李 勇， 王 嘉， 朱傳超， 張慶營(yíng)， 李長(zhǎng)亮

(海洋石油工程(青島)有限公司，青島 266500)

0 引 言

陵水17-2深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)是我國(guó)自主研發(fā)建造的全球首座十萬(wàn)噸級(jí)深水半潛式生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)，用于開(kāi)發(fā)我國(guó)首個(gè)1 500 m深水自營(yíng)大氣田——陵水17-2氣田，為全球首創(chuàng)半潛平臺(tái)立柱儲(chǔ)油平臺(tái)，最大儲(chǔ)油量近2×104m3，實(shí)現(xiàn)了凝析油生產(chǎn)、儲(chǔ)存和外輸一體化功能[1]。傾斜試驗(yàn)是船舶/浮式裝置交付之前需要進(jìn)行的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，是通過(guò)調(diào)整移動(dòng)重量使船體產(chǎn)生橫傾來(lái)求得該產(chǎn)品建造完工后實(shí)際重量和重心位置的一種有效方法，以便提供給作業(yè)者能在各種運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下迅速而又簡(jiǎn)便的方法校核平臺(tái)穩(wěn)性。深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)作為一種海上浮式裝置，同樣需要采用傾斜試驗(yàn)的方式來(lái)確定平臺(tái)的實(shí)際重量和重心位置，由于平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式不同于常規(guī)船舶，有其自身的特點(diǎn)，本文就深水半潛式生產(chǎn)平臺(tái)傾斜試驗(yàn)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)、試驗(yàn)方案、試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)結(jié)果等方面進(jìn)行了闡述。

1 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

1.1 試驗(yàn)水深要求

該平臺(tái)由兩部分組成，一是由底部浮箱和4個(gè)立柱組成的船體部分，二是包含生活樓、透平發(fā)電機(jī)組、預(yù)熱回收裝置、干/濕氣壓縮機(jī)組、三甘醇再生裝置、乙二醇再生裝置、火炬臂以及凝析油、水處理、公共系統(tǒng)等的上部組塊，該平臺(tái)主要尺寸如表1和圖1所示。

表1 陵水17-2半潛式生產(chǎn)平臺(tái)主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of Lingshui 17-2 semi-submersible production platform

圖1 陵水17-2半潛式生產(chǎn)平臺(tái)Fig.1 Lingshui 17-2 semi-submersible production platform

船體與上部組塊整體大合攏后，需要進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，以確定該平臺(tái)的實(shí)際重量和重心位置。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，本船的空船重量約為49 000 t，空船吃水為9 m，在不考慮其他因素的情況下，在保證船舶縱傾和橫傾符合試驗(yàn)前提的條件下，傾斜試驗(yàn)應(yīng)減少配載，降低自由液面對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，按照此種情況考慮，傾斜試驗(yàn)時(shí)吃水在9.5 m左右，試驗(yàn)水深11 m即可以滿足要求。但該平臺(tái)的底部浮箱頂部安裝了6個(gè)SSIV閥門(mén)保護(hù)框架，尺寸較大，最大高度為4.8 m。這些保護(hù)框架的水線面面積將因船舶橫傾角度的變化而變化，如果試驗(yàn)時(shí)框架處在水線面位置，由于試驗(yàn)時(shí)水線面面積變化，將對(duì)傾斜試驗(yàn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生很大影響。為消除該影響，只有增加該平臺(tái)的試驗(yàn)吃水，將保護(hù)框架完全浸沒(méi)在水中，為此，試驗(yàn)時(shí)所需要的平臺(tái)吃水為

T=T1+H+h=9.0 m+4.8 m+1.5 m=15.3 m

式中，T1為浮箱吃水；H為保護(hù)框架最大高度；h為最大橫傾角時(shí)，保護(hù)框架不露出水面，框架頂部距水面的距離，h=(49.5/2+18)m×tan 2°≈1.5 m，最大橫傾角按照2°考慮。

根據(jù)CB/T 3035—2005《船舶傾斜實(shí)驗(yàn)》4.3條“船舶四周(包括水下)應(yīng)有保證船舶在試驗(yàn)過(guò)程中處于自由漂浮與自由橫傾狀態(tài)。不致觸及任何障礙物的空間”的要求，結(jié)合本船傾斜試驗(yàn)時(shí)的最大角度和安全裕量，要求試驗(yàn)時(shí)的最小水深為15.3 m+1.5 m=17.8 m。

1.2 多余和不足重量統(tǒng)計(jì)

多余和不足重量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將直接影響傾斜試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)而涉及傾斜試驗(yàn)的成敗，因此在傾斜試驗(yàn)前期，多余和不足重量的統(tǒng)計(jì)是最重要的一項(xiàng)工作，也是傾斜試驗(yàn)的重要一環(huán)。

1.2.1 要求

根據(jù)各船級(jí)社以及船舶標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于多余和不足重量的要求，試驗(yàn)時(shí)，難以達(dá)到空船狀態(tài)時(shí)，可允許存在少部分的多余重量或不足重量，但均不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)空船排水量的1%，試驗(yàn)所需移動(dòng)的重量及必要的壓載和試驗(yàn)人員不受上述多余重量的限制。

1.2.2 定義

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》(2020年)，空船重量系指整個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)重量連同永久安裝于平臺(tái)上的機(jī)械、設(shè)備和舾裝件，包括固定壓載、備件以及機(jī)械和系統(tǒng)中保持正常工作時(shí)的介質(zhì)，但不包括貯存在液艙或備用供應(yīng)艙內(nèi)的液體、消耗品或可變載荷、貯存物品、人員及其個(gè)人物品的重量。空船重量包括平臺(tái)上固定滅火系統(tǒng)中介質(zhì)(如淡水、二氧化碳、干粉、泡沫濃縮液等)的重量。

多余重量是指超出上述空船重量要求的所有物體的總重量，比如施工用工機(jī)具、腳手架、臨時(shí)施工用料等材料的重量[2]。尤其是艙室、各種罐體、工藝管道等內(nèi)的殘留液體，殘留液體會(huì)產(chǎn)生自由液面，將對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生很大的影響，多余的液體若無(wú)法清除，則需要將該液體的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，自由液面產(chǎn)生的結(jié)果統(tǒng)計(jì)到計(jì)算數(shù)據(jù)內(nèi)。試驗(yàn)所需移動(dòng)的重量及必要的壓載和試驗(yàn)人員不受多余重量的限制，但需要進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，用于壓載的液體若有自由液面的存在，同樣需要在計(jì)算時(shí)進(jìn)行考慮。

不足重量是指屬于船舶自身的設(shè)備/材料，但由于某種原因在傾斜試驗(yàn)時(shí)未進(jìn)行安裝的設(shè)備/材料的重量。傾斜試驗(yàn)一般選擇在船舶完工狀態(tài)或接近完工狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，不足重量涉及的比較少，但也需要對(duì)照完工狀態(tài)，把未安裝或未施工的項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。

1.2.3 與常規(guī)船舶的區(qū)別

(1) 海洋油氣平臺(tái)與常規(guī)船舶的陸地建造完工狀態(tài)是存在一些差別的，常規(guī)船舶完成碼頭系泊試驗(yàn)、試航后，就可以交付給船東，直接投入運(yùn)營(yíng)，完工狀態(tài)較好。而海洋油氣平臺(tái)則有所不同，陸地交付后，在海上會(huì)有一些施工工作，這就造成海洋油氣平臺(tái)在陸地階段無(wú)法完全達(dá)到“空船狀態(tài)”，比如搭設(shè)的腳手架需要保留到海上施工完畢才能拆除等。

(2) 海洋油氣平臺(tái)上安裝大量的罐體設(shè)備，在平臺(tái)建造階段，部分罐體基于調(diào)試的需要，需要注入介質(zhì)，按照傾斜試驗(yàn)的要求，這部分介質(zhì)屬于“多余重量”部分。由于涉及的罐體比較多，罐體的存液狀態(tài)統(tǒng)計(jì)不清楚的話，將對(duì)傾斜試驗(yàn)產(chǎn)生很大影響。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)時(shí)的策略

多余重量和不足重量的統(tǒng)計(jì)是一項(xiàng)煩瑣而又細(xì)致的工作，稍有差錯(cuò)，將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生很大影響。根據(jù)多條船傾斜試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于多余重量和不足重量的統(tǒng)計(jì)采取如下策略，將會(huì)事半功倍。

(1) 嚴(yán)格按照《傾斜試驗(yàn)大綱》給出的統(tǒng)計(jì)模板進(jìn)行統(tǒng)計(jì)填寫(xiě)，并且將多余重量和不足重量分開(kāi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

(2) 分專業(yè)、分類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并提前由建造板塊各專業(yè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)。

(3) 每次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)檢查時(shí)，有針對(duì)性地檢查，而不是看到什么記錄什么。

(4) 統(tǒng)計(jì)時(shí)“前松后緊”，空船狀態(tài)檢查一般在傾斜試驗(yàn)前3～4周開(kāi)始進(jìn)行，前期檢查時(shí)，只需要進(jìn)行粗略的記錄和統(tǒng)計(jì)，并將檢查結(jié)果通知相關(guān)方，并要求施工單位在傾斜試驗(yàn)前進(jìn)行整理，該施工的進(jìn)行施工，多余的物品進(jìn)行清理。最后一周或最后兩次的檢查，則需要詳細(xì)的記錄多余或不足物品的位置、重量、重心等信息。最后一次的檢查，是船東、第三方、設(shè)計(jì)、建造等各方的一次聯(lián)合檢查，檢查完畢后，需要各方在統(tǒng)計(jì)表格上簽字。

(5) 艙室、罐體內(nèi)的多余殘留液體的檢查和清理，需要進(jìn)行專項(xiàng)安排，該項(xiàng)工作宜提前進(jìn)行。為減少殘留液體的清理工作量，需要結(jié)合設(shè)備調(diào)試、艙室試驗(yàn)等調(diào)試項(xiàng)目的需求，統(tǒng)籌考慮，減少艙室、罐體進(jìn)水的數(shù)量。

2 試驗(yàn)方案

2.1 重量轉(zhuǎn)移方式

該試驗(yàn)采用水壓載的重量作為試驗(yàn)的移動(dòng)重量的方法，通過(guò)調(diào)載不同壓載艙中的壓載水，使平臺(tái)產(chǎn)生橫傾角并記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出平臺(tái)的重心位置[3]。壓載水的調(diào)載使用平臺(tái)自身的海水提升泵、排載泵、管線和閥門(mén)控制系統(tǒng)，因此在傾斜試驗(yàn)前，涉及調(diào)載的相關(guān)設(shè)備、管線等需要完成調(diào)試，具備使用狀態(tài)。每次轉(zhuǎn)移的壓載水重量，根據(jù)需要達(dá)到的橫傾角度計(jì)算得出，轉(zhuǎn)移重量為100 t、 70 t……交替進(jìn)行。

2.2 調(diào)平配載

該平臺(tái)空載狀態(tài)下的吃水為9 m，傾斜試驗(yàn)吃水為15.3 m，需要進(jìn)行壓載以滿足試驗(yàn)吃水的要求。全船共28個(gè)壓載艙，24個(gè)壓載艙分布在底部環(huán)段，4個(gè)壓載艙位于立柱內(nèi)。為達(dá)到試驗(yàn)吃水及橫傾要求，可通過(guò)配載計(jì)算，采用如下配載方案：

(1) 選取5個(gè)底部壓載艙注滿海水進(jìn)行壓載，艙室注滿水的目的是避免試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生自由液面。

(2) 使用4個(gè)底部橫面積較小的壓載艙作為重量轉(zhuǎn)移的艙室，結(jié)合每個(gè)艙室的最大轉(zhuǎn)移重量以及排載泵的性能，4個(gè)艙室內(nèi)加注同等重量的壓載水。4個(gè)艙室壓載水的自由液面產(chǎn)生的力矩在最終計(jì)算時(shí)需要考慮在內(nèi)。

(3) 使用4個(gè)立柱內(nèi)的壓載艙作為調(diào)載艙室，艙室內(nèi)的注水量一是滿足平臺(tái)吃水達(dá)到試驗(yàn)吃水的要求，二是平臺(tái)橫傾在試驗(yàn)要求的范圍之內(nèi)。4個(gè)艙室壓載水的自由液面產(chǎn)生的力矩在最終計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行考慮。

2.3 測(cè)量工具

該試驗(yàn)測(cè)量工具采用擺錘+油槽的方式，共設(shè)置3套，分別布置于平臺(tái)的前中后3個(gè)位置。擺錘懸線的長(zhǎng)度應(yīng)滿足傾斜時(shí)擺錘至少向一邊發(fā)生150 mm的位移，相關(guān)要求可以參見(jiàn)MSC.267(85)《2008年國(guó)際完整穩(wěn)性規(guī)則》中關(guān)于傾斜實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求[4]。懸掛擺錘的擺線應(yīng)使用不易伸縮的鋼絲線，擺錘四周安裝上翼板并完全浸沒(méi)在介質(zhì)中，另外，油槽中的介質(zhì)最好使用黏度系數(shù)大的油品，其目的是平臺(tái)橫傾后擺錘能迅速停止擺動(dòng)，便于讀得精確位移值。調(diào)整擺線、油槽以及油槽上刻度尺的位置，確保在試驗(yàn)過(guò)程中，擺線不與刻度尺和油槽發(fā)生碰撞，擺錘不觸底。另外，油槽、刻度尺、擺線的掛點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓潭?，確保在整個(gè)傾斜試驗(yàn)過(guò)程中均不能有任何移動(dòng)。

2.4 試驗(yàn)水域及帶纜方案

根據(jù)試驗(yàn)吃水的要求，傾斜試驗(yàn)水域要求水深至少17.8 m，且平臺(tái)四周(包括水下)應(yīng)留有充分的空間，保證在試驗(yàn)的過(guò)程中平臺(tái)不觸及任何障礙物。

為保證傾斜試驗(yàn)時(shí)的船舶穩(wěn)定，不發(fā)生漂移，試驗(yàn)過(guò)程中需要進(jìn)行系纜，并且需要拖輪進(jìn)行全程協(xié)助。系泊纜的布置原則是在滿足安全要求的情況下盡量減少纜繩數(shù)量，系泊纜的方向應(yīng)沿著船長(zhǎng)方向進(jìn)行布置，同時(shí)系泊點(diǎn)應(yīng)盡量靠近中縱剖面，纜繩高度盡量靠近水線面，該平臺(tái)的系泊圖如圖2所示。為減少纜繩對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取的影響，在試驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)讀取階段，纜繩必須是松弛的，不能受力[5]。

圖2 帶纜示意圖Fig.2 Platform with mooring line

圖3 力矩曲線圖Fig.3 Torque curve

3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

在準(zhǔn)備工作完畢后，空船檢查狀態(tài)符合傾斜試驗(yàn)的條件，在風(fēng)力不超過(guò)三級(jí)的條件下進(jìn)行傾斜試驗(yàn)。按照船級(jí)社批準(zhǔn)的《傾斜試驗(yàn)大綱》要求的試驗(yàn)步驟進(jìn)行該試驗(yàn)，主要過(guò)程如下：

(1) 組織業(yè)主、設(shè)計(jì)、船級(jí)社等各方對(duì)多余和不足重量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和確認(rèn)。

(2) 按照壓排載方案將該半潛平臺(tái)調(diào)載到要求的吃水，對(duì)于本平臺(tái)而言，需要將吃水調(diào)載到15.3 m。

(3) 按照帶纜方案進(jìn)行系纜，將半潛平臺(tái)拖至試驗(yàn)水域。每次讀數(shù)時(shí)，必須在纜繩松弛、不受力的狀態(tài)下讀取；在壓載水調(diào)載過(guò)程中，為保持半潛平臺(tái)的位置，纜繩可以受力。

(4) 記錄初始狀態(tài)下擺錘的位置，以及讀取半潛平臺(tái)的四角吃水。

(5) 按照《傾斜試驗(yàn)大綱》要求的試驗(yàn)步驟進(jìn)行壓載水的調(diào)載及讀取擺錘的數(shù)據(jù)，共8個(gè)階段。每一步調(diào)載完畢后，待擺錘穩(wěn)定后方可讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀取完畢后，由技術(shù)人員進(jìn)行計(jì)算，確定數(shù)據(jù)合理無(wú)誤后方可進(jìn)行下一步。

(6) 所有步驟完成以后，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步計(jì)算，取得參與試驗(yàn)各方的認(rèn)可后，傾斜試驗(yàn)結(jié)束。

通過(guò)該試驗(yàn)得到的移動(dòng)重量力矩曲線圖如圖3所示，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到該平臺(tái)的實(shí)際重量和重心位置，試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

深水半潛式平臺(tái)與常規(guī)船舶的傾斜試驗(yàn)在試驗(yàn)原理、方法、計(jì)算等方面是一樣的，本文通過(guò)對(duì)深水半潛式平臺(tái)傾斜試驗(yàn)的研究和驗(yàn)證，在技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)、試驗(yàn)方案、實(shí)施時(shí)的關(guān)注點(diǎn)等方面對(duì)后續(xù)該類型平臺(tái)的傾斜試驗(yàn)提供了參考，有利于我國(guó)海洋石油深水裝備建造的順利實(shí)施。