自航式支持平臺(tái)在海洋石油勘探開發(fā)作業(yè)中的應(yīng)用

吳 剛， 曲路路， 曹海洋， 楊博欽， 齊延云

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司， 廣東 湛江 524057）

引言

近年來，南海區(qū)域鉆井船作為支持平臺(tái)在鉆完修井作業(yè)中的應(yīng)用越來越多，但平臺(tái)附近海管海纜布局復(fù)雜且較為集中，周邊海底存在施工產(chǎn)生的廢棄物和工業(yè)垃圾等障礙物，都為鉆井船精就位作業(yè)帶來了巨大風(fēng)險(xiǎn)，為保證作業(yè)安全可靠，許多學(xué)者對(duì)鉆井船的精就位進(jìn)行了深入研究。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐，但目前鉆井船就位作業(yè)仍面臨著操作不穩(wěn)定，作業(yè)成本高等問題。針對(duì)鉆井船因操作不當(dāng)就位困難，甚至造成海管海纜破損溢油、斷電等問題，通過調(diào)研鉆井船性能、海上平臺(tái)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)和海管海纜的分布，提出了一種自航式鉆井船精就位的作業(yè)模式。自航式鉆井船DP 系統(tǒng)通過全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和艏側(cè)推進(jìn)器，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)就位模式，大大節(jié)約了導(dǎo)管架的就位作業(yè)時(shí)間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著，對(duì)其他海域的就位作業(yè)具有參考意義。

1 自航式鉆井船概況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020 年南海區(qū)域鉆完修井作業(yè)拖航頻率高達(dá)86 次，因此提高鉆井船拖航就位率，對(duì)于作業(yè)降本增效起著重要作用。自航式鉆井船為4 樁腿有錨鉆井船，內(nèi)含推進(jìn)系統(tǒng)，具有一定的自航能力，對(duì)于鉆井船在短時(shí)間內(nèi)順利完成精就位作業(yè)創(chuàng)造了有利的條件。

1.1 基本信息

自航式鉆井船的4 個(gè)獨(dú)立樁腿在其根部均設(shè)計(jì)有樁靴，當(dāng)船體精就位后，4 個(gè)樁腿通過對(duì)角交替壓載完成就位。自航式鉆井船的樁腿樁靴數(shù)據(jù)見表1。

表1 自航式鉆井船樁腿與樁靴數(shù)據(jù)

1.2 動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)

DP 系統(tǒng)的推進(jìn)器由2 個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和1 個(gè)艏側(cè)推進(jìn)器組成，操作臺(tái)安裝在JCR，控制模式是自動(dòng)的或半自動(dòng)船舶控制。DP 系統(tǒng)的推進(jìn)器數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 DP 系統(tǒng)推進(jìn)器數(shù)據(jù)表

1.3 升降裝置

1.3.1 升降系統(tǒng)

每個(gè)樁腿上均安裝有一套齒輪齒條升降系統(tǒng)，根據(jù)需要起升或下降樁腿及船體。每個(gè)樁腿設(shè)置有14臺(tái)液壓馬達(dá)，垂直對(duì)稱安裝在升降房?jī)?nèi)的固樁架上。每個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一個(gè)從動(dòng)齒輪，并通過一個(gè)齒輪箱焊接在樁腿兩側(cè)的齒條嚙合[1]。液壓馬達(dá)和從動(dòng)齒輪技術(shù)參數(shù)如表3 所示。

表3 液壓馬達(dá)和從動(dòng)齒輪技術(shù)參數(shù)表

1.3.2 升降能力

升降裝置設(shè)計(jì)的升降能力如下頁(yè)表4 所示。

表4 船體升降能力 t

1.3.3 升降控制

樁腿通過安裝在升降操作臺(tái)上的操縱桿控制，控制臺(tái)上有四個(gè)操縱桿，分別控制四個(gè)樁腿（1 號(hào)，2 號(hào)，3 號(hào)和4 號(hào)），也配置一個(gè)主操縱桿同時(shí)控制四個(gè)樁腿?？刂葡到y(tǒng)允許操船者通過切換控制模式（單控-集控）進(jìn)行單樁控制或四樁同時(shí)操作。操船者通過操作臺(tái)上“Sep.Control”按鈕選擇集控模式和單樁控制模式。顯示器會(huì)顯示單樁液壓壓力，并允許操船者選擇單樁數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)畫面。屏幕上監(jiān)測(cè)每條腿的液壓壓力和溫度。升降平臺(tái)作業(yè)時(shí)應(yīng)持續(xù)關(guān)注剎車狀態(tài)。

升降系統(tǒng)操作臺(tái)位于升降控制室，控制臺(tái)上裝有一個(gè)電子水準(zhǔn)儀和氣泡水準(zhǔn)儀供操船者觀察平臺(tái)的艏- 艉和左- 右傾斜度。當(dāng)平臺(tái)艏- 艉和左- 右方向發(fā)生傾斜時(shí)指示線會(huì)跟著移動(dòng)，以顯示平臺(tái)傾斜度是否超出允許范圍，電子水平儀可顯示船體的傾斜度，操作者可通過傾斜度對(duì)船體樁腿進(jìn)行調(diào)整。

2 自航式鉆井船精就位方案

2.1 就位地點(diǎn)調(diào)研

在鉆井船就位作業(yè)過程中主要存在鉆井平臺(tái)樁腿、就位錨掛碰周邊海管海纜的風(fēng)險(xiǎn)，操作不當(dāng)會(huì)影響作業(yè)時(shí)效，嚴(yán)重者甚至?xí)斐珊９芷屏岩缬偷仁鹿?，因此前期的就位點(diǎn)調(diào)研極其重要。就位地點(diǎn)調(diào)研主要包括以下幾個(gè)方面：

1）就位點(diǎn)海底探摸和地質(zhì)資料等調(diào)查報(bào)告，以確定該位置是否適合就位。

2）作業(yè)井位的工程地質(zhì)資料調(diào)研，預(yù)估樁腿入泥深度。對(duì)可能存在的樁腿穿刺點(diǎn)重點(diǎn)標(biāo)記。

3）作業(yè)地點(diǎn)的水深資料調(diào)研，滿足船體吃水要求。

4）作業(yè)位置1 km 范圍內(nèi)的海底管線分布情況。

5）距離樁靴1 500 mm 以內(nèi)范圍的的海底管線應(yīng)通過聲納測(cè)量進(jìn)行驗(yàn)證校核。

2.2 插樁位置勘測(cè)

隨著海上平臺(tái)作業(yè)頻次的增多，鉆井船在相近甚至是同一位置進(jìn)行二次或多次插樁作業(yè)的情況越來越多。鉆井船在二次或多次插樁作業(yè)過程中，樁靴極易產(chǎn)生偏心載荷，嚴(yán)重甚至出現(xiàn)船體傾斜，撞擊平臺(tái)的危險(xiǎn)，因此鉆井船就位前需對(duì)插樁的位置進(jìn)行勘測(cè)[2]。

2.3 自航式鉆井船就位流程

1）海況監(jiān)測(cè)：鉆井船就位作業(yè)需要在天氣良好、能見度良好的情況下進(jìn)行，以確保有足夠的時(shí)間完成放樁、預(yù)壓載和升平臺(tái)至作業(yè)氣隙等作業(yè)。

2）開始進(jìn)場(chǎng)：通過操縱動(dòng)態(tài)定位DP 系統(tǒng)的2 個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和1 個(gè)艏側(cè)推進(jìn)器開始進(jìn)場(chǎng)，到達(dá)預(yù)定位置附近，接近靠泊就位的平臺(tái)時(shí)，應(yīng)盡量降低樁腿，但要保證樁靴不觸碰海底。

3）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：視海底流速、風(fēng)速，平臺(tái)動(dòng)力系統(tǒng)、樁腿升降系統(tǒng)、DP 操作系統(tǒng)和平臺(tái)的動(dòng)員組織能力等條件，進(jìn)行DP 系統(tǒng)穩(wěn)定船位的能力及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4）破壞穴坑：針對(duì)作業(yè)頻次較多的平臺(tái)，可使樁腿處于預(yù)就位位置，通過升降裝置調(diào)整樁腿破壞原有穴坑，拓寬穴坑直徑，方便樁腿進(jìn)入穴坑，以保證精就位一次成功，節(jié)省時(shí)效。

5）精就位，坐樁：穴坑破壞結(jié)束后，通過升降操作臺(tái)上的操縱桿控制樁腿，準(zhǔn)備精就位，在升降操作期間，保持對(duì)角樁腿交替壓載，并通過控制臺(tái)上的電子水準(zhǔn)儀和氣泡水準(zhǔn)儀對(duì)船體樁腿進(jìn)行微調(diào)，待樁腿點(diǎn)穩(wěn)后，就位完成。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為完成潿洲11-2B 平臺(tái)大修作業(yè)，中海油湛江分公司采用了自航式支持平臺(tái)德盛287 參與了本次作業(yè)。鉆井船就位作業(yè)過程中，天氣情況良好，偏東風(fēng)5 m/s，浪高1.0 m，天氣環(huán)境有利于本次作業(yè)。人員到崗，檢查設(shè)備狀態(tài)良好后，開展了本次鉆井船就位作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)記錄表如表5 所示，精就位結(jié)束圖如下頁(yè)圖1 所示。

表5 自航式鉆井船現(xiàn)場(chǎng)就位作業(yè)記錄表

德盛287 配備的DP 系統(tǒng)和人員的默契配合，為德盛287 對(duì)接潿洲11-2B 導(dǎo)管架在短時(shí)間內(nèi)順利完成精就位作業(yè)創(chuàng)造了有利條件。本次自航式鉆井船精就位作業(yè)累計(jì)用時(shí)4 h，相比拖航式鉆井船就位時(shí)間節(jié)省約16 h，節(jié)約成本約40 余萬元，為后續(xù)四海開展鉆井平臺(tái)就位作業(yè)提供了技術(shù)支持。

4 結(jié)論

1）自航式支持平臺(tái)較常規(guī)拖航式鉆井平臺(tái)，擁有DP 動(dòng)力定位系統(tǒng)，具有自航能力，可為鉆井平臺(tái)高效的完成精就位作業(yè)創(chuàng)造了有利條件。

2）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，本次自航式鉆井船精就位作業(yè)累計(jì)用時(shí)4 h，相比拖航式鉆井船就位時(shí)間節(jié)省約16 h，節(jié)約成本約40 余萬元，為后續(xù)四海開展鉆井平臺(tái)就位作業(yè)提供了技術(shù)支持。