一種自航式多功能海洋工程作業(yè)船的技術(shù)方案

張亮

摘 要：分析國(guó)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(diǎn)，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(dòng)力定位能力，可進(jìn)行水下施工作業(yè)、無鉆機(jī)修井作業(yè)、無鉆機(jī)封井和棄井作業(yè)、測(cè)井作業(yè)、水下遙控機(jī)器人、飽和潛水作業(yè)、對(duì)外消防等。該船在作業(yè)中機(jī)動(dòng)靈活，自持能力強(qiáng)，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(hào)：U662.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)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(yùn)行，我國(guó)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(guó)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(jì)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(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

2 母型船選擇

通過對(duì)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(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我司的使用經(jīng)驗(yàn)、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(jìn)方式：配備6臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)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(jìn)器、2套1 500 kW和1套880 kW軸隧式側(cè)向推進(jìn)器;具有DP3動(dòng)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(cè)井作業(yè)、水下遙控機(jī)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(duì)外消防等作業(yè)任務(wù)。

船舶主尺度及參數(shù)如下：

總長(zhǎng) ? ?163.71m

垂線間長(zhǎng) ? ?152.85 m

型寬 ? ?28.20m

型深 ? ?12.00 m

設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(huì)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(jī)升降平臺(tái);封閉式船首為錨機(jī)操作區(qū)域提供了保護(hù)，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(gè)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(tái)200 t主吊機(jī)，左舷布置1臺(tái)40t輔助吊機(jī);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(rùn)土罐的散裝罐室、泥漿實(shí)驗(yàn)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(gè)主機(jī)艙設(shè)在船首部?jī)上希總€(gè)機(jī)艙內(nèi)布置3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)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(jī)艙、首側(cè)推艙及邊艙及其上層建筑連接成一個(gè)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(jì)[5]，一人即可完成航行操作：駕駛室布置有前、后駕控臺(tái)、兩翼控制臺(tái)、海圖桌、安全控制臺(tái)及無線電控制臺(tái)，形成綜合的橋樓系統(tǒng)，滿足所有功能要求;后駕控臺(tái)間布置有兩套電控滑動(dòng)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(gè)、雙人間40個(gè)，均帶單獨(dú)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(huì)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(dá)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(jī)艙二平臺(tái)的配電室到最頂層居住甲板，均設(shè)置了高質(zhì)量的浮動(dòng)地板;舷側(cè)、露天圍壁及甲板、機(jī)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(chǎng)總線設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集箱分布于船上各個(gè)區(qū)域進(jìn)行收集和處理數(shù)據(jù)，然后通過現(xiàn)場(chǎng)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(cè)與故障分析系統(tǒng)、智能化管控平臺(tái)HMI、智能環(huán)境管理系統(tǒng)、船舶白動(dòng)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(bào)警信息，船員通過一個(gè)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(jī)，包括發(fā)電機(jī)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(hào)系統(tǒng)設(shè)備等。此外，還設(shè)置綜合報(bào)警盤，用作手動(dòng)關(guān)斷、啟動(dòng)消防設(shè)備以及重要報(bào)警信號(hào)的顯示。

5.2動(dòng)力定位系統(tǒng)

（1）動(dòng)力定位系統(tǒng)滿足中國(guó)船級(jí)社對(duì)DPⅢ的要求，定位環(huán)境指標(biāo)達(dá)到99.99.99;

（2）駕駛室后駕控臺(tái)配置有獨(dú)立的聯(lián)合操作單元，駕駛室兩翼控制臺(tái)和前駕控臺(tái)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(shí)現(xiàn)多方位聯(lián)合操作，比如靠港、航行等;

（3）系統(tǒng)利用擴(kuò)展的卡爾曼濾波器模型，可根據(jù)干擾等級(jí)和測(cè)量頻率實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波，從而獲取船舶首向和位置信息[9]，同時(shí)提供不同參照位置的最優(yōu)組合。如果失去所有位置測(cè)量，系統(tǒng)模型提供凍結(jié)計(jì)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(dú)立的系統(tǒng)，不同的處理系統(tǒng)只能針對(duì)單一的物料進(jìn)行儲(chǔ)存和輸送，造成部分儲(chǔ)存輸送設(shè)備的閑置，導(dǎo)致運(yùn)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(shí)現(xiàn)干散料和泥漿等各種固體、液體物料的兼容存儲(chǔ)、運(yùn)輸;可為2-3個(gè)油田提供散料及泥漿支持，是普通平臺(tái)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(jìn)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(shí)，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(jí)對(duì)外消防滅火能力，配備大排量水霧噴射裝置實(shí)現(xiàn)大火隔離與防護(hù);為搶險(xiǎn)平臺(tái)提供應(yīng)急照明，實(shí)現(xiàn)50 m外覆蓋100 m寬的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng);單獨(dú)設(shè)置指揮系統(tǒng)，包括與陸地、作業(yè)平臺(tái)和其他輔助船的通訊、視頻、監(jiān)控、監(jiān)測(cè)報(bào)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(tái)帶主動(dòng)波浪補(bǔ)償功能的海丁折臂吊，用于進(jìn)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(tái)井口處;在主動(dòng)波浪補(bǔ)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(gè)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(jī)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(qiáng)。

（2）配備兩套吊臂式水下機(jī)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(jiǎn)單、成本較低，其吊臂長(zhǎng)度可進(jìn)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(jìn)行。系統(tǒng)包括3個(gè)高壓艙、1個(gè)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(duì)中深水油氣田開發(fā)而設(shè)計(jì).該船綜合了多種專業(yè)工程船的優(yōu)點(diǎn)，將多種功能集成化，實(shí)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(jìn)、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的多功能作業(yè)船舶，將會(huì)受到用戶的歡迎。

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