秦曉棟 李鳴夫 （中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，天津 300451）

隨著海洋勘探開(kāi)發(fā)范圍的越來(lái)越大，其工作水深逐漸增加，這就給海上修井作業(yè)帶來(lái)了一定的困難，傳統(tǒng)的坐底式平臺(tái)已經(jīng)滿足不了海洋勘探開(kāi)發(fā)修井作業(yè)的需求，自升式平臺(tái)便應(yīng)運(yùn)而生，它通過(guò)可升降裝置實(shí)現(xiàn)海上修井作業(yè)，對(duì)海洋勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)的發(fā)展有著重要的貢獻(xiàn)。

1 海上自升式修井作業(yè)平臺(tái)的工作原理

1.1 電動(dòng)液壓升降裝置

要實(shí)現(xiàn)海上修井作業(yè)就必須實(shí)現(xiàn)樁腿的升降，海上自升式修井作業(yè)平臺(tái)的工作原理是通過(guò)液壓缸活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)樁腿的升降運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)海上修井作業(yè)。液壓缸中活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)能夠帶動(dòng)橫梁的上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)鎖銷(xiāo)將橫梁和樁腿緊緊地鎖在一起，從而實(shí)現(xiàn)了樁腿的升降運(yùn)動(dòng)。其中，樁腿上設(shè)有銷(xiāo)孔，銷(xiāo)孔中插有銷(xiāo)子，同時(shí)裝腿上還設(shè)有齒塊，通過(guò)齒塊與銷(xiāo)子互相咬合，以此來(lái)帶動(dòng)樁腿的升降，依據(jù)此原理，在液壓缸活塞桿伸展與收縮的過(guò)程中，就能實(shí)現(xiàn)樁腿的上升與下降，實(shí)現(xiàn)海上修井作業(yè)。

1.2 電動(dòng)齒輪條式升降裝置

電動(dòng)齒輪條式升降裝置的主要原理是利用電能帶動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪與平臺(tái)的樁腿的齒條互相咬合，從而實(shí)現(xiàn)樁腿的升降，這種方式升降效率高并且具有持續(xù)性的特點(diǎn)，但是其依賴于復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)，體積較大，對(duì)各種材料的要求比較嚴(yán)格，一般用于深水自升式平臺(tái)。

2 自升式平臺(tái)的構(gòu)成和型式選擇

2.1 自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成

自升式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要有：①樁腿：樁腿的主要作用就是完成平臺(tái)整體的升降，使之能夠上升到海面上，實(shí)現(xiàn)海上修井作業(yè)；②平臺(tái)：平臺(tái)主要提供工作人員修井作業(yè)的工作場(chǎng)地和日常生活場(chǎng)地，并且在遷航的過(guò)程中提供穩(wěn)定的浮力，保證遷航的順利；③固樁結(jié)構(gòu)：顧名思義，固樁結(jié)構(gòu)就是將樁腿與平臺(tái)牢牢的固定在一起，形成一個(gè)整體，這樣平臺(tái)所承受的載荷就能通過(guò)樁腿傳達(dá)到海底地基上，固樁結(jié)構(gòu)主要包括固樁塊、固樁架等設(shè)備[1]。

2.2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式的選擇

平臺(tái)型式的選擇主要有以下幾個(gè)依據(jù)：①根據(jù)工作水深進(jìn)行選擇：如若工作水深較深，應(yīng)選擇桁架式樁腿，如若水深較淺則要選擇殼體式樁腿；②根據(jù)海地土壤條件進(jìn)行選擇：根據(jù)海底土壤條件的松軟不同分別選擇插樁式樁腿或整體沉淀樁腿或樁靴式樁腿。樁腿數(shù)目的選擇也十分重要，這直接影響著平臺(tái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，傳統(tǒng)的自升式平臺(tái)樁腿三個(gè)月目較多，6-14根不等，就目前來(lái)看，常用到的有三樁腿和四樁腿，三樁腿搭配三角形平臺(tái)，四樁腿搭配矩形平臺(tái)。

3 設(shè)計(jì)工況和設(shè)計(jì)載荷

3.1 作業(yè)工況

是指在正常情況下，平臺(tái)升至海面，進(jìn)行修井作業(yè)的工作狀態(tài)。其載荷有靜載荷和環(huán)境載荷兩種，靜載荷包括：平臺(tái)重量、供應(yīng)品、壓載、固定裝置、作業(yè)載荷等，其環(huán)境載荷包括最大風(fēng)、海流、海床支持力、波浪載荷等。

3.2 遷航工況

不抄過(guò)12小時(shí)的遷航為普通遷航，在風(fēng)暴中的遷航稱(chēng)為風(fēng)暴遷航，在遷航過(guò)程中除了要考慮靜載荷和環(huán)境載荷之外，還要考慮平臺(tái)浮力，遷航中平臺(tái)因搖擺、漂移等產(chǎn)生的慣性，拉力和傾斜重力等因素，遷航對(duì)風(fēng)速也有一定的要求，一般來(lái)說(shuō)，在風(fēng)速大于36m/s時(shí)進(jìn)行普通遷航，在風(fēng)速大于51.5m/s時(shí)進(jìn)行風(fēng)暴遷航。

3.3 升降工況

平臺(tái)的升降是實(shí)現(xiàn)海上修井作業(yè)的關(guān)鍵，平臺(tái)的上升分為4個(gè)步驟：①降樁：將樁腿降到海底地面上；②插樁：將樁腿插入海底土壤中，③預(yù)壓：進(jìn)行預(yù)壓措施，衡量插入情況；④升臺(tái)：將平臺(tái)升至海面上。根據(jù)平臺(tái)上升的步驟，我們可以得出，平臺(tái)下降的步驟有降臺(tái)、拔樁、升樁工況。自升式平臺(tái)的升降工況除了要考慮靜載荷和環(huán)境載荷之外還要考慮在平臺(tái)升降的過(guò)程中對(duì)樁腿產(chǎn)生的力。

3.4 自存工況

自存工況指的是在一些極端的自然環(huán)境條件下，平臺(tái)已不能正常作業(yè)，且威脅到平臺(tái)以及平臺(tái)工作人員的安全，可以選擇適當(dāng)減少可變載荷，拋棄非固定載荷，以保證平臺(tái)及其工作人員的安全，靜載荷中平臺(tái)重量、固定裝置、壓載重量是保證平臺(tái)運(yùn)行的基本載荷。

4 樁腿長(zhǎng)度及升船高度的設(shè)計(jì)

4.1 樁腿長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)

樁腿的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)是海上自升式修井作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其樁腿的長(zhǎng)度關(guān)系到平臺(tái)能否升至海面進(jìn)行正常作業(yè)，樁腿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)公式如下：

在以上樁腿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)公式中，L代表所要設(shè)計(jì)的樁腿長(zhǎng)度。

h1代表樁腿入土深度，樁腿入土深度與海底土壤狀況、載荷、樁腿大小、整個(gè)自升式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)；h2代表最大工作水深；h3代表水面以上波峰高度；h4代表平臺(tái)底部到波峰的高度；h5代表平臺(tái)型深；h6代表固樁架的高度；h7為余量，根據(jù)樁腿結(jié)構(gòu)以及樁節(jié)距確定的富余高度。由此可見(jiàn)，以樁腿的長(zhǎng)度要綜合多方面因素進(jìn)行考慮。

4.2 升臺(tái)高度的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行海上修井作業(yè)時(shí)，要保證作業(yè)正常，平臺(tái)應(yīng)上升一定高度，這個(gè)高度成為升臺(tái)高度，升臺(tái)高度應(yīng)充分考慮作業(yè)海域、季節(jié)以及海面狀況等自然因素，還應(yīng)考慮波峰以及波峰距平臺(tái)底部的高度。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文簡(jiǎn)單研究了海上自升式修井作業(yè)平臺(tái)的一些概況，隨著海洋勘探開(kāi)發(fā)規(guī)模的增大，海上自升式修井作業(yè)平臺(tái)的重要性也越來(lái)越大，如何在保障安全的基礎(chǔ)上，提升修井作業(yè)效率是今后海上自升式修井作業(yè)平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)。

[1]潘斌，高捷.試論建立移動(dòng)式鉆井平臺(tái)法律體系的重要性[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2003（4）.

[2]孟昭瑛，任貴永.海上自升式平臺(tái)工作原理和基本特性[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，1994，9（6）：167-170.