中油海62自升式平台的拖航稳性计算分析

杨涵婷，刘忠彦

（中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京 100028）

中油海62自升式平台的拖航稳性计算分析

杨涵婷，刘忠彦

（中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京 100028）

自升式平台作为一种重要的移动式平台，是开发海洋石油的基础装备。文章以中油海62平台为例，运用MOSES软件建立自升式平台模型，计算各工况下平台拖航的完整稳性和破舱稳性，通过分析研究得到不同状态下最危险的倾覆轴方向和最危险的破损舱室，结果表明平台稳性满足规范要求。

自升式平台；完整稳性；破舱稳性；MOSES软件

1 概述

海上移动式平台拖航是比较危险的作业工况，有文献表明在平台完全损失事故统计中，由于稳性缺陷引起的占近35%[1]。平台拖航时桩腿升起，高耸的桩腿使风倾力矩增加；此外，由于桩腿与桩靴自重较大，升桩会引起平台重心显著升高，这些都会对平台拖航稳性造成极不利的影响。本文以改造后的中油海62平台为例进行拖航完整稳性和破舱稳性的计算分析。

1.1 完整稳性及标准

平台的稳性与船舶类似，主要是指其在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回复到原来平衡位置的能力[2]。平台的稳性随装载情况变化，为确保平台在所有的装载状态下都有足够的稳性，需要对几种典型的工况进行稳性校核。平台稳性计算的关健在于确定复原力矩和风倾力矩[2]。最小倾覆力矩用Mq表示，风倾力矩用Mf表示，两者之比为K（称为稳性衡准数），其值≥1时满足稳性要求，即：

式中Mq——最小倾覆力矩，表示平台在最危险情况下抵抗外力矩的极限能力；

Mf——风倾力矩，表示在恶劣海况下风对平台作用的动倾力矩；

lq——最小倾覆力臂；

lf——风倾力臂。

对于自升式平台，至第二交点或进水角处的复原力矩曲线下的面积中的较小者， 至少应比至同一限定角处风倾力矩曲线下面积大40%；即复原力矩与风倾力矩曲线面积比≥1.4（面积比即稳性衡准数）， 即 （A+B） ≥1.4（B+C）， 对应的倾角是第二交点或者入水点 （两者取较小者），如图1所示。

1.2 破舱稳性原理及标准

破舱稳性是指平台破舱后，依靠自身倾斜后的复原力矩，在规定的外加风压作用下仍能保持不再继续进水的能力[3]。

破舱稳性计算应选取最坏的稳性状态，并假定平台处于无系泊的漂浮状态，但如系泊约束对稳性有不利影响时，就应加以考虑。破舱稳性计算中，各处所或处所一部分的渗透率应符合规范规定[3]。

平台应具有足够的干舷、储备浮力和稳性，以便在任何作业或迁移状况下任一舱室受到规范规定的破损后，并在来自任何方向、风速为25.8 m/s的风倾力矩作用下，计及下沉、纵倾和横倾的联合影响后，最终水线应低于可能发生继续浸水的任何开口的下缘[4]。 即满足 （A+B） ≥ （B+C）， 如图2所示。

2 稳性计算实例

以中油海62自升式平台为例，该平台是独立圆柱桩腿悬臂梁型自升式修井平台，钢质非自航。平台设计最大作业水深为40 m，最大修井深度为5 500 m。根据作业要求需要对平台进行改造，其重量和重心随改造而发生变化，其浮态及拖航稳性也随之改变。该平台参数见表1。

表1 平台参数

2.1 平台改造情况

加长悬臂梁，平台艏增加锚、锚机和锚扶架，总计增加质量为31.29 t，空船质量变为3 881.34 t。但为了与原平台的荷载情况一致，调整可变荷载，使平台在远洋拖航 （100%重载和10%轻载）、油田拖航 （100%重载、10%轻载及三桩靴灌水）工况中的总质量与改造前一致。

2.2 计算工况及结果

计算坐标系取随船坐标系。坐标原点为船中基线处，X轴方向沿船长方向，往船艏为正；Y轴方向沿船宽方向，左舷为正；Z轴方向沿型深方向，基线以上为正，如图3所示。稳性计算通过MOSES软件三维实体建模，真实模拟自升式平台的主要结构及重量分布，破舱稳性计算中所选取用的舱室组合分布如图4所示。

2.2.1 风力计算

无论是完整稳性还是破舱稳性，都需要计算出各工况下的风力，根据CCS海上移动平台入级与建造规范[3]：

式中P——风压/kPa；

V——设计风速/（m/s）。

作用在构件上的风力按下式计算：

式中F——构件风荷载/kPa；

Ch——受风构件的高度系数，其值根据构件高度来选取；

Cs——受风构件的形状系数；

S——平台在正浮或倾斜状态时，受风构件的正投影面积。

2.2.2 计算工况

由于平台的装载情况千变万化，不可能一一加以计算，故本文只针对几种典型的装载情况进行计算。其中完整稳性分析包括远洋拖航满载和轻载，破舱稳性分析包括油田拖航满载、轻载及三桩靴灌水。其计算模型见图5，其荷载重量及重心分布情况参见表2。进水点的设置主要考虑机舱、锅炉舱、空压机舱、配电间等的进排气风筒，以及进入这些舱室的梯道门。

表2 各装载情况下平台质量及重心分布

2.2.3 完整稳性

以重载拖航为例，考虑不同的倾斜轴，其稳性衡准数计算结果如图6所示，初稳性高、进水角等均满足规范要求。由图6可知，平台在远洋和油田拖航状态下的稳性衡准数曲线具有相似性，曲线的变化趋势一致，最小稳性衡准数均出现在15°倾斜轴附近，最大的稳性衡准数均出现在90°倾斜轴附近[5-6]。由于油田重载拖航和油田 （三桩靴灌水）拖航的质量及重心位置较为接近，其稳性衡准数也较为接近。

在MOSES软件中，需要设定海水的密度。通过对比发现，海水的密度对平台的稳性也有一定的影响：海水密度减少，平台的吃水增加，浮心位置向上、向后移动，使平台产生尾倾；反之，当海水密度增加时，平台的吃水减少，浮心位置向下、向前移动，使平台产生首倾。但当平台的水线面漂心与浮心在同一垂直线上时，海水的密度对平台的纵倾没有影响[2]。

重心位置对稳性的影响表现为：提高重心将使初稳性高、复原力臂都相应减小；降低重心则作用相反。且重心沿Y方向的移动对稳性影响较大，在荷载增减时，应考虑尽量减小重心沿Y方向的移动[2]。

2.2.4 破舱稳性

破舱稳性的计算应选取稳性状态中最不利的工况进行，并按照规范要求对各舱室或处所选取恰当的容积渗透率。根据规范要求，假定垂向范围；自底板向上无限制；水平贯入为1.5 m；位于假定的水平贯入范围内的有效水密舱壁之间或其最近台阶部分之间的距离大于3.0 m。

计算风速：25.8 m/s。

拖航吃水：2.94 m（远洋拖航重载）；3.13 m（油田拖航重载）；3.13 m （油田拖航三桩靴灌水）。

本平台的破舱稳性计算分为7种，每种工况分别代表不同的舱室破损组合，其在平台平面的位置如图4所示。

S1：1#压载水舱+桩靴。

S2：锅炉舱+生活污水处理室。

S3：发电机舱+配电间。

S4：6#压载水舱。

S5：7#压载水舱+桩靴。

S6：压井液舱+压井液/泥浆舱+泥浆舱。

S7：压载舱4P+压载备用舱。

计算结果表明，在上述7种工况下，平台进水后初稳心高GM均满足要求；所有进水点高度均大于风倾力矩作用下最大吃水高度，整个拖航过程中平台都保持水密，故平台破损稳性满足规范要求。在各工况中，破损工况S2最为危险。以油田重载拖航为例，表3对两种工况的浮态进行了对比，其中，S2为较危险的工况，S3为破舱进水量最大的工况。

表3 平台破损后在平衡状态时的浮性

从图4可知，由于破损舱室组合S2在平台中的位置相对于S3更偏离平台的中心；从表2可知破损工况S2的左舷吃水较S3大，其最大吃水较S3大。图7给出了平台 （S2破损工况下）在三种装载拖航状态下的稳性衡准数曲线。

对比图6与图7可知：虽然在平台的完整稳性计算中，其最危险的倾覆方向发生在15°倾斜轴附近，但在平台的破舱稳性计算中，其最危险的倾覆方向却在0°倾斜轴附近。油田重载拖航和油田 （三桩靴灌水）拖航的质量及重心较为接近，因此其在S2破损工况下的稳性衡准数曲线也较为接近。

结果表明，中油海62平台的稳性均满足规范要求。

［1］张勇，马网扣，刘晓明.深水自升平台设计的三项基础技术研究［J］.船舶，2010，（2）：7-14.

［2］盛振邦，刘应中.船舶原理［M］.上海：上海交通大学出版社，2009.

［3］ CCS，海上移动平台入级与建造规范（2005）［S］.

［4］孙东昌，潘斌.海洋自升式移动平台设计与研究［M］.上海：上海交通大学出版社，2008.

［5］贾慧荣，何炎平，谭家华，等.南海2号半潜式平台深水改造方案破舱稳性研究［J］.船舶,2004，（10）:28-31.

［6］贾慧荣，何炎平，谭家华.南海2号半潜式平台深水改造方案完整稳性研究［J］.中国海洋平台,2004，（12）:42-45.

（34）Towing Stability Calculation and Analysis of CPOE 62 Jack-up Platform

YANG Han-ting（Engineering Design Institute of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100028,China）,LIU Zhong-yan

Jack-up platform as one of movable offshore drilling equipment is a kind of basic drilling equipment in offshore petroleum exploration.In this paper,the CPOE 62 platform is taken as an example for calculating and analyzing the towing intact stability and damaged stability of jack-up platform based on the platform computation model established by software MOSES,the critical overturn axis direction and damaged compartment position are obtained.The results show that the platform towing stability meets the requirements of related criterion.

jack-up platform;intact stability；damaged stability;software MOSES

TE951

B

1001－2206（2011）增刊－0034－04

杨涵婷 （1985-），女，四川雅安人，助理工程师，2009年毕业于天津大学港口海岸及近海工程系，现从事海洋结构物的设计与研究工作。

2011-08-10