70 m作業(yè)水深自升自航式修井船設(shè)計(jì)方案

李駿，潘斌

1.中國(guó)船舶工業(yè)貿(mào)易公司，北京100048

2.上海交通大學(xué)，上海200030

70 m作業(yè)水深自升自航式修井船設(shè)計(jì)方案

李駿1，潘斌2

1.中國(guó)船舶工業(yè)貿(mào)易公司，北京100048

2.上海交通大學(xué)，上海200030

針對(duì)我國(guó)采用現(xiàn)有OSV平臺(tái)模式在為自升式平臺(tái)提供補(bǔ)給時(shí)存在的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性的不足，自行研制了作業(yè)水深70 m的自升自航式修井船，以期從根本上解決該問(wèn)題。文章介紹了新型修井船的功能和特點(diǎn)，新型修井船的主要設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)，新型修井船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其與國(guó)外同類(lèi)船的對(duì)比，新型修井船的總體布置，修井船配備的動(dòng)力及主要設(shè)備，修井船的經(jīng)濟(jì)性分析等。

自升自航式修井船；方案設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)性分析；自升式平臺(tái)

0 引言

自上世紀(jì)70年代第一艘自升式鉆井平臺(tái)問(wèn)世至今，我國(guó)已建造了40余艘自升式海上石油平臺(tái)。自升式石油平臺(tái)主要應(yīng)用于中淺海域，采用樁腿與工作平臺(tái)一體的設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要拖運(yùn)到預(yù)定的海域進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)。考慮到每次移行所需的時(shí)間和成本都比較高，自升式石油平臺(tái)通常只在特定的海域進(jìn)行作業(yè)，而平臺(tái)日常所需的柴油、淡水和開(kāi)采所需的水泥、泥漿等，則主要通過(guò)OSV（Offshore Supply Vessel）進(jìn)行運(yùn)輸。

針對(duì)上述我國(guó)采用現(xiàn)有OSV平臺(tái)模式在為自升式平臺(tái)提供補(bǔ)給時(shí)存在的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性的不足，自行研制了作業(yè)水深70 m的自升自航式修井船，以期從根本上解決該問(wèn)題（美國(guó)于1955年研制出第一艘自升自航式修井船，并應(yīng)用于墨西哥灣）。

我國(guó)現(xiàn)有的自升式石油平臺(tái)按照作業(yè)水深劃分，可以大致分為3個(gè)工作區(qū)間，分別為70 m以下、70～110 m、110 m以上，并且數(shù)量上也各約占三分之一（見(jiàn)表1）?？紤]到我國(guó)現(xiàn)有自升式石油鉆井和生產(chǎn)平臺(tái)的現(xiàn)狀，研制和開(kāi)發(fā)作業(yè)水深為70 m的修井船是當(dāng)務(wù)之急。

表1 按作業(yè)水深劃分的我國(guó)自升式鉆井平臺(tái)數(shù)量/座

1 新型修井船的功能和特點(diǎn)

新型修井船是針對(duì)我國(guó)70 m及以下作業(yè)水深的自升式鉆井平臺(tái)的補(bǔ)給與修井作業(yè)的需求，兼顧東南亞市場(chǎng)特別是馬來(lái)西亞和新加坡方面對(duì)70 m左右作業(yè)水深的修井船的需求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的。船上配備有200 t的起重設(shè)備和直升機(jī)平臺(tái)，可滿足渤海灣內(nèi)淺海油田，渤海、東海乃至東南亞地區(qū)的中淺海油田平臺(tái)的補(bǔ)給和修井作業(yè)需要。

自航修井船作為海洋工程船舶中的一類(lèi)，各大船級(jí)社都有針對(duì)其制訂的專(zhuān)門(mén)規(guī)范。本新型修井船是按照中國(guó)船級(jí)社（CCS）和美國(guó)船級(jí)社（ABS）頒發(fā)的現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)的，即符合中國(guó)船級(jí)社《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范》（2012版）、美國(guó)船級(jí)社《Mobile offshore drilling units》（2014版）、美國(guó)船級(jí)社《Lift Boat》（2014版）、IMO《海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則》（2009年版）的相關(guān)要求。

本新型修井船的船體呈三角形，帶有3個(gè)箱形樁腿，采用液壓式升降，艏艉各安裝有起重機(jī)，直升機(jī)甲板安排在艏部主甲板上的第三層位置。本船是一艘用于修井和試油作業(yè)的自升自航式修井作業(yè)船，可用于水深6~70 m范圍內(nèi)泥砂質(zhì)或類(lèi)似海底海域的油、氣、水井作業(yè)，適用于（直徑3.5in（90mm）的鉆桿粘成的）深度5 500 m以內(nèi)的直、斜井的大修和小修作業(yè)。

本新型修井船的設(shè)計(jì)除了保留了原淺水作業(yè)修井船的尺度小、造價(jià)低、具備自航功能的機(jī)動(dòng)靈活等特性外，還采用了自升式鉆井平臺(tái)的液壓式升降裝置，在海上作業(yè)時(shí)能快速將樁腿放置于海底，從而將船體迅速抬升上海面的新特性。在遇到風(fēng)暴的情況下，可迅速移航至安全的地點(diǎn)。此外，為了滿足修井船的固井、修井、補(bǔ)給等多方面的需求，新型的修井船還配置了直升機(jī)甲板，以實(shí)現(xiàn)人員和貨物的快速配置。

2 新型修井船的主要設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)

新型修井船的主要設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2、表3。

表2 新型修井船主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)

表3 新型修井船作業(yè)海區(qū)工況設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)

3 新型修井船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其與國(guó)外同類(lèi)船的對(duì)比

3.1 新型修井船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）考慮到新型修井船是基于渤海灣、東南亞等海域工作條件，以及海域6~70 m范圍內(nèi)泥砂質(zhì)或類(lèi)似海底海域的作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此船體采用單甲板、單底鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)，甲板拱梁為0.2 m。

（2）船舶主體為箱體結(jié)構(gòu)，由縱向艙壁和橫向艙壁把整個(gè)箱形主體劃分為不同用途的艙室，并具有很大的抗扭剛度。

（3）船舶主體的甲板、底部、舷側(cè)及縱艙壁全部采用縱骨架式結(jié)構(gòu)。甲板及底部的縱骨間距為0.55 m，舷側(cè)及縱艙壁的縱骨間距為0.5~0.55 m。由加強(qiáng)橫梁、加強(qiáng)肋骨和肋板構(gòu)成的橫向框架，采用三檔肋距，分別為1 850、2 275、2 300 mm。直升機(jī)甲板設(shè)置于船舶艏部，采用桁架結(jié)構(gòu)支撐。

（4）樁腿采用直徑3 m、壁厚5.7 cm的箱形結(jié)構(gòu)。樁柱外部采用液壓頂升裝置，內(nèi)部設(shè)有縱向桁材及撐桿，樁腿上等距排列有銷(xiāo)孔。

（5）船舶的結(jié)構(gòu)材料。樁腿采用高強(qiáng)度船用鋼（EH36級(jí)鋼），樁靴采用高強(qiáng)度船用鋼（DH36級(jí)鋼），主船體結(jié)構(gòu)及主甲板以上結(jié)構(gòu)采用一般強(qiáng)度船用鋼（B級(jí)鋼），型材采用一般強(qiáng)度船用鋼（A級(jí)鋼）。

3.2 與國(guó)外同類(lèi)船的對(duì)比

Montco Offshore公司于2012年建造了當(dāng)時(shí)最大的作業(yè)水深為85 m的LB ROBERT型修井船，A. K.SUDA公司于2014年建造完成了迄今為止最大的自升自航式SUDA 450 L3T型修井船，其最大的作業(yè)水深為112 m，見(jiàn)表4。

表4 本船與LB ROBERT、A.K.SUDA修井船技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

相比于世界上最先進(jìn)的這兩艘修井船，70 m水深自升自航式修井船通過(guò)將左舷和右舷的樁腿更靠近船尾的設(shè)計(jì)，使得平臺(tái)左右舷橫向以及樁腿的凹槽空間得以擴(kuò)展，獲得了更大的平臺(tái)開(kāi)放甲板面積；并通過(guò)增大船尾左右舷樁腿末端樁靴的尺寸，以及樁靴入土端構(gòu)成流線型，獲得了修井船在支撐狀態(tài)下的更大的穩(wěn)性和裝載能力，改善了其在自航狀態(tài)下艉部的流線型，改善了修井船的適航性能。

4 總體布置

（1）該新型修井船上共設(shè)置了6道橫向水密艙壁，3道縱向水密艙壁。主甲板以下從艉至艏依次為壓載水艙、舵機(jī)艙、機(jī)艙（機(jī)艙控制室）、發(fā)電機(jī)艙、循環(huán)泵及配套設(shè)備艙、壓載水艙、施工人員休息室、淡水艙、海水艙、燃油艙、壓載水艙（洗井液艙、壓井液艙）、壓載水艙。

（2）該船主甲板以上設(shè)有四層甲板。

第一，主甲板設(shè)備盡量布置在開(kāi)放甲板面積處，以滿足作業(yè)需要和安全規(guī)范的要求。主甲板自艏至艉大體可劃分為生活區(qū)和作業(yè)區(qū)兩部分。主甲板的生活區(qū)位于艏部，設(shè)有應(yīng)急發(fā)電機(jī)組艙、主機(jī)控制室和配電板艙室、公共洗浴區(qū)、職工生活區(qū)和干部生活區(qū)、廚房及倉(cāng)庫(kù)、冷藏倉(cāng)庫(kù)、散熱器艙室及登上駕駛甲板的通道。作業(yè)區(qū)位于艉部，設(shè)有1座大型懸臂梁起重機(jī)（和1座小型懸臂梁起重機(jī)）及其各自的支撐和鎖緊裝置、900 m2的開(kāi)放作業(yè)甲板（其上可布置修井模塊和油管堆場(chǎng)等）。船尾中部裝有1臺(tái)起重能力為200 t，回轉(zhuǎn)半徑為40 m的起重機(jī)，船首中間位置及船尾左右舷設(shè)有樁腿及升降系統(tǒng)，船首左右舷分別設(shè)有滿足安全規(guī)范要求的氣脹筏以及吊放式的救生艇，船中部左右舷設(shè)有錨和錨絞機(jī)等系泊設(shè)備。

第二，主甲板以上一層甲板設(shè)有104人（其中包括26個(gè)4人間）的住艙、公共活動(dòng)空間及主機(jī)和發(fā)電機(jī)組的散熱系統(tǒng)。二層甲板設(shè)有54人的住艙（其中包括10個(gè)1人間，20個(gè)2人間和1個(gè)4人間）、醫(yī)療室、通向樁腿和直升機(jī)甲板的通道及伸出主甲板艏部懸空支架上的直升機(jī)甲板。四層甲板設(shè)有駕駛室、海圖室、直升機(jī)控制及引導(dǎo)艙室。

5 修井船的動(dòng)力及主要設(shè)備

（1）推進(jìn)系統(tǒng)。本船的推進(jìn)系統(tǒng)為雙機(jī)全回轉(zhuǎn)雙槳和艏部推進(jìn)器。主機(jī)、齒輪箱和螺旋槳的型號(hào)、性能等如下：船用主機(jī)型號(hào)CAT 3516C，額定功率1 750 kW，額定轉(zhuǎn)速1 600 r/min，齒輪箱型號(hào)為杭齒前進(jìn)MA142，減速比5.06，螺旋槳為全回轉(zhuǎn)螺旋槳。

（2）船舶電站。該船設(shè)有4臺(tái)船用發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)備用發(fā)電機(jī)組。柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的型號(hào)、功率等如下：柴油機(jī)型號(hào)CAT 3516B，柴油機(jī)功率1 750 kW，額定機(jī)組功率1 700 kW，配發(fā)電機(jī)型號(hào)STAMFORDPM734，發(fā)電機(jī)組參數(shù)為三相、400V、50 Hz，備用發(fā)電機(jī)組500 kW。

（3）修井船的主要設(shè)備。主要包括樁腿升降系統(tǒng)、200 t懸臂梁式起重機(jī)、DP-1動(dòng)力定位系統(tǒng)、直升機(jī)助降系統(tǒng)。

第一，樁腿升降系統(tǒng)。樁腿升降系統(tǒng)采用GustoMSC公司生產(chǎn)的GHJ S-2650-HPE型液壓升降系統(tǒng)，升降系統(tǒng)為箱型結(jié)構(gòu)并安裝在配套的箱型樁腿外側(cè)，采用液壓鎖銷(xiāo)頂升形式傳動(dòng)，平臺(tái)抬升速度可達(dá)到21 m/h，而下降速度可達(dá)27 m/h。

第二，起重機(jī)。起重機(jī)采用RamMachineTooling Inc公司生產(chǎn)的RAM 200-120型繞樁腿式平臺(tái)起重機(jī)。該起重機(jī)的起重能力為200 t，臂長(zhǎng)36 m。

第三，動(dòng)力定位系統(tǒng)。采用KONGSBERG公司生產(chǎn)的K-POS DP1型動(dòng)力定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)平臺(tái)艉部?jī)蓚€(gè)調(diào)距槳和艏部推進(jìn)系統(tǒng)的集中控制，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在系泊狀態(tài)下，在以平臺(tái)中心為原點(diǎn)的、半徑為3 m的水域范圍內(nèi)的作業(yè)。

第四，直升機(jī)艦面及助降系統(tǒng)。直升機(jī)艦面及助降系統(tǒng)采用中船公司系統(tǒng)工程部研制的HDSS型艦面系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過(guò)燈光、導(dǎo)航雷達(dá)裝置，協(xié)助直升機(jī)著船和系留，并為艦面提供電源、氣源、水源、輔油供應(yīng)及維護(hù)保障設(shè)備。

6 修井船的經(jīng)濟(jì)性分析

新型修井船是根據(jù)潛在用戶的需求以及經(jīng)濟(jì)能力來(lái)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的，本船基于方案設(shè)計(jì)的總體造價(jià)估算見(jiàn)表5。

表5 70m自升自航式修井船的造價(jià)初步估算

相比于國(guó)際市場(chǎng)，新加坡船廠Triyards近日獲得了2艘72 m作業(yè)水深的BH300型自升自航式修井船（liftboat）訂單，總價(jià)約為1.12億美元。該修井船采用4個(gè)桁架式樁腿，升降裝置采用雙側(cè)式齒條，每套裝設(shè)12個(gè)齒輪。而我們研制的新型70 m作業(yè)水深的自升自航式修井船采用了3個(gè)箱式樁腿，升降裝置采用與箱式樁腿配套的液壓頂升裝置。新型修井船在設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，不但減少了一個(gè)樁腿的建造安裝成本，而且箱式樁腿的建造效率也較桁架式樁腿有一定的提高。此外，新型修井船上的直升機(jī)艦面系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)采用了國(guó)內(nèi)設(shè)備，提高了其經(jīng)濟(jì)性。

7 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)入2015年以來(lái)，國(guó)際油價(jià)振蕩下行，各海上石油生產(chǎn)企業(yè)均嚴(yán)格控制生產(chǎn)成本，兼具平臺(tái)供應(yīng)和居住等功能的70 m作業(yè)水深的自升自航式修井船，在功能和經(jīng)濟(jì)上均適用于我國(guó)、中東和東南亞地區(qū)的海上石油工程作業(yè)，是一種值得推廣使用的海上石油工程裝備。

[1]孫東昌，潘斌.海洋自升式移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2008.

Conceptual Design of Self-propelled and Self-elevating WorkoverLiftboat forWorking inWaterDepthof70 m

LiJ un1，PanBin2
1.China Shipbuilding Trading Co.，Ltd.，Beijing 100048，China
2.ShanghaiJ iaotong University，Shanghai200030，China

OSV platform used at present in China to provide supplies for self-elevating platform has disadvantages in economy and adaptability.Therefore，the development of a self-propelled and self-elevating workover liftboat forworking inwaterdepth of 70 m is brought forward.This paperintroduces the main design parameters，structural characteristics of the new type workover liftboat，and compares them with foreign similar kind of workover liftboats.The paper also illustrates the general layout of the workover liftboat，its power unit and othermainequipment，as wellas its economic analysis.

self-elevating and self-propelled workover liftboat；conceptual design；economic analysis；self-elevating platform

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.006

李駿（1979-），男，北京人，高級(jí)工程師，2001年畢業(yè)于上海交通大學(xué)船舶及海洋工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事船舶及海洋工程項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)和管理工作。

2015-01-20