淺談某半潛式鉆井平臺(tái)極地作業(yè)改裝設(shè)計(jì)

徐方雄

摘 ? ?要：相比于普通海域作業(yè)，在極地寒冷區(qū)域作業(yè)對(duì)海洋工程裝備提出了更高的要求。本文簡(jiǎn)要介紹了我司承接的某半潛式鉆井平臺(tái)為滿足在極地寒冷區(qū)域作業(yè)要求而進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。其主要改裝內(nèi)容包括：提升平臺(tái)吊機(jī)的吊運(yùn)能力;擴(kuò)容生活區(qū);更換發(fā)電機(jī)組;增加防寒功能;達(dá)到零排放要求等。確保平臺(tái)在極地寒冷區(qū)域能夠正常作業(yè)，滿足相關(guān)規(guī)定。

關(guān)鍵詞：半潛式鉆井平臺(tái);極地作業(yè);改裝設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TE5 ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Compared with the ordinary sea area operation， the operation in the polar cold area puts forward higher requirements for marine engineering equipment. This paper introduces the modification design of a semi-submersible drilling unit in order to meet the operational requirements of polar cold areas. The main contents of the modification include increasing the lifting capacity of the platform crane， expanding and transforming living area， replacing the generator set， increasing the cold protection function， meeting the zero emission requirements， so as to ensure the normal operation of the platform in the polar cold area and meet the relevant regulations.

Key words： Semi-submersible drilling unit; Polar operation; Modification design

1 ? ? 前言

該平臺(tái)將在俄羅斯北極海域作業(yè)，根據(jù)作業(yè)區(qū)域及非作業(yè)窗口期避寒區(qū)域的氣候條件和特點(diǎn)，平臺(tái)現(xiàn)有防寒保溫措施不能滿足要求，且平臺(tái)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷不允許通過增加暖風(fēng)機(jī)達(dá)到寒帶作業(yè)供暖需求。經(jīng)過綜合評(píng)估，將平臺(tái)原有的三臺(tái)發(fā)電機(jī)組更換為功率更大的發(fā)電機(jī)組，并增設(shè)兩臺(tái)鍋爐，采用電伴熱或蒸汽加熱器的方式對(duì)管線、設(shè)備設(shè)施、工作區(qū)域等進(jìn)行加熱保溫。

2 ? ?平臺(tái)概況

該半潛式鉆井平臺(tái)于上世紀(jì)九十年代進(jìn)行了4600ft深水改造，現(xiàn)船東于2012年從美國鉆井承包商TRANSOCEAN購置，入美國船級(jí)社（ABS）和中國船級(jí)社（CCS）雙船籍。平臺(tái)由兩個(gè)浮箱、六個(gè)立柱、上部結(jié)構(gòu)和鉆臺(tái)組成：上部結(jié)構(gòu)的前部為兩層生活區(qū)，中部、后部為工作區(qū);直升飛機(jī)平臺(tái)位于平臺(tái)首部生活樓的頂部，可以起降12 t的直升機(jī);平臺(tái)最大作業(yè)水深1 402 m、最大鉆井深度7 620 m;采用錨泊定位方式。該平臺(tái)屬于第三代深水半潛式鉆井平臺(tái)，主要用于南海500～800 m水深海域的油氣勘探、開發(fā)等作業(yè)。

3 ? ?項(xiàng)目改裝工程內(nèi)容

3.1 ? 更換左、右舷吊機(jī)

平臺(tái)原有左、右舷吊機(jī)均已經(jīng)使用達(dá)20年，吊運(yùn)能力不能滿足使用要求，并且設(shè)備的故障率較高，影響到平臺(tái)物資吊運(yùn)和打井作業(yè)。按船東要求：將左、右舷吊機(jī)更換為吊運(yùn)負(fù)荷50 t的吊機(jī);吊機(jī)休息臂的位置按新吊機(jī)的要求調(diào)整;對(duì)吊機(jī)座結(jié)構(gòu)和吊機(jī)休息臂結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

吊機(jī)更換方案的重點(diǎn)是：保證吊機(jī)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求進(jìn)行吊運(yùn)作業(yè)，并且吊機(jī)座結(jié)構(gòu)和船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能滿足吊機(jī)最大吊運(yùn)負(fù)荷要求。

吊機(jī)更換方案的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：（1）新加結(jié)構(gòu)需考慮與原結(jié)構(gòu)的連接，原結(jié)構(gòu)保留界限影響到多個(gè)方面;（2）因部分電纜不能移動(dòng)，原結(jié)構(gòu)保留界限受限，增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，同時(shí)也增加施工難度;（3）吊機(jī)休息臂位置受到其它設(shè)備限制，增加了布置位置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。

3.2 ? 擴(kuò)容生活區(qū)

全船定員由原來的120人增加到150人。為增加鋪位，一樓生活區(qū)需重新布置，并增加生活集裝箱;同時(shí)，原污水處理裝置也不能滿足要求，需將原污水處理裝置拆除，在原位置安裝能滿足定員150人的新污水處理裝置。

（1）生活區(qū)及配電間的中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)改裝

平臺(tái)原有的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)使用達(dá)20年以上，尤其因壓縮機(jī)露天放置使設(shè)備陳舊老化，制冷效果降低;并且空調(diào)處理器設(shè)置于生活區(qū)內(nèi)，不但產(chǎn)生噪音干擾，而且擠占了生活區(qū)空間，妨礙了平臺(tái)升級(jí)改造后增加乘員人數(shù)的要求;另外，原生活區(qū)中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)沒有冬天采暖功能，不能滿足寒冷海域作業(yè)的防寒保暖要求。

新中央空調(diào)系統(tǒng)改裝設(shè)計(jì)重點(diǎn)： 既要滿足生活區(qū)及配電間的夏天供冷降溫及生活區(qū)的冬天供暖防寒的要求，又要確保空調(diào)設(shè)備的安裝位置有足夠的安裝空間，并確保從柴油機(jī)高溫冷卻水采熱供暖后不會(huì)影響柴油機(jī)的正常使用。

新中央空調(diào)系統(tǒng)改裝設(shè)計(jì)難點(diǎn)：① 新空調(diào)器安裝位置的空間受限，不利于新空調(diào)器冷凝水的排放，且進(jìn)風(fēng)口與外圍艙壁的回風(fēng)管連接困難;② 利用柴油機(jī)高溫冷卻水對(duì)生活區(qū)供暖;③ 風(fēng)管的布置及安裝相當(dāng)困難。

經(jīng)過與船方交流和現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，確定生活區(qū)及配電間的新中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的改裝方案如下：

① 為減小空調(diào)對(duì)生活區(qū)空間的影響，將原風(fēng)冷式空調(diào)機(jī)組整體拆除，更換為水冷式空調(diào)機(jī)組。

中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備配置：由三臺(tái)水冷式壓縮機(jī)組（二用一備）制冷，間接冷卻冷媒水，然后由二臺(tái)冷媒水泵（一用一備）送至服務(wù)于生活區(qū)的二臺(tái)空調(diào)處理器和服務(wù)于配電間二臺(tái)空調(diào)處理器（一用一備），以實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)生活區(qū)和配電間進(jìn)行夏天輸送冷風(fēng)降溫。三臺(tái)水冷式壓縮機(jī)組及2條冷媒水泵安裝于生活區(qū)外的左舷1#立柱下一層內(nèi)，將該區(qū)域原來的貨架拆除，并對(duì)甲板面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng);

② 在機(jī)艙內(nèi)增加一臺(tái)熱水供給泵，將柴油機(jī)高溫冷卻水的一部分泵至服務(wù)于生活區(qū)的二臺(tái)空調(diào)處理器內(nèi)的加熱盤管，以實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)生活區(qū)進(jìn)行冬天采暖送風(fēng)。

（2） 生活區(qū)黑灰水管線改裝

平臺(tái)生活區(qū)之前的設(shè)計(jì)是兩個(gè)房間共同使用一個(gè)衛(wèi)生間。為了改善船員生活條件，改裝后每個(gè)房間都設(shè)置了獨(dú)立的衛(wèi)生單元，黑灰水系統(tǒng)也進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)：將醫(yī)務(wù)室的黑灰水直接接入黑水總管，以便將可能帶有病菌的水直接進(jìn)入生活污水處理裝置處理;將原來的1#鹽水艙改為污水收集艙，用來收集經(jīng)過生活污水處理裝置處理后的污水，并利用原鹽水泵將污水定期泵入駁船帶到陸地上處理，減少了對(duì)海洋環(huán)境的影響;對(duì)平臺(tái)灰水排放設(shè)置了兩個(gè)可選出口，可在零排放控制區(qū)域進(jìn)入污水處理裝置，最終帶到陸地處理，也可在非零排放控制區(qū)域直排。

3.3 ? 更換發(fā)電機(jī)組

發(fā)電機(jī)組是平臺(tái)最核心的設(shè)備之一，為平臺(tái)所有動(dòng)力設(shè)備提供電源，其工作性能的好壞直接影響到平臺(tái)的正常作業(yè)。為適應(yīng)新的作業(yè)任務(wù)，將平臺(tái)原有三臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組（EMD MD16E8，MCR：1 400 kW、900 r/min），更換為Wartsila 8L26，MCR：2 600 kW、900 r/min。按照二用一備設(shè)計(jì)。

（1）原發(fā)電機(jī)組為EMD柴油機(jī)，機(jī)組重量每臺(tái)33.4 t;新發(fā)電機(jī)組為瓦錫蘭柴油機(jī)，機(jī)組重量每臺(tái)45 t。柴油發(fā)電機(jī)組基座按新發(fā)電機(jī)組重新設(shè)計(jì)，船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按需要進(jìn)行加強(qiáng)并計(jì)算強(qiáng)度（見圖1）;

（2）發(fā)電機(jī)組的正常工作離不開輔助系統(tǒng)的支持，所有輔助系統(tǒng)均需重新設(shè)計(jì)。主要包括：燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、啟動(dòng)空氣系統(tǒng);

（3）由于將風(fēng)冷的發(fā)電機(jī)組更換為水冷，并在機(jī)艙內(nèi)增加一些設(shè)備，所以機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)。但為了降低建造成本，在不更換原來三臺(tái)抽風(fēng)機(jī)、三臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)運(yùn)行（平臺(tái)發(fā)電機(jī)組是兩用一備的配置，但船方考慮到未來可能會(huì)進(jìn)行其它改造增加電力負(fù)荷，再增設(shè)一臺(tái)發(fā)電機(jī)組）的基礎(chǔ)上進(jìn)行通風(fēng)計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果確認(rèn)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)改裝方案，將原來3臺(tái)92 140 m3/h送風(fēng)機(jī)更換為3臺(tái)75 000 m3/h送風(fēng)機(jī)，原來三臺(tái)抽風(fēng)機(jī)不變。

3.4 ? 改善防寒功能

冰區(qū)惡劣的作業(yè)環(huán)境，不僅對(duì)平臺(tái)本身是巨大的考驗(yàn)，同時(shí)對(duì)作業(yè)人員也面臨著寒冷的威脅。因此平臺(tái)在原有基礎(chǔ)上增加供暖系統(tǒng)，新裝了2臺(tái)鍋爐、26臺(tái)蒸汽暖風(fēng)機(jī)、1臺(tái)送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口蒸汽空氣換熱器等加熱設(shè)備，對(duì)鉆臺(tái)、散裝艙、泥漿泵房、應(yīng)急發(fā)電機(jī)房等20多個(gè)艙室進(jìn)行加熱。

另外，平臺(tái)作業(yè)海域環(huán)境最低環(huán)境溫度為-10℃，因此需要對(duì)介質(zhì)淡水、海水、泥漿和空氣等室外的管線進(jìn)行加熱，防止結(jié)冰堵塞。所涉及的系統(tǒng)包括：主海水系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、低壓泥漿系統(tǒng)、高壓泥漿系統(tǒng)、服務(wù)空氣系統(tǒng)、鉆井水系統(tǒng)、鉆井冷卻水系統(tǒng)、飲用水系統(tǒng)、黑水及灰水系統(tǒng)、甲板污水收集系統(tǒng)，以及鉆井阻流、鉆臺(tái)阻流、壓井、立管、固井相關(guān)管系等;另外，對(duì)計(jì)量罐、BOP張力器高壓氣瓶、鉆臺(tái)液壓泵房?jī)蓚€(gè)液壓油柜、吊車液壓油柜也安裝了伴熱帶。

系統(tǒng)采用電伴熱帶防寒，溫度維持在50℃左右。根據(jù)區(qū)域情況，將伴熱帶用耐高溫玻璃纖維帶固定到管路上，測(cè)試之后安裝保溫層，然后在最外層用不銹鋼薄板包扎固定;另外，兩個(gè)淡水艙增設(shè)了循環(huán)加熱系統(tǒng)，包括一臺(tái)循環(huán)泵及一個(gè)電加熱器，并設(shè)置了溫度開關(guān)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3.5 ? 實(shí)現(xiàn)零排放

為了減少平臺(tái)作業(yè)期間對(duì)環(huán)境的污染，滿足船旗國及國際海事組織防污染公約要求，需要對(duì)生活污水處理系統(tǒng)和艙底水系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到零排放的目的。系統(tǒng)改造包括的主要設(shè)備有：2臺(tái)艙底水駁運(yùn)泵、艙底水收集柜、污油收集柜、油水分離柜集柜、油水分離器、污油水駁運(yùn)泵等。

平臺(tái)在運(yùn)營過程中，甲板面或部分艙室地面難免產(chǎn)生油污，所以在整個(gè)甲板區(qū)域增設(shè)了很多地漏，確保無死角的將各層甲板的含油雨水等順利流入油水分離柜;艙底水經(jīng)艙底水駁運(yùn)泵進(jìn)入艙底水收集柜或直接進(jìn)入油水分離柜，含油污水在油水分離柜內(nèi)進(jìn)行重力分離，上層油污通過溢流管進(jìn)入污油收集柜內(nèi)，再由污油泵定期排放至駁船帶到陸地上做進(jìn)一步處理。在零排放控制區(qū)域，下部含油量較少的艙底水也通過污油泵定期排放到駁船;在非零排放控制區(qū)域，含油量較少的污水也可通過污水處理裝置處理后直接排入大海。

污油柜的污油水經(jīng)污油水駁運(yùn)泵泵入油水分離器處理，分出的水進(jìn)入污水收集柜。污水收集柜及艙底水收集柜內(nèi)的液體需定期排放至駁船帶到陸地上做進(jìn)一步處理。通過零排放系統(tǒng)，平臺(tái)所有的廢水都未排放到海洋，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)海洋資源的有效利用和開發(fā)，又保護(hù)了海洋環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4 ? ?結(jié)束語

此次半潛式鉆井平臺(tái)極地寒冷區(qū)域作業(yè)改裝工程的順利完工，不僅增強(qiáng)了平臺(tái)的作業(yè)能力，使其在國際能源市場(chǎng)占有一席之地，而且取得了中國船級(jí)社以來第一個(gè)冰區(qū)作業(yè)證書。同時(shí)也是我司改造的第二座進(jìn)入俄羅斯遠(yuǎn)東鉆井服務(wù)市場(chǎng)的鉆井平臺(tái)，為貫徹國家“一帶一路”政策、建設(shè)海上絲綢之路，以及開拓國際市場(chǎng)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

參考文獻(xiàn)

[1]楊艷，苑毅. 北海半潛式鉆井平臺(tái)輪機(jī)管路設(shè)計(jì)[J]. 船舶工程， 2015?? ? （S2）：123-125.

[2]楊文猛. 冰區(qū)航行船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)的要求探析[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，? ? ?2016（4） ：144-146.

[3] 何吉飛. 半潛式鉆井平臺(tái)電伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 船舶標(biāo)準(zhǔn)化工? ? ? 程師， 2018，51 （5） ：27-29，46.