朱明

摘要：某型號深水半潛式鉆井平臺為第六代鉆井平臺之一，完全由我國企業(yè)自主設(shè)計研發(fā)，為我國在深水及超深海水水域石油天然氣開采提供了強(qiáng)有力的保障。詳細(xì)介紹了平臺傾斜試驗范圍、目的、原理;對試驗前準(zhǔn)備工作進(jìn)行了闡述;并設(shè)計了試驗步驟流程，根據(jù)試驗記錄數(shù)據(jù)，最終計算出平臺傾斜實驗的預(yù)計裝載狀況。

關(guān)鍵詞：深水海域;半潛式;鉆井平臺;傾斜試驗;裝載預(yù)測

0 ?引言

某型號深水半潛式鉆井平臺，是國內(nèi)最先進(jìn)的第六代鉆井平臺之一。平臺采用A5000船型，設(shè)計時充分考慮到南海惡劣海況條件，采用DP3動力定位方式，適用于全球1500m水深海域作業(yè)，設(shè)計壽命為25年，可以抵御中國南海百年一遇的惡劣海洋環(huán)境的影響。在海上石油鉆井開采作業(yè)，需要定期對平臺進(jìn)行傾斜試驗，目的在于確定空船的實際排水量及其重心的實際位置[1]。

1 ?傾斜實驗?zāi)康募霸?/p>

1.1 試驗范圍及目的

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，除中華人民共和國船舶檢驗局另有規(guī)定外，船舶傾斜試驗與靜水橫搖試驗實施指南適用于懸掛中華人民共和國國旗的民用海船與內(nèi)河船舶。這些船舶按指南的規(guī)定進(jìn)行傾斜試驗。傾斜試驗的目的在于確定空船的實際排水量及其重心的實際位置。而對于空船的定義，一般是指處于可正常航行的船舶，但沒有裝載船用消耗備品、物料、貨物、船員和行李，且除機(jī)械和管系液體（如處于工作狀態(tài)的潤滑油和液體油）外，沒有任何其他液體[2]。

1.2 試驗原理

傾斜試驗是通過移動船上的某些已知重量，使船舶產(chǎn)生一個較小的橫傾角，按照船舶靜力學(xué)的基本原理，由測量數(shù)據(jù)算出空船的排水量及其重心位置。試驗狀態(tài)下船舶的重心位置由如下公式?jīng)Q定：

GM表示試驗狀態(tài)下船舶的初穩(wěn)性高度，單位：m;W表示試驗中移動的重量，單位：t;Y表示重量橫向移動的距離（向左舷移動為正），單位：m;Δ表示試驗狀態(tài)下船舶的排水量，單位t;θ表示試驗測得的橫傾角（左傾為正），單位：deg;XG表示試驗狀態(tài)下船舶的重心縱向坐標(biāo)（船中前為正），單位：m;XB表示試驗狀態(tài)下船舶的浮心縱向坐標(biāo)（船中前為正），單位：m;ZG表示試驗狀態(tài)下船舶的重心垂向坐標(biāo)，單位：m;ZB表示試驗狀態(tài)下船舶的浮心垂向坐標(biāo)，單位：m;φ表示試驗狀態(tài)下船舶的縱傾角（船尾傾為正），單位：deg;KM表示試驗狀態(tài)下船舶的橫穩(wěn)心垂向坐標(biāo)，單位：m。

對于平臺空船重量主要包含船體鋼板、外舾裝、機(jī)械和電器設(shè)備、舾裝件和固定設(shè)備。船級社要求之外的備件、工具以及其他附件。平臺可變載荷重量主要是指隨著平臺裝載情況而變化的負(fù)載，如任何第三方設(shè)備、甲板貨物、燃油、潤滑油、壓載水、淡水、消耗品和船員及其行李。也包括系泊纜繩和錨鏈、鉆桿和鉆井工具、防噴器單元和水下機(jī)器人。

對于平臺坐標(biāo)系設(shè)定為：X軸為縱向方向，原點在FRO，船首為正;Y軸為橫向方向，左舷為正;Z軸為垂向方向，基線向上為正。

2 ?傾斜實驗前的準(zhǔn)備

2.1 人員的準(zhǔn)備

傾斜實驗期間平臺上的人盡可能的少，只有參與實驗的人和船舶操作的安全人員在船;實驗期間除非有緊急情況，不允許任何人中途上下船舶;每次讀取擺錘讀數(shù)時，平臺上的人員應(yīng)回到初始位置;實驗時，所有人員的數(shù)目應(yīng)記錄清楚。預(yù)計人員主要包括DNV和CCS的現(xiàn)場驗船師、現(xiàn)場船東、船廠總體工程師、拖輪操作人員、擺錘記錄員、吊車操作人員和甲板工、系泊人員。

2.2 所需文件的準(zhǔn)備

傾斜實驗一周前應(yīng)通知DNV、CCS和船東有關(guān)實驗的時間地點和斜實驗期有關(guān)程序：船舶標(biāo)志;日期、時間、地點;傾斜實驗的重塊、數(shù)量、重量證書、調(diào)運(yùn)方法和期望傾斜角度。需提交給CCS和DNV有靜水力表、總布置圖、艙容表和艙容圖、傾斜實驗大綱等。

2.3 傾斜實驗的天氣條件

試驗應(yīng)在平靜的、風(fēng)力不大于蒲氏2級的天氣條件下進(jìn)行。如滿足這些條件確有困難時，經(jīng)驗船師同意，也可在風(fēng)力不大于蒲氏3級的天氣條件下進(jìn)行。試驗應(yīng)盡量安排在船塢內(nèi)進(jìn)行，或安排在平靜、不受外來干擾的圍蔽水域（浪級不超過2級）內(nèi)進(jìn)行。受客觀條件限制，經(jīng)驗船師同意，也可在有潮流的水域內(nèi)進(jìn)行傾斜試驗，但應(yīng)盡量安排在平潮時進(jìn)行，且船首應(yīng)正對流向。

2.4 傾斜實驗的船體條件

平臺在建造完成或接近完成，處于或接近處于設(shè)計規(guī)定的的空船狀態(tài)，沒完成的需要增加，減少或者需要重新定位的重量;清除一切必要的多余物品，如船廠設(shè)備腳手架等;所有可移動的物品應(yīng)固定，試驗中使用吊車移動重塊后要將吊車放回原位;甲板上空倉內(nèi)不能有液體;試驗期間停止其他一切作業(yè);所有推進(jìn)器在未安裝狀態(tài);裝有液體的艙室，深艙20-80%，雙層底40-60%，滿倉應(yīng)為100%。

3 ?傾斜試驗實施

3.1 傾斜實驗前的吃水狀態(tài)

預(yù)定的傾斜吃水大約為15.7m，保證橫撐浸沒在水線以下，這樣保證整個傾斜實驗過程中，水線面基本保持不變，實驗時水深要超過18m以上。吃水讀取應(yīng)在平臺四個裝腿都有讀取;海水的密度和溫度應(yīng)在平臺周圍6個不同地點測量取樣，取樣水深應(yīng)為吃水的一般作業(yè)即7.9m左右;傾斜實驗時盡量沒有橫傾和縱傾，如果不能達(dá)到，橫傾最大不能超過1°，縱傾不能超過船長的1%。試驗期間停止其他一切作業(yè);所有推進(jìn)器在未安裝狀態(tài);裝有液體的艙室，深艙20-80%，雙層底40-60%，滿倉應(yīng)為100%。

3.2 傾斜實驗重塊重量及擺錘設(shè)置計算

所有傾斜移動重塊的重量應(yīng)能使平臺傾斜1-2°;所有重塊的平臺坐標(biāo)應(yīng)準(zhǔn)確無誤，且滿足平臺強(qiáng)度要求;每塊重塊的重量準(zhǔn)確無誤，并在船級社和船東的監(jiān)督下進(jìn)行稱重，測量設(shè)備證書要給船東查驗;重塊的順序和移動編號應(yīng)事先標(biāo)記清楚，以免混亂;使用船上吊車移動后應(yīng)將吊車復(fù)位。

傾斜實驗三個擺錘應(yīng)安放在船舶的不同位置;擺線的長度至少超過9m以確保平臺傾斜1°時有超過150mm的位移。本船傾斜實驗的預(yù)計傾斜角以及擺錘的橫移距離計算為：

傾斜實驗的擺錘詳細(xì)位置如表1所示，擺錘和水槽位置示意圖如圖1所示。

3.3 傾斜實驗步驟流程

實驗前，對船舶狀態(tài)進(jìn)行檢查，記錄船舶沒完成的部分，做好重量記錄分析;對艙室測深并記錄，通過測深尺檢查艙底;記錄傾斜實驗移動重塊的初始位置;按要求測量船舶吃水和船舶海水密度和溫度;人員保持預(yù)定位置，測量擺錘長度及初始位置，檢查擺錘的有效性;按圖紙順序移動重塊后記錄擺錘傾斜數(shù)據(jù)。

試驗過程預(yù)測出空船重量和重心，如表2所示[3]。

通過上述試驗獲得甲板重塊的移動力矩曲線圖，如圖2所示。

按照試驗步驟，記錄好甲板重塊的裝載數(shù)據(jù)，淡水艙及日用柜艙的裝載數(shù)，壓載水艙的裝載數(shù)據(jù)，最終計算出平臺傾斜實驗的預(yù)計裝載狀況。

4 ?結(jié)論

全球海洋油氣儲備豐富，可探明儲量超過一半處于海洋深水及超深水領(lǐng)域。我國自主投資興建某型平臺采用先進(jìn)DP3動力定位系統(tǒng)可有效抵抗洋流、超級風(fēng)力干擾。通過平臺傾斜試驗研究，有利于進(jìn)一步獲取各項試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位、穩(wěn)定平臺功能。海洋石油深水半潛式鉆井平臺研制與應(yīng)用極大提升了我國深水鉆井開采深水水域石油的綜合能力，推動該項技術(shù)步入國際領(lǐng)先位置，有利于促進(jìn)我國技術(shù)裝備參與國際能源領(lǐng)域的合作。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘方豪.深水半潛式鉆井平臺錨泊定位系統(tǒng)研究[D].上海交通大學(xué)，2006.

[2]史琪琪，楊建民，肖龍飛.深水錨泊定位半潛式鉆井平臺性能數(shù)值與試驗研究[J].海洋工程，2011（04）：33-40.

[3]趙晶瑞，馮瑋，杜慶貴.半潛式鉆井平臺錨泊系統(tǒng)設(shè)計與試驗驗證[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2016（8）：62-66.