陳瑞寶，張 鵬，高連燁，穆勝軍

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

0 引 言

自升式平臺(tái)作業(yè)于海洋石油平臺(tái)區(qū)域，因此在海上作業(yè)期間對(duì)于其節(jié)能環(huán)保有明確要求。在滿足節(jié)能要求的同時(shí)，針對(duì)平臺(tái)作業(yè)的多樣性，同時(shí)考慮作業(yè)區(qū)域復(fù)雜的海況和海底情況，研制一套平臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，既能滿足節(jié)能需求，又能進(jìn)行作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警。

1 背景介紹

自升式平臺(tái)是一種具備自升能力的平臺(tái)，配備了樁腿及升降裝置，可以沿著樁腿升降來(lái)實(shí)現(xiàn)操作高度的變化以適應(yīng)不同的作業(yè)水深和氣隙的要求。目前，自升式平臺(tái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鉆修井作業(yè)、海上作業(yè)支持、海上生活支持、海洋牧場(chǎng)、海上風(fēng)電安裝、海上救助打撈等領(lǐng)域。

中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司運(yùn)營(yíng)的國(guó)內(nèi)首座海上移動(dòng)式試采平臺(tái)，由勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院設(shè)計(jì)，具備修井、試油、試采、油氣分離、原油儲(chǔ)存和外輸?shù)裙δ?，在邊際油田的開發(fā)中體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢(shì)，極大地提升了邊際油田的邊際效益。該平臺(tái)主要數(shù)據(jù)見表1。

表1 平臺(tái)主要數(shù)據(jù)Tab.1 Platform key data

續(xù)表1

2 自升式平臺(tái)面臨的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)

自升式平臺(tái)的舉升采用了四樁腿式電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)。平臺(tái)專注于邊界油田的開發(fā)，具備修井作業(yè)、預(yù)處理及原油儲(chǔ)存處理等復(fù)合功能?？紤]到作業(yè)區(qū)域的特殊性及作業(yè)人員有限，海上平臺(tái)對(duì)于節(jié)能環(huán)保要求較高，在保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的同時(shí)，需要盡量降低能耗。而邊際油田大多海底情況未知因素多，在就位、站樁、預(yù)壓載、拔樁等作業(yè)環(huán)節(jié)中面對(duì)的突發(fā)情況也較多，因而出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的概率也會(huì)比較大。根據(jù)以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，提出自升式平臺(tái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施。

2.1 平臺(tái)樁靴姿態(tài)及入泥深度計(jì)算

根據(jù)平臺(tái)的作業(yè)特點(diǎn)，在漂浮、插拔樁、壓載、升降等作業(yè)過程中，結(jié)合升降系統(tǒng)工作狀態(tài)、漂浮平臺(tái)吃水、氣隙及海水深度的相互關(guān)系，實(shí)時(shí)計(jì)算并跟蹤平臺(tái)作業(yè)狀態(tài)，自動(dòng)計(jì)算各個(gè)樁腿入泥深度。

2.2 平臺(tái)傾斜監(jiān)視及保護(hù)

自升式平臺(tái)定位于某一油田準(zhǔn)備插拔樁前，必須進(jìn)行壓載調(diào)整，移動(dòng)可變載荷保證平臺(tái)負(fù)荷均勻分布，使平臺(tái)處于水平狀態(tài)，便于樁腿鉛直下垂，所以在調(diào)載的過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)漂浮狀態(tài)下的傾斜度，及時(shí)調(diào)整配載。

2.3 升船氣隙的監(jiān)視

自升式平臺(tái)在站立作業(yè)的過程中要一直保持海洋平臺(tái)的底面高于海平面。通常我們定義平臺(tái)底部到海平面的距離為氣隙。自升式平臺(tái)的氣隙通常受升船高度及波浪影響，氣隙過高和過低都會(huì)造成潛在不安全，因而持續(xù)跟蹤氣隙變化并預(yù)設(shè)超限報(bào)警，不僅可以便利作業(yè)，也可為平臺(tái)作業(yè)安全提供保障。

2.4 平臺(tái)與井口位置的監(jiān)測(cè)及跟蹤

海洋石油平臺(tái)的就位分為粗就位階段和精就位階段，精就位要求平臺(tái)艉部離開支持井口(平臺(tái))最近距離為(2.1±0.5)m。為確保平臺(tái)在就位過程和升降過程以及生產(chǎn)過程中平臺(tái)與井口的安全，避免碰撞，平臺(tái)與井口的距離監(jiān)測(cè)十分有必要和有意義。

3 平臺(tái)就位及站立

3.1 就位

為保證鉆機(jī)有足夠的覆蓋面積，一般作業(yè)平臺(tái)皆需要盡量靠近井口平臺(tái)，在井口比較多的情況，作業(yè)平臺(tái)與井口平臺(tái)間需要達(dá)到厘米級(jí)別方能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。就位也會(huì)牽涉升降裝置、拖船、輔助錨機(jī)等協(xié)調(diào)配合問題。為了使整個(gè)精就位過程可視、可控，平臺(tái)可配備就位輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)通過兩個(gè)激光＋視頻監(jiān)視組成，在視頻輔助的情況下遠(yuǎn)程對(duì)井口目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)，通過兩組件的示值判斷專業(yè)平臺(tái)與井口平臺(tái)目標(biāo)的相對(duì)距離及方位，結(jié)合樁腿的適時(shí)下放，實(shí)現(xiàn)就位目的。

3.2 滑樁監(jiān)控

在一些海底情況相對(duì)復(fù)雜的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，如有多種不同平臺(tái)多次作業(yè)海底腳印(footprint)錯(cuò)綜復(fù)雜，或海底巖層結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，作業(yè)平臺(tái)在就位后隨樁靴載荷的增加會(huì)有滑樁風(fēng)險(xiǎn)。在滑樁出現(xiàn)時(shí)，平臺(tái)需要多次收放樁腿做壓樁嘗試，如仍不能避免滑樁，則需要重新選擇平臺(tái)就位的位置。平臺(tái)配備的就位輔助系統(tǒng)，在作業(yè)過程中會(huì)對(duì)井口平臺(tái)的規(guī)定目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控和跟蹤，在出現(xiàn)位置/位移變化時(shí)會(huì)主動(dòng)進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)警示值班人員采取應(yīng)對(duì)措施。

4 插樁及預(yù)壓載

4.1 RPV監(jiān)控及報(bào)警

RPV為Racking Phase Difference的縮寫。近些年設(shè)計(jì)的平臺(tái)，為了考慮在拖航時(shí)有更小的吃水，以適合水深相對(duì)比較小的海域作業(yè)，在拖航時(shí)樁靴都需要收回到內(nèi)部或極限位置。

RPV指示是各個(gè)樁腿相對(duì)于平臺(tái)的實(shí)際位置。RPV值可以二次運(yùn)算成樁靴相對(duì)船體的位置，在RPV達(dá)到一定數(shù)值后，監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)機(jī)停止命令，避免造成碰撞事故。在相對(duì)較深的水域舉升平臺(tái)時(shí)，通過 RPV的監(jiān)控也可以提出預(yù)警，避免平臺(tái)被舉升到樁腿頂部的非安全區(qū)域。

4.2 RPD監(jiān)控及報(bào)警

RPD為 Racking Phase Difference的縮寫，為一根樁腿不同齒條之間的相位差，單位 cm。RPD的值對(duì)應(yīng)樁腿與平臺(tái)的垂直度，RPD值過大預(yù)示狀態(tài)齒條板與安裝在固樁架及船體的導(dǎo)板距離過近，導(dǎo)致樁腿與船體的摩擦加劇而影響升降作業(yè)。一般在就位放樁后要對(duì) RPD進(jìn)行檢查，超限后需要重新放樁，避免平臺(tái)升到一定高度因摩擦加劇不能繼續(xù)升船。

4.3 插樁及入泥

平臺(tái)在就位后，需要插樁，使樁靴及樁腿插入海床。在平臺(tái)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)公司會(huì)根據(jù)平臺(tái)最大的入泥深度，反向工程確認(rèn)樁靴大小及承載力、樁腿強(qiáng)度、沖樁管線的大小及噴嘴的布置、沖樁泵的壓力及排量等。在實(shí)際的使用過程中，因?yàn)槠脚_(tái)需要從樁靴獲取足夠的反支撐力，入泥深度一般是不可控的，隨低層不同而不同。

4.4 預(yù)壓載

平臺(tái)就位后，需要進(jìn)行預(yù)壓載，使得樁靴承載力大于作業(yè)需要的最大載荷。預(yù)壓載也是平臺(tái)最危險(xiǎn)的作業(yè)，此時(shí)易出現(xiàn)滑樁、穿刺及其他樁靴下穿速度不同而造成的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

4樁腿平臺(tái)的預(yù)壓載采用船體重量對(duì)角壓樁，或?qū)菈簶督Y(jié)合壓載水的方式進(jìn)行。由于地層的承載力不同，被壓樁沉降的速度也不同，沉降速度的不同也會(huì)造成船體傾斜，故存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4.5 穿刺風(fēng)險(xiǎn)

在自升式平臺(tái)作業(yè)的區(qū)域，一般會(huì)經(jīng)過取芯及地質(zhì)調(diào)查取得海底地層承載力的數(shù)據(jù)，但穿刺事故仍會(huì)時(shí)有發(fā)生。

穿刺事故是指樁靴坐落于表面堅(jiān)硬內(nèi)部松軟的地層(也稱蛋殼)，導(dǎo)致樁腿快速下沉而造成平臺(tái)發(fā)生傾斜的事故。穿刺事故通過良好的操作規(guī)程會(huì)有所降低，包括：良好的地質(zhì)調(diào)查信息；預(yù)壓載應(yīng)該采取良好的、循序漸進(jìn)的策略，有足夠的靜候時(shí)間；預(yù)壓載時(shí)，要選擇涌浪較小的天氣，使船體保留與水面最小的距離，即使出現(xiàn)穿刺也可把對(duì)平臺(tái)及樁腿的影響降低到最小，不會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)傾覆等惡性事故。

4.6 傾斜監(jiān)控

在平臺(tái)底部離開水面的壓載過程中，因?yàn)闃锻热詴?huì)有入泥變化而導(dǎo)致平臺(tái)水平的變化，所以在預(yù)壓載過程中，傾斜監(jiān)控尤其重要。傾斜監(jiān)控裝置可以為操船人員指明船體的傾斜角度及方向，并具備報(bào)警及停止某方向升降的功能。操船人員可以根據(jù)最大的傾斜角度通過升降裝置對(duì)平臺(tái)水平隨預(yù)壓載進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，從而保證平臺(tái)的安全。

5 升降作業(yè)

良好的站樁及預(yù)壓載是升降順利的前奏。但因?yàn)榈貙拥牟豢深A(yù)見因素，站樁往往不完美，即可能個(gè)別樁腿會(huì)出現(xiàn)比較大的RPD值而造成樁腿與導(dǎo)板的劇烈摩擦。在實(shí)際操作中，往往需要調(diào)整船體的水平(帶固定傾斜角度)才能順利完成升降作業(yè)。在此種工況下，平臺(tái)的傾斜監(jiān)控尤其重要，升降過程中需要調(diào)整平臺(tái)的傾斜角度并兼顧問題樁升降裝置的負(fù)荷。

在移動(dòng)式平臺(tái)作業(yè)時(shí)需要保留一定的作業(yè)氣隙，氣隙的大小主要基于以下考慮：作業(yè)平面的高度；潛水泵吸水管的最大允許高度；區(qū)域涌浪較大時(shí)拍打平臺(tái)底部的風(fēng)險(xiǎn)。

安裝氣隙監(jiān)控傳感器可有效地監(jiān)視在升降作業(yè)或平臺(tái)作業(yè)過程中氣隙的變化，輔助報(bào)警，避免事故的發(fā)生。連續(xù)監(jiān)控的氣隙值也可以在極惡劣天氣根據(jù)涌浪的高度，采用應(yīng)對(duì)策略避免拍打平臺(tái)底部。

6 拔樁作業(yè)

平臺(tái)在設(shè)計(jì)上皆有設(shè)計(jì)入泥深度。平臺(tái)完成作業(yè)后離開前，需要拔樁、回收樁腿及拖航作業(yè)。

在近海作業(yè)尤其是渤海，由于海底的淤泥層很深，拔樁往往相對(duì)比較困難。主要原因：樁靴阻力大，平臺(tái)安全浮力不足以把樁靴拔起；沖樁泵壓力和排量不足，需要更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行沖樁；樁靴噴嘴數(shù)量及分布，在淤泥中容易阻塞，需要更長(zhǎng)的時(shí)間把樁靴吸附層吹松；在淺水區(qū)為避免坐底，船體不能提供足夠的拔樁浮力。

在入泥可能比較深的區(qū)域就位前需要確定足夠的拔樁預(yù)案。

7 結(jié) 語(yǔ)

自升式平臺(tái)相對(duì)于其他型式的作業(yè)平臺(tái)在海洋石油作業(yè)中有著比較大的優(yōu)勢(shì)，在兼顧節(jié)能的同時(shí)，對(duì)于設(shè)備的穩(wěn)定性要求較高。但因其在作業(yè)中總是牽涉升降及壓載作業(yè)，在使用中也存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)。嚴(yán)格遵循良好的作業(yè)規(guī)程并增加一些必要的監(jiān)控輔助裝置可以有效地降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。