自升式平臺的作業(yè)風險分析及其應對措施

陳瑞寶，張 鵬，高連燁，穆勝軍

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務分公司 天津300452)

0 引 言

自升式平臺作業(yè)于海洋石油平臺區(qū)域，因此在海上作業(yè)期間對于其節(jié)能環(huán)保有明確要求。在滿足節(jié)能要求的同時，針對平臺作業(yè)的多樣性，同時考慮作業(yè)區(qū)域復雜的海況和海底情況，研制一套平臺狀態(tài)監(jiān)測裝置，既能滿足節(jié)能需求，又能進行作業(yè)風險分析，對可能存在的風險實現(xiàn)提前預警。

1 背景介紹

自升式平臺是一種具備自升能力的平臺，配備了樁腿及升降裝置，可以沿著樁腿升降來實現(xiàn)操作高度的變化以適應不同的作業(yè)水深和氣隙的要求。目前，自升式平臺已經(jīng)廣泛應用于鉆修井作業(yè)、海上作業(yè)支持、海上生活支持、海洋牧場、海上風電安裝、海上救助打撈等領域。

中海油能源發(fā)展采油服務公司運營的國內(nèi)首座海上移動式試采平臺，由勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院設計，具備修井、試油、試采、油氣分離、原油儲存和外輸?shù)裙δ埽谶呺H油田的開發(fā)中體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢，極大地提升了邊際油田的邊際效益。該平臺主要數(shù)據(jù)見表1。

表1 平臺主要數(shù)據(jù)Tab.1 Platform key data

續(xù)表1

2 自升式平臺面臨的作業(yè)風險

自升式平臺的舉升采用了四樁腿式電動齒輪齒條式升降系統(tǒng)。平臺專注于邊界油田的開發(fā)，具備修井作業(yè)、預處理及原油儲存處理等復合功能?？紤]到作業(yè)區(qū)域的特殊性及作業(yè)人員有限，海上平臺對于節(jié)能環(huán)保要求較高，在保證設備穩(wěn)定可靠運行的同時，需要盡量降低能耗。而邊際油田大多海底情況未知因素多，在就位、站樁、預壓載、拔樁等作業(yè)環(huán)節(jié)中面對的突發(fā)情況也較多，因而出現(xiàn)風險的概率也會比較大。根據(jù)以往的作業(yè)經(jīng)驗，提出自升式平臺的潛在風險及應對措施。

2.1 平臺樁靴姿態(tài)及入泥深度計算

根據(jù)平臺的作業(yè)特點，在漂浮、插拔樁、壓載、升降等作業(yè)過程中，結(jié)合升降系統(tǒng)工作狀態(tài)、漂浮平臺吃水、氣隙及海水深度的相互關系，實時計算并跟蹤平臺作業(yè)狀態(tài)，自動計算各個樁腿入泥深度。

2.2 平臺傾斜監(jiān)視及保護

自升式平臺定位于某一油田準備插拔樁前，必須進行壓載調(diào)整，移動可變載荷保證平臺負荷均勻分布，使平臺處于水平狀態(tài)，便于樁腿鉛直下垂，所以在調(diào)載的過程中要實時監(jiān)測平臺漂浮狀態(tài)下的傾斜度，及時調(diào)整配載。

2.3 升船氣隙的監(jiān)視

自升式平臺在站立作業(yè)的過程中要一直保持海洋平臺的底面高于海平面。通常我們定義平臺底部到海平面的距離為氣隙。自升式平臺的氣隙通常受升船高度及波浪影響，氣隙過高和過低都會造成潛在不安全，因而持續(xù)跟蹤氣隙變化并預設超限報警，不僅可以便利作業(yè)，也可為平臺作業(yè)安全提供保障。

2.4 平臺與井口位置的監(jiān)測及跟蹤

海洋石油平臺的就位分為粗就位階段和精就位階段，精就位要求平臺艉部離開支持井口(平臺)最近距離為(2.1±0.5)m。為確保平臺在就位過程和升降過程以及生產(chǎn)過程中平臺與井口的安全，避免碰撞，平臺與井口的距離監(jiān)測十分有必要和有意義。

3 平臺就位及站立

3.1 就位

為保證鉆機有足夠的覆蓋面積，一般作業(yè)平臺皆需要盡量靠近井口平臺，在井口比較多的情況，作業(yè)平臺與井口平臺間需要達到厘米級別方能達到標準。就位也會牽涉升降裝置、拖船、輔助錨機等協(xié)調(diào)配合問題。為了使整個精就位過程可視、可控，平臺可配備就位輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)通過兩個激光＋視頻監(jiān)視組成，在視頻輔助的情況下遠程對井口目標進行瞄準，通過兩組件的示值判斷專業(yè)平臺與井口平臺目標的相對距離及方位，結(jié)合樁腿的適時下放，實現(xiàn)就位目的。

3.2 滑樁監(jiān)控

在一些海底情況相對復雜的作業(yè)現(xiàn)場，如有多種不同平臺多次作業(yè)海底腳印(footprint)錯綜復雜，或海底巖層結(jié)構相對復雜，作業(yè)平臺在就位后隨樁靴載荷的增加會有滑樁風險。在滑樁出現(xiàn)時，平臺需要多次收放樁腿做壓樁嘗試，如仍不能避免滑樁，則需要重新選擇平臺就位的位置。平臺配備的就位輔助系統(tǒng)，在作業(yè)過程中會對井口平臺的規(guī)定目標進行連續(xù)監(jiān)控和跟蹤，在出現(xiàn)位置/位移變化時會主動進行預警，及時警示值班人員采取應對措施。

4 插樁及預壓載

4.1 RPV監(jiān)控及報警

RPV為Racking Phase Difference的縮寫。近些年設計的平臺，為了考慮在拖航時有更小的吃水，以適合水深相對比較小的海域作業(yè)，在拖航時樁靴都需要收回到內(nèi)部或極限位置。

RPV指示是各個樁腿相對于平臺的實際位置。RPV值可以二次運算成樁靴相對船體的位置，在RPV達到一定數(shù)值后，監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)出報警信號機停止命令，避免造成碰撞事故。在相對較深的水域舉升平臺時，通過 RPV的監(jiān)控也可以提出預警，避免平臺被舉升到樁腿頂部的非安全區(qū)域。

4.2 RPD監(jiān)控及報警

RPD為 Racking Phase Difference的縮寫，為一根樁腿不同齒條之間的相位差，單位 cm。RPD的值對應樁腿與平臺的垂直度，RPD值過大預示狀態(tài)齒條板與安裝在固樁架及船體的導板距離過近，導致樁腿與船體的摩擦加劇而影響升降作業(yè)。一般在就位放樁后要對 RPD進行檢查，超限后需要重新放樁，避免平臺升到一定高度因摩擦加劇不能繼續(xù)升船。

4.3 插樁及入泥

平臺在就位后，需要插樁，使樁靴及樁腿插入海床。在平臺設計階段，設計公司會根據(jù)平臺最大的入泥深度，反向工程確認樁靴大小及承載力、樁腿強度、沖樁管線的大小及噴嘴的布置、沖樁泵的壓力及排量等。在實際的使用過程中，因為平臺需要從樁靴獲取足夠的反支撐力，入泥深度一般是不可控的，隨低層不同而不同。

4.4 預壓載

平臺就位后，需要進行預壓載，使得樁靴承載力大于作業(yè)需要的最大載荷。預壓載也是平臺最危險的作業(yè)，此時易出現(xiàn)滑樁、穿刺及其他樁靴下穿速度不同而造成的作業(yè)風險。

4樁腿平臺的預壓載采用船體重量對角壓樁，或?qū)菈簶督Y(jié)合壓載水的方式進行。由于地層的承載力不同，被壓樁沉降的速度也不同，沉降速度的不同也會造成船體傾斜，故存在潛在風險。

4.5 穿刺風險

在自升式平臺作業(yè)的區(qū)域，一般會經(jīng)過取芯及地質(zhì)調(diào)查取得海底地層承載力的數(shù)據(jù)，但穿刺事故仍會時有發(fā)生。

穿刺事故是指樁靴坐落于表面堅硬內(nèi)部松軟的地層(也稱蛋殼)，導致樁腿快速下沉而造成平臺發(fā)生傾斜的事故。穿刺事故通過良好的操作規(guī)程會有所降低，包括：良好的地質(zhì)調(diào)查信息；預壓載應該采取良好的、循序漸進的策略，有足夠的靜候時間；預壓載時，要選擇涌浪較小的天氣，使船體保留與水面最小的距離，即使出現(xiàn)穿刺也可把對平臺及樁腿的影響降低到最小，不會出現(xiàn)平臺傾覆等惡性事故。

4.6 傾斜監(jiān)控

在平臺底部離開水面的壓載過程中，因為樁腿仍會有入泥變化而導致平臺水平的變化，所以在預壓載過程中，傾斜監(jiān)控尤其重要。傾斜監(jiān)控裝置可以為操船人員指明船體的傾斜角度及方向，并具備報警及停止某方向升降的功能。操船人員可以根據(jù)最大的傾斜角度通過升降裝置對平臺水平隨預壓載進行跟蹤調(diào)節(jié)，從而保證平臺的安全。

5 升降作業(yè)

良好的站樁及預壓載是升降順利的前奏。但因為地層的不可預見因素，站樁往往不完美，即可能個別樁腿會出現(xiàn)比較大的RPD值而造成樁腿與導板的劇烈摩擦。在實際操作中，往往需要調(diào)整船體的水平(帶固定傾斜角度)才能順利完成升降作業(yè)。在此種工況下，平臺的傾斜監(jiān)控尤其重要，升降過程中需要調(diào)整平臺的傾斜角度并兼顧問題樁升降裝置的負荷。

在移動式平臺作業(yè)時需要保留一定的作業(yè)氣隙，氣隙的大小主要基于以下考慮：作業(yè)平面的高度；潛水泵吸水管的最大允許高度；區(qū)域涌浪較大時拍打平臺底部的風險。

安裝氣隙監(jiān)控傳感器可有效地監(jiān)視在升降作業(yè)或平臺作業(yè)過程中氣隙的變化，輔助報警，避免事故的發(fā)生。連續(xù)監(jiān)控的氣隙值也可以在極惡劣天氣根據(jù)涌浪的高度，采用應對策略避免拍打平臺底部。

6 拔樁作業(yè)

平臺在設計上皆有設計入泥深度。平臺完成作業(yè)后離開前，需要拔樁、回收樁腿及拖航作業(yè)。

在近海作業(yè)尤其是渤海，由于海底的淤泥層很深，拔樁往往相對比較困難。主要原因：樁靴阻力大，平臺安全浮力不足以把樁靴拔起；沖樁泵壓力和排量不足，需要更長的時間進行沖樁；樁靴噴嘴數(shù)量及分布，在淤泥中容易阻塞，需要更長的時間把樁靴吸附層吹松；在淺水區(qū)為避免坐底，船體不能提供足夠的拔樁浮力。

在入泥可能比較深的區(qū)域就位前需要確定足夠的拔樁預案。

7 結(jié) 語

自升式平臺相對于其他型式的作業(yè)平臺在海洋石油作業(yè)中有著比較大的優(yōu)勢，在兼顧節(jié)能的同時，對于設備的穩(wěn)定性要求較高。但因其在作業(yè)中總是牽涉升降及壓載作業(yè)，在使用中也存在著一定的風險。嚴格遵循良好的作業(yè)規(guī)程并增加一些必要的監(jiān)控輔助裝置可以有效地降低作業(yè)風險的發(fā)生。