全回轉(zhuǎn)拖輪輔助自升式平臺就位技術在復雜海底條件下的應用

和鵬飛，趙業(yè)新

(1．中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津300452;2．中國石油集團海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部，天津300280)

0 引言

2010年渤海油田年產(chǎn)量突破3000萬t，成功躍升為全國第二大油田，其中以SZ油田為代表的老油田功不可沒。但隨著油田開發(fā)的不斷深入，區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)平臺、作業(yè)設施以及海底管線極其密集，這給后期自升式平臺靠生產(chǎn)平臺作業(yè)帶來極大挑戰(zhàn)。近年來，渤海油田也進行了相關技術研究，形成了導管架帶纜等技術，但是這些均仍屬于錨泊定位范圍，由于自升式平臺不具備自航能力，這些技術在一些就位條件更為復雜的區(qū)域不能夠有效地解決自升式平臺就位問題。由此采用動力定位技術來替代錨泊定位的技術由此而生。本文以海洋石油282就位SZWHPN平臺為例，在對就位難點詳細介紹的基礎上，優(yōu)化自升式平臺就位方案、拋錨方案，首次采用全回轉(zhuǎn)拖輪輔助實現(xiàn)自升式平臺就位。

1 技術背景與難點分析

1．1 作業(yè)背景

SZ－WHPN平臺建有5×7共35個井槽，是SZ油田綜合調(diào)整作業(yè)的主戰(zhàn)平臺，其中前期由渤海四號平臺進行了9口井的表層、7口井的二開作業(yè)，后續(xù)計劃由WHPN平臺新建鉆修機+海洋石油282支持平臺進行作業(yè)，海洋石油282平臺提供人員食宿以及泥漿泵等循環(huán)系統(tǒng)工程支持。

WHPN平臺鉆完井設備設計為“4000 m井架式修井機”(4000 m鉆機提升系統(tǒng)，HXJ135型修井機配套設備)，滿足鉆完井作業(yè)條件的多功能支持平臺須達到以下條件:

(1)120人以上的住宿及相關的配套設施;

(2)2臺F－1600型泥漿泵及配套的泥漿池(200 m3以上)、固控設備、配漿系統(tǒng);

(3)能滿足擺放固井機具的場地及灰罐;

(4)場地能滿足完井防砂設備的擺放要求;

(5)為WHPN平臺設備提供2000 kW的電力;

(6)為鉆完井作業(yè)提供海水4 m3/min;

(7)提供行人及管線棧橋等。

通過對渤?，F(xiàn)有平臺做資源能力調(diào)研，結果顯示海洋石油282能滿足對WHPN平臺的作業(yè)支持。

1．2 就位環(huán)境與難點

WHPN平臺周邊存在較多生產(chǎn)平臺(圖1)，同時海底存在大量管線、電纜。其中西北側(cè)有CEPF平臺，東側(cè)有CEPN和CEPO兩座平臺，相互間有棧橋連接。管線方面，WHPN平臺東側(cè)有去往其他平臺的多條管線距離WHPN平臺西側(cè)約70～100 m、北側(cè)有去往WHPG平臺的注水管線等距離WHPN平臺北側(cè)30～60 m。因此，既要保證就位的操作性又要實現(xiàn)海洋石油282平臺與WHPN平臺的棧橋連接，WHPN平臺南側(cè)為唯一就位區(qū)域。但是海洋石油282平臺在WHPN平臺南側(cè)就位時，仍無法實現(xiàn)常規(guī)的各錨纜與平臺艏向中心線成45°夾角600 m出錨長度的布錨方式，除WHPN平臺東南側(cè)可布錨外，其他3個方向均受到平臺及管線的影響。

圖1 WHPN平臺周邊環(huán)境示意圖

2 技術思路與作業(yè)措施

2．1 優(yōu)化就位方案

根據(jù)上述情況，海洋石油282就位WHPN平臺南側(cè)可形成2種就位方案:尾靠和側(cè)靠。尾靠即海洋石油282平臺艏向與WHPN平臺結構北成180°夾角，船艉貼近WHPN平臺南側(cè)，搭接棧橋支持作業(yè)，如圖2所示。側(cè)靠即海洋石油282平臺艏向與WHPN平臺結構北方向成垂直夾角靠近。

進一步分析2種方案可知，如果執(zhí)行尾靠方案，海洋石油282平臺需要將懸臂梁外推13 m以騰出甲板空間，啟動200人生活模塊，如此艉距較遠，不便于棧橋的搭接。此外，考慮到海洋石油282平臺右舷自帶有固定可伸縮式棧橋以及側(cè)靠后船體一側(cè)方便三用工作船拋錨、掛纜上下物料，決定采用側(cè)靠方案，如圖3所示。

圖2 海洋石油282尾靠方案示意圖

圖3 海洋石油282側(cè)靠方案示意圖

最終就位方案設計如下:船艏向及偏差為294°+2°，以“海洋石油282”平臺右舷梯子固有旋轉(zhuǎn)軸為測量點，N平臺東南角向左14.4 m為目標點;縱向距及偏差為12±1 m范圍;與平臺最短距離為7.6 m;橫向偏差為+1 m;棧橋搭在WHPN平臺的中層甲板。

2．2 優(yōu)化布錨方式

鑒于就位環(huán)境條件，海洋石油282平臺就位時無法實現(xiàn)常規(guī)布錨方式，對出錨角度和出錨長度調(diào)整，在滿足作業(yè)要求的前提下盡量遠離海底管線，最終優(yōu)化布錨方式為:左前錨與船體中心線夾角為69°，錨纜出500 m，距CEP到F電纜最近101 m;左后錨30°，錨纜出450 m，距CEPO到E海管最近距離120 m;右前錨拴在井口平臺樁腿上，與艏向成70°角;右后錨栓在CEPN平臺樁腿上，與艏向成34°角，如圖4所示。

圖4 海洋石油282就位布錨方案

對于右前、右后錨栓掛導管架平臺樁腿，進行可行性調(diào)研及受力校核。右前錨纜和WHPF導管架水平方向夾角為66°左右，垂向夾角為86°左右。右后錨纜和CEPN導管架水平方向夾角為97°左右，垂向夾角為86°左右，如圖5所示。帶纜點位置均在導管架泥面以上37.4 m左右;錨纜材質(zhì)為鋼絲繩，和樁腿的作用面積為0.128 m2左右，計算最大拉力120 kN，校核導管架樁腿附加外應力能力，可滿足120 kN受力，方案可行。同時，對本油田導管架帶纜作業(yè)情況進行調(diào)研，如表1所示。

圖5 導管架帶纜角度變化示意圖

表1 綏中36－1區(qū)塊導管架樁腿帶纜統(tǒng)計

2．3 采用全回轉(zhuǎn)拖輪

海洋石油作業(yè)平臺分半潛式和自升式，自升式平臺主要適用于水深較淺的作業(yè)區(qū)域，一般使用錨泊定位方式，但是WHPN平臺南側(cè)區(qū)域海管和海纜較多，點樁初就位掛碰海管和海纜風險較大，此外本次就位屬于側(cè)靠方式，就位精度要求高，對于HYSY282此類無自航能力的平臺來說，就位的操作空間極小，如果采用普通主拖船，可控的安全距離也較小，操作不慎即有碰撞導管架平臺或者就位精度較差無法滿足作業(yè)的風險，因此單純的錨泊就位方式不能滿足此次就位作業(yè)。

一般自升式平臺拖航、就位作業(yè)時，主拖船主要提供大馬力、起拖帶作用(通常動力大于5880 kW)，實現(xiàn)在平臺未達到抗自然風險條件下的動力控制，一般在平臺達到完全自行站立能力之后才解主拖船。在自升式平臺就位過程中，尤其是精就位時，主拖船保持動力，在出現(xiàn)復雜情況的必要時間迅速將平臺托離就位區(qū)域，即只負責自升式平臺與導管架碰撞的風險把控，對精就位過程主動作用較小(見圖6)。

圖6 常規(guī)就位方式以及主拖船作用示意圖

因此，本次就位過程中的主拖船既要充當碰撞風險控制功能，又要起輔助就位作用。鑒于此，在優(yōu)化就位方案、布錨方案的基礎上，參考狹小港口區(qū)域內(nèi)的大型船舶拖帶以及轉(zhuǎn)向作業(yè)，在本次就位中嘗試使用全回轉(zhuǎn)拖輪。全回轉(zhuǎn)拖輪自20世紀80年代以來廣泛地應用于港口作業(yè)，特別是港口內(nèi)部的大型船舶調(diào)頭，大船靠離泊等。該類型拖輪螺旋槳可在360°范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向靈活，旋回圈小，并可以在原地打轉(zhuǎn)。通過該類型拖輪的應用，可實現(xiàn)受限區(qū)域內(nèi)的拖航，避免常規(guī)主拖拖輪只能進退的問題。根據(jù)經(jīng)驗，當風速＜15 m/h，流速＜0.5節(jié)時，按總噸位的11%或者載重量的7.4%計算所需拖輪的功率和數(shù)量［6］。渤海拖船資源最終確定全回轉(zhuǎn)拖輪“德濱”和“滬救19”輔助就位(參見表2)。首次提出在自升式平臺完成站立前解主拖船，由主拖船拖帶至WHPN平臺南側(cè)600 m左右點樁完成，解主拖船后由2條全回轉(zhuǎn)拖輪拖帶至WHPN平臺南側(cè)150 m左右點樁完成第二次初就位。

表2 全回轉(zhuǎn)拖輪數(shù)據(jù)

3 應用效果

海洋石油282平臺首先由常規(guī)主拖拖輪濱海286拖航進場，在距離WHPN平臺南側(cè)300 m處，軟插樁，解主拖龍須鏈后，全回轉(zhuǎn)拖輪“德濱”帶右前就位纜，另一條全回轉(zhuǎn)拖輪“滬救19”帶右后纜，然后進行初就位作業(yè)。最終在距離WHPN平臺106 m處完成初就位，進行拋錨作業(yè)，WHPF平臺東南側(cè)樁腿帶右前錨纜和CEPN平臺西北側(cè)樁腿帶右后錨纜，副拖拋左前和左后錨，拉力和抓地試驗。精就位作業(yè)，最終海洋石油282順利就位WHPN平臺，就位數(shù)據(jù):縱向距離10.076 m，橫向偏左0.817 m。

4 結語

通過對海管海纜密布的復雜區(qū)域常規(guī)自升式鉆井平臺就位技術的限制因素分析，提出改進型就位技術并應用。如果布錨受海管海纜或者生產(chǎn)平臺限制，可通過對該生產(chǎn)平臺導管架樁腿受力校核，考慮導管架掛纜技術解決此類問題。實踐表明，通過對布錨角度和出錨長度的調(diào)整，保證拋錨點距離海管海纜徑向160 m及以上時，對于可能的走錨等風險是可控的;對于就位區(qū)域生產(chǎn)平臺、海管海纜密布，就位方式非常規(guī)的情況，全回轉(zhuǎn)拖輪因其360°自由轉(zhuǎn)向、操作靈活的特點，可有效避免常規(guī)拖輪只能進退而帶來的潛在風險。這對于渤海以及其它淺水海域相關就位作業(yè)有良好的指導意義和借鑒作用。

［1］ SY/T10035－2000，鉆井平臺拖航與就位作業(yè)規(guī)范［S］．

［2］ 方長傳．自升式鉆井平臺調(diào)整井作業(yè)精確就位技術研究與應用［J］．中國海上油氣，2013，25(4):42 －45．

［3］ 李云海，劉建洲．全回轉(zhuǎn)拖輪在天津港的應用［J］．天津航海，2004，(3):8 －9．

［4］ 馮志東．全回轉(zhuǎn)拖輪的應用［J］．天津航海，2003(4):3 －4，8．

［5］ 李凱寶．近海石油自升式鉆井平臺拖航作業(yè)操作淺析［J］．天津航海，2009，(2):9 －10．

［6］ 劉貴亮．船舶操作中拖輪的運用［J］．航海技術，2008，(2):31－32．