū)布置圖

        平臺上的機械設(shè)備包括懸臂梁和鉆臺、主發(fā)電 機和應(yīng)急發(fā)電機、吊機、救生艇、海水塔、造淡機、主要配電設(shè)備、定位系統(tǒng)。

        平臺懸臂梁的長 37.19 m,寬 17.07 m,高3.96 m,鉆臺的尺度為19.51 m×15.54 m。懸臂梁最大可以移動至鉆盤中心線距船體尾封板21.34 m處,鉆臺橫向最大可以左右各滑移4.57 m。懸臂梁和鉆臺都是液壓驅(qū)動的,懸臂梁和鉆臺的液壓系統(tǒng)都可以保證在1 334 kN的立根盒的負(fù)荷下仍然可以正常工作。

        平臺動力有5臺2 150 kVA的柴油發(fā)電機提供,600 V交流發(fā)電機與柴油機連在一起以20 r/min進行工作,柴油機通過散熱器來進行水冷卻。另外設(shè)置1臺500 kW應(yīng)急發(fā)電機。

        平臺吊機由三相電或柴油機驅(qū)動:1臺起重機臂長36.57 m,另2臺起重機臂長30.48 m。3臺起重機可以在鉤載450 kN、半徑7.62 m,各種傾斜角度下工作。

        平臺設(shè)置4艘能容納50人的救生艇和直升飛機甲板。直升飛機甲板直徑22.25 m,設(shè)計滿足Sirkorsky S61N型直升機起升和降落要求。

        平臺在每個樁腿的旁邊布置1個海水塔,3個樁腿上各固定1個潛水泵,每臺泵每分鐘大約能抽8 327 L的水。

        平臺主要配電設(shè)備有主600 VAC配電盤、主480 VAC配電盤、輔助480 VAC配電盤、SCR系統(tǒng)和變壓器,并提供OTD FS 33G自定位系統(tǒng)和液壓驅(qū)動。

        另外,還配有鉆進設(shè)備、管路系統(tǒng)、電力與通訊系統(tǒng)、救生及消防設(shè)備等。

        3 設(shè)計載荷

        3.1 存儲能力及鉆井負(fù)荷

        懸臂梁最大負(fù)荷為6 800 kN,大鉤載荷為6 800 kN,頂驅(qū)載荷為6 800 kN,立根盒載荷為2 950 kN,懸臂隔離罐載荷為45 kN。

        平臺艙室存儲能力見表2。

        3.2 起升能力

        平臺升降系統(tǒng)由9組升降機構(gòu)組成,每組升降機構(gòu)由4個小齒輪構(gòu)成。平臺正常升起時,預(yù)壓載單小齒輪工作能力為4 540 kN,單小齒輪工作能力最大保持在8 470 kN,平臺升降速度為0.45 m/min。表3給出升船工況和預(yù)壓工況的升降裝置負(fù)荷。

        表2 艙室存儲能力

        表3 升船工況和預(yù)壓工況的升降裝置負(fù)荷

        4 結(jié)論

        綜上所述,本自升式鉆井平臺設(shè)計方案是針對中國渤海灣及沿海區(qū)域作業(yè)需求,滿足國際海上移動式鉆井平臺建造與設(shè)備法規(guī)和國際海上人命安全公約等相關(guān)法規(guī)及公約要求,平臺主尺度符合工程作業(yè)和相關(guān)規(guī)范要求,空間布置合理,利用率高,是一個優(yōu)選的可行設(shè)計方案。

        [1] 中國船級社.海上移動平臺入級與建造規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2005.

        [2] 黃祥鹿,陸鑫森.海洋工程流體力學(xué)及結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,1992.

        [3] 季春群,孫春昌.自升式平臺地基承載力、抗傾穩(wěn)性及樁腿深插分析[J].上海交通大學(xué)學(xué)報,1996,30(3):79-85.

        [4] 孫麗萍,聶武.海洋工程概論[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2002.

        [5] 龔閩,譚家華.自升式平臺預(yù)壓荷載分析[J].中國海洋平臺,2005(4):20-23.

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