張亮

摘 要：分析國內(nèi)外海上油氣工程作業(yè)所需的專用船舶，結(jié)合現(xiàn)有幾類特種船舶的作業(yè)特點，提出一種自航式多功能海洋工程作業(yè)船的技術(shù)方案。自航式多功能海洋工程作業(yè)船是一種特殊的工程船舶，它具備自航及動力定位能力，可進行水下施工作業(yè)、無鉆機修井作業(yè)、無鉆機封井和棄井作業(yè)、測井作業(yè)、水下遙控機器人、飽和潛水作業(yè)、對外消防等。該船在作業(yè)中機動靈活，自持能力強，綜合性能好，為中深水油氣田開發(fā)提供了一種新的選擇。

關(guān)鍵詞：自航式;工程船舶;多功能;修井;棄井;飽和潛水

中圖分類號：U662.2

文獻標(biāo)識碼：A

1 前言

隨著國內(nèi)外對深水油氣開發(fā)力度的不斷加大，為滿足海上油氣田從開發(fā)到棄置的全生命周期管理服務(wù)和應(yīng)急維修需要，保障油氣田持續(xù)安全平穩(wěn)運行，我國油田服務(wù)公司先后開發(fā)了多種類型的海洋工程船舶：中國海洋石油工程股份有限公司的海洋石油285、海洋石油287[1]; WELL OPS SEA PTY公司的輕型專用工作船[2]等。但目前大部分工程船的初始設(shè)計為專船專用，作業(yè)模式較為單一，難以完成其他類型的作業(yè)，導(dǎo)致在作業(yè)空檔期出現(xiàn)閑置狀態(tài)。

本文介紹的一種多功能海洋工程作業(yè)船技術(shù)方案能夠在很大程度上解決上述作業(yè)能力受限的問題，其具備的多功能特性，可為中深水油氣田開發(fā)的大部分作業(yè)提供支持服務(wù)，從而減少船舶的閑置期，具有較好的實用性和經(jīng)濟性。

2 母型船選擇

通過對行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有相關(guān)船型的調(diào)研和分析，篩選出具有類似功能和性能的船舶作為母型船[3-4]。在吸收和保持母型船優(yōu)點的基礎(chǔ)上，根據(jù)我司的使用經(jīng)驗、操作習(xí)慣和需求，初步確定幾種母型船，其主尺度及功能，如表1所列。

3 船舶用途及主尺度

本船采用電力推進方式：配備6臺柴油發(fā)電機組，總功率約22 000 ekW;設(shè)有2套3 500 kW全回轉(zhuǎn)舵槳、2套1 500 kW伸縮式全回轉(zhuǎn)推進器、2套1 500 kW和1套880 kW軸隧式側(cè)向推進器;具有DP3動力定位能力。船舶外形見圖1。

本船可承擔(dān)水下施工和安裝作業(yè)、修井作業(yè)、封井和棄井、測井作業(yè)、水下遙控機器人作業(yè)、飽和潛水作業(yè)、井控應(yīng)急處理、礦區(qū)供應(yīng)、海上對外消防等作業(yè)任務(wù)。

船舶主尺度及參數(shù)如下：

總長 ? ?163.71m

垂線間長 ? ?152.85 m

型寬 ? ?28.20m

型深 ? ?12.00 m

設(shè)計吃水 ? ?7.00m

最大吃水 ? ?8.20m

靜水航速 ?14.00 kn

甲板載貨能力 ? ?1500t

人員 ? ?122人

甲板可用面積 ? ?1700m2

最大作業(yè)水深 ? ?3000m

白持力 ? ?30晝夜

航區(qū) ? ?無限航區(qū)

操作環(huán)境溫度 ? ?-20℃ -45℃

DP定位（+/-30°） ? 風(fēng)速13.8 m/s，有義波高3.1m，流速1.5 kn。

4 船舶布置

4.1 總體布置

（1）設(shè)有長首樓和封閉式船首：

首樓內(nèi)設(shè)船員和工作人員居住艙室、會議室、辦公室、醫(yī)務(wù)室、健身室、廚房、餐廳、休息室等，首樓上方為直升機升降平臺;封閉式船首為錨機操作區(qū)域提供了保護，大大提高了在惡劣海況下起拋錨作業(yè)的安全性，也改善了甲板上浪情況;飽和潛水工作工作室緊鄰生活區(qū);

（2）船中部設(shè)有一個月池開口，月池上部為修井模塊塔架;

（3）主甲板后部右舷布置1臺200 t主吊機，左舷布置1臺40t輔助吊機;主甲板月池后部主要布置散料和泥漿系統(tǒng)相關(guān)的艙室和設(shè)備，包括：泥漿混合室、高壓泥漿泵、HPU室、帶有水泥和膨潤土罐的散裝罐室、泥漿實驗室、水泥處理室、液體泥液艙等;2套全回轉(zhuǎn)舵槳艙布置在船尾部左右兩舷;

（4）2個主機艙設(shè)在船首部兩舷，每個機艙內(nèi)布置3臺柴油發(fā)電機組及相關(guān)設(shè)備;

總體布置和艙室劃分及設(shè)備布置，見圖2、圖3。

船首將機艙、首側(cè)推艙及邊艙及其上層建筑連接成一個封閉的整體，增加了上層建筑可用區(qū)域面積。

4.2 駕駛室布置

橋樓根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計[5]，一人即可完成航行操作：駕駛室布置有前、后駕控臺、兩翼控制臺、海圖桌、安全控制臺及無線電控制臺，形成綜合的橋樓系統(tǒng)，滿足所有功能要求;后駕控臺間布置有兩套電控滑動駕駛操作椅，船員坐在操作椅上即可完成操船、DP操作和通信工作;駕駛室還配置了工作桌、咖啡休息區(qū)、沙發(fā)和衛(wèi)生單元，使駕駛?cè)藛T操作方便，舒適。

4.3 生活區(qū)布置

生活區(qū)設(shè)有能容納122人的居住艙室，其中單人間42個、雙人間40個，均帶單獨浴室，布置環(huán)境滿足ILO規(guī)則[6];還設(shè)有餐廳、廚房、醫(yī)務(wù)室、健身房、娛樂室、會議室等生活和工作艙室，配有電視、電腦、音響等娛樂設(shè)備和健身器材。

為達到優(yōu)異的減振降噪效果，全船在減振降噪方面采取了全方位措施，從位于機艙二平臺的配電室到最頂層居住甲板，均設(shè)置了高質(zhì)量的浮動地板;舷側(cè)、露天圍壁及甲板、機艙棚等處，根據(jù)隔熱隔音要求敷設(shè)了相應(yīng)的優(yōu)質(zhì)絕緣;住艙間的隔板使用雙層壁板;所有壁板、天花板、升高地板等均采用彈性連接。

5 船舶主要系統(tǒng)與能力

5.1 數(shù)字智能管控系統(tǒng)

本船采用的管控系統(tǒng)集成度與智能化較高：該系統(tǒng)基于船舶現(xiàn)場總線設(shè)計，數(shù)據(jù)采集箱分布于船上各個區(qū)域進行收集和處理數(shù)據(jù)，然后通過現(xiàn)場總線上傳數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在集控室工作站顯示和控制，在駕駛室工作站僅可顯示;系統(tǒng)集成了智能配載系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)、能耗在線監(jiān)測與故障分析系統(tǒng)、智能化管控平臺HMI、智能環(huán)境管理系統(tǒng)、船舶白動控制系統(tǒng)等[8]。

此系統(tǒng)通過很多模擬畫面顯示數(shù)據(jù)、可控設(shè)備和相關(guān)報警信息，船員通過一個畫面可以知悉船舶所有部件參數(shù)信息，包括頻率、電壓、電流等，船員可以切換工作模式和操作發(fā)電機，包括發(fā)電機開關(guān)和匯流排開關(guān);在集控室設(shè)置操作員站、工程師站、通訊、信號系統(tǒng)設(shè)備等。此外，還設(shè)置綜合報警盤，用作手動關(guān)斷、啟動消防設(shè)備以及重要報警信號的顯示。

5.2動力定位系統(tǒng)

（1）動力定位系統(tǒng)滿足中國船級社對DPⅢ的要求，定位環(huán)境指標(biāo)達到99.99.99;

（2）駕駛室后駕控臺配置有獨立的聯(lián)合操作單元，駕駛室兩翼控制臺和前駕控臺都配置有聯(lián)合操作插座，用于便攜式聯(lián)合操作單元，可實現(xiàn)多方位聯(lián)合操作，比如靠港、航行等;

（3）系統(tǒng)利用擴展的卡爾曼濾波器模型，可根據(jù)干擾等級和測量頻率實現(xiàn)最優(yōu)濾波，從而獲取船舶首向和位置信息[9]，同時提供不同參照位置的最優(yōu)組合。如果失去所有位置測量，系統(tǒng)模型提供凍結(jié)計算模式。

5.3 散料和泥漿供應(yīng)能力

現(xiàn)有供應(yīng)船的散料輸送系統(tǒng)和泥漿輸送系統(tǒng)為各自獨立的系統(tǒng)，不同的處理系統(tǒng)只能針對單一的物料進行儲存和輸送，造成部分儲存輸送設(shè)備的閑置，導(dǎo)致運載利用率下降。

為解決以上問題，本船采用散料和泥漿兼容的輸送系統(tǒng)[10]，可實現(xiàn)干散料和泥漿等各種固體、液體物料的兼容存儲、運輸;可為2-3個油田提供散料及泥漿支持，是普通平臺供應(yīng)船供應(yīng)能力的3倍。

加載站和外輸站分布在尾部主甲板下左右兩舷，艙內(nèi)可裝載600 m3加重材料和120 m3水泥并配緩沖罐，所有的散料緩沖罐具有約4 bar的丁作壓力;泥漿池為500 m3，帶攪拌器，能夠快速配置壓井泥漿并進行外輸。

5.4 井控應(yīng)急救援能力

（1）當(dāng)海上作業(yè)出現(xiàn)井控應(yīng)急情況時，本船通過白帶/安裝相應(yīng)設(shè)備、工具出發(fā)，完成一定程度的應(yīng)急響應(yīng)，包括水下清障、LMRP CAP作業(yè)、壓井作業(yè)等;

（2）本船具備FiFiⅢ級對外消防滅火能力，配備大排量水霧噴射裝置實現(xiàn)大火隔離與防護;為搶險平臺提供應(yīng)急照明，實現(xiàn)50 m外覆蓋100 m寬的作業(yè)現(xiàn)場;單獨設(shè)置指揮系統(tǒng)，包括與陸地、作業(yè)平臺和其他輔助船的通訊、視頻、監(jiān)控、監(jiān)測報警系統(tǒng)等;

（3）具備處置海上防污染的能力，可裝載溢油回收設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的模塊單元，便于安全、快速地拆裝和固定，提高效率;

（4）配備一臺帶主動波浪補償功能的海丁折臂吊，用于進行海床和水下等相關(guān)安裝操作作業(yè)，在應(yīng)急情況下可吊裝模塊設(shè)備至導(dǎo)管架平臺井口處;在主動波浪補充模式下，吊車可以滿足在10 m半徑起吊200t貨物，副鉤絞車具有1t的載人功能。

5.5 水下作業(yè)支持能力

（1）船中部設(shè)置了一個7.8 m×7.8 m的月池，月池上部安裝修井模塊塔架，建立水下井口與船舶的流程連接：海底基礎(chǔ)裝置、管匯的安裝、管串組裝和起下，配合目前較成熟的無鉆機修棄井裝備，可解決在修棄井作業(yè)過程中的環(huán)空帶壓、井筒內(nèi)封堵、井口或者水下結(jié)構(gòu)物切割回收等問題，處理水下井口復(fù)雜情況，較傳統(tǒng)的輕、中型丁作船綜合能力更強。

（2）配備兩套吊臂式水下機器人收放系統(tǒng)，可滿足3 000m作業(yè)水深。該類型的收放系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，其吊臂長度可進行伸縮調(diào)節(jié)，能很好地適應(yīng)各海域的復(fù)雜海況。

（3）配備一套12人的飽和潛水支持系統(tǒng)，可保障潛水作業(yè)安全、高效、可持續(xù)的進行。系統(tǒng)包括3個高壓艙、1個潛水鐘以及1艘高壓救生艇;船首左舷位置安裝一套具備應(yīng)急回收能力的潛水鐘回收釋放系統(tǒng)。

6 小結(jié)

白航式多功能海洋工程作業(yè)船是針對中深水油氣田開發(fā)而設(shè)計.該船綜合了多種專業(yè)工程船的優(yōu)點，將多種功能集成化，實現(xiàn)一船多用。隨著深水工程向高技術(shù)、高效率、高集成化發(fā)展，性能先進、適應(yīng)性強、經(jīng)濟性好的多功能作業(yè)船舶，將會受到用戶的歡迎。

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