大型海上钻井平台出港试航操纵技术

文/ 烟台港引航站 鞠由克

随着航运经济的发展，大型和特殊船舶的操纵问题日益突出，尤其在港内受限水域，由于可航水域的宽度和水深受限，低速船舶的操纵性较差，加上外界风流干扰的影响，给船舶引航带来了新的挑战，需要船舶驾引人员不断探索和总结经验。

“油服先锋”（COSL PIONEER）为烟台中集莱佛士海洋工程有限公司（CIMC RAFFLES）为中国海洋石油油服公司建造的世界上最先进的第六代海上半潜式钻井平台，建造完毕需出港试航，烟台引航站承担了这次艰巨的引航任务。笔者作为引航员全程参与了这次工作，并总结了一些操纵体会，与同行交流探讨。

一、钻井平台参数及引航存在的难点

1. 钻井平台参数（以下简称“平台”）

“油服先锋”长为105 m，宽为73.1 m，水下浮体宽18.2×2=36.4 m，平台底部前后共装有6台推进器（龙骨下4.5 m），首吃水9.0+4.5=13.5 m，尾吃水9.2+4.5=13.7 m，平台水线上高度75 m。

2. 引航存在的难点

（1）出港航道狭窄，航道设计水深15 m，可使用宽度150 m，航道外水深不足11 m，两侧紧邻养殖区，回旋余地小，增加了操控难度和风险。

（3）出港时推进器未经过试验，引航员需凭借经验进行引领操纵和指挥港作拖船拖带离港。

（4）平台排水量、惯性、阻力、水上形体和水下浮体的体积都很大，受风流影响严重，极易发生偏转。

3. 气象水文条件

风向：东南。风力：3~4级。流向：西北。最大流速：0.8 kn。高潮时：10时57分。高潮高：277 cm。港口航道布置情况如图1所示。

图1 港口航道布置

二、引航安全保证与人员安排

1. 安全保证

根据烟台港水域、航道、船厂泊位、回旋区大小、导航设施及当时的气象潮汐条件，由6名高级引航员组成的评审组通过多次实地调查、风流压计算、拖力计算和安全评估后确定：

（1）天气条件必须是海上视线不低于2 n mile，风力不超过5级（9 m/s），流速不超过0.8 kn。

（2）为减少流压，离泊出港时间选择在高潮前1 h开始，此时间段流速很小，甚至无流，引航全过程时间控制在3 h内，航道内约1.5 h。

（3）根据理论计算和实际需要确定使用6条大功率全回转式港作拖船协助。

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2. 引航员组织

平台的出港操纵是在引航员的指挥下完成的。由于平台体积巨大，结构特殊复杂，观察盲区多，为便于清楚观察，安排1名主领引航员担任总指挥，位于平台上层甲板中央位置。因其在观察平台偏转和速度上有局限性，另安排4名副领引航员位于平台4个桩腿附近，该处视野开阔，能清晰地观察到平台行进时局部的位置变化、与航道浮标距离和方位的变化、拖船位置的变化以及可能出现的意外，在发现问题和情况后可以及时向主领引航员报告。另有1名引航员在负责拖航的主拖拖船上协调观察，随时报告动态变化。

三、拖航阻力计算

经计算得出，主拖拖船“烟港拖5”（以下简称“拖5”）能发挥出的理论拖力是60 t，实际有效拖力按90%计算，仍有54 t，而拖带速度为3 kn时的拖航总拖力是15.5 t，所以，“拖5”能够满足总阻力要求，在无风流影响的天气条件下完全能够拖动平台航行。

四、风压力和流压力计算

风和流的客观存在对拖带平台航行有很大的影响。在良好的气象条件下，风和流的方向一般不会发生突然改变，但拖航航向的几次改变就可以使风和流的相对方向（风压角和流压角）发生变化，直接造成拖航阻力的增加。为保证有足够的拖力，引航组决定安排功率最大的“拖5”作为主拖拖船，平台两侧4个桩腿处各带1个拖船，平台尾部再带1个拖船。

拖航加速是个很缓慢的过程，拖航速度稳定后引航员应密切注意速度的细小变化。拖航过程中拖速下降明显极有可能是风流变化造成拖航总阻力增加，或“拖5”拖力不足等原因造成的。此时，引航员应立即命令平台两侧的4个拖船调整位置，采取与“拖5”相同的拖带方向，共同拖带平台行进，平台尾部的拖船选择合适的顶点向前顶推。这样，其他5条拖船也可以为平台的行进提供足够的动力。

假设风舷角为0°，即顶风状态，此时平台在前进方向上所受的风压力最大，造成拖航的阻力大大增加。通过公式估算得出，风力5级（9 m/s）时的风压力为171 t。

烟台港的航道和潮汐特点决定了平台出港时一般是侧流或横流，不会遇到顶流，而且高潮前后正处于倒流阶段，流速平缓甚至无流，则流压对拖航总阻力的影响忽略不计。

计算拖航总阻力Fa+R+Rt=171+15.5+3.7=190.2 t，其中Rt是另外5条拖船的摩擦阻力与剩余阻力之和，参照主拖拖船“拖5”的摩擦阻力与剩余阻力之和计算，Rt=5×（1.44 +5.88）=36.6 kN≈3.7 t。从各项数据对比中可以得出结论：6条拖船总有效拖力分别按75%～90%的总理论拖力计算，两舷的4条拖船由于拖带角度的原因，其实际拖力再按有效拖力的85%计算，总拖力可达230 t，仍大于拖航总阻力190.2 t。

由此可以得出结论：即便是在顶风的极限天气条件下，6条拖船的拖力也恰好可以满足所有拖航总阻力要求。当然，这只是表明在外界因素都达到引航组制定的各种条件的上限时，6条拖船所提供的拖力仍能符合拖航要求的理论论证。同时也说明，为保证富余量和足够的储备拖力，使用6条拖船是这次引航操纵和海上拖带的最低要求。实际上，由于拖航速度一直控制在不超过2.5 kn，所以拖航总阻力的实际值远远达不到理论计算的最大值，因此，6条拖船的总拖力是完全能够满足拖航总阻力要求的。

五、拖船配置

拖船资料如表1所示。拖船的配置如表2、图2与图3所示。“拖5”作为主拖拖船采用2根强度较大的尼龙缆，分别带在平台左右浮体基座的缆桩上，带“八”字缆的目的是增加拖航的稳定性和保证拖缆的强度，避免拖航过程中出现断缆现象而被动。拖缆长度保持150 m，2根拖缆必须是相同的品质和强度。两舷的4个拖船都是只带1根拖缆吊拖，这不仅仅是因为平台的特殊结构不适合拖船绑拖，更多考虑的是港作拖船在辅助拖带、协助转向、抑制横移的过程中，吊拖更能发挥出最大的顶和拖的能力而且能机动灵活、行动迅速地按照引航员的指令随时在合适的位置上采用顶或拖的方式来协助引航员操纵。

表1 拖船资料

表2 拖船位置与作用

图2 拖船配置示意图

图3 拖船配置实景图

六、准备工作

引航员登上平台后，需做如下工作：

（1）对船厂在平台上的各种碍航设施进行清理，泊位前后要清爽。

（2）对协助带缆人员进行合理分配，保证作业过程中的各种带缆口令能得到准确理解和执行。

（3）协调好平台上各部门、拖船、码头人员的通信联系，设定本航次引航专用频道。

（4）与VTS取得联系，要求实行交通管制。

（5）检查拖缆，准备护缆设备，避免因磨损而产生的断缆现象。

七、应急措施

为确保引航员操纵平台安全出港，做到万无一失，各部门按如下部署：

（1）安排2艘9000 kW专业救助船待命，1艘在港内锚地按照应急预案提前做好准备工作，另1艘随平台同时出港，守听引航专用频道，处于随时可以施救状态。一旦出现搁浅或者由于天气突变造成引航员无法指挥港作拖船有效控制平台的情况，专业救助船能够在最短的时间内进行援助。

（2）船厂安排2只带缆艇，随艇准备备用拖缆和后备带缆人员，一旦发生断缆现象，可以在最短的时间内将备用缆绳和人员送到位。

（3）港作拖船在拖航前要对机舱设备和甲板设备进行仔细检查，确保无虞。拖航过程中安排专人对各种设备进行维护，尤其要有专人负责检查拖缆，发现有磨损要及时报告，根据需要随时准备更换备用拖缆。

（4）应按照应急预案做好各项准备工作，引航员在各自的位置上待命。要对整个引航过程和引航区域内的其他航行船舶情况进行时刻监控，并及时向平台上的引航员通报。

八、引航操纵要领

1. 调整风流压差

风压和流压是引航过程中时刻要注意的因素。风流压对平台的影响较大，会造成平台产生较大的漂移和偏转，其后果就是平台偏离航线直至搁浅。为减少风流压对平台航向稳定性的影响，引航员对当时的潮汐变化要相当熟悉，根据流向的变化及时对航向作出相应的改变来抵消流压的影响。潮汐和水流的变化是有一定规律的，而风的大小和方向变化往往是不可预测的，在克服风压影响上，引航员要凭借敏锐的观察力、果断的判断力、准确的操纵措施指挥拖船合理改变航向以抵消风的影响。一般来讲，为抵消风流压的影响而作出的航向改变，其角度都是很小的，基本通过主拖拖船“拖5”调整拖航航向来完成，如果效果不明显，还可以指挥另外几条拖船共同协助。从实际效果上看，拖船在低速状态下能够充分发挥作用克服风压和流压对操纵的影响。

2. 合理配置拖船

拖船的安排和使用要科学合理。安排哪条拖船在什么位置，起到什么作用，都是根据其特点、功率大小甚至当班驾驶员的技术水平和能力等诸多因素考虑的。大功率拖船在拖航、制动减速、协助转向上能起到非常明显的作用，因此关键位置上要安排性能可靠的拖船和经验丰富的拖船驾驶员。平台的特殊结构造成拖船在顶和拖时有很大的局限性，再加上浪涌的影响更增加了拖船顶拖的难度。航前引航员要将引航方案和工作意图告知拖船，以便拖船驾驶员在拖航过程中能了解引航员的阶段意图并积极主动配合，减少失误。引航员与拖船驾驶员的沟通是引航安全顺利的保证。

3. 保持通信畅通

保证通信工具的畅通完好。为避免引航工作频道出现干扰较多的情况，要设定专用频道。

4. 正确观察判断

平台的质量巨大，其惯性也是相当大的，在狭窄的航道上一旦出现偏移失位，利用拖船进行控制纠正相当困难。要避免这种被动情况出现，引航员必须集中精力，仔细观察，做好预判，尤其是对平台横移、偏转趋势的判断要准确及时，防患于未然。

5. 合理控制速度

出港过程中速度的控制相当关键，航行过程中的速度不能超过3 kn。速度过快，拖船在协助转向时所能发挥出的作用会大大减弱，也不能很稳定地保持位置。拖缆使用很忌讳受顿力，操纵过程中也不可太心急，加速和减速过程要平缓，不要因为短时间内得不到效果而马上给出新的口令来加大拖船力量，避免过头而增加拖缆的受力。

6. 逐步完成转向

平台拖航中转向的控制也是关键步骤。航道全长约3n mile，平台有5次大的转向和数次小角度的调整。航向调整要分几次完成，每一次转向切不可大角度，应以2~3°为限。转向大了会给下一步的把定带来困难，其巨大的惯性可能使平台偏离航道。 “拖5”在拖航中转向舵角也不能过大，应始终保持2根拖缆同时受力，否则会出现不均衡情况，即1根受力猛然加大，另1根处于不受力状态，这样就可能断缆。其他几条协助转向的拖船用车时只要用慢车或拖缆带力就可以了。每一次转向，引航员都要提前通知拖船做好准备。

九、结束语

随着我国经济的发展，国际影响力的提升，海洋船舶制造业极力扩张产能，更多价值巨大、设备先进复杂、具有核心技术和创新技术的海上专用或多用途大型海洋工程船舶会由船厂建造和港内操纵，这对船舶引航工作来讲是一个非常有挑战力的课题。本文通过大型海上平台的成功引航经历，总结引航操纵经验，为以后烟台港引航站在特殊条件下的安全引航和特色引航进行有益的探索和创新，更为蓝色海洋经济的可持续发展作出自己的贡献。

[1]洪碧光.船舶操纵原理与技术[M].大连:大连海事大学出版社,大连:2007.

[2]刘正江,王逢辰.超大型船舶靠离码头所需拖船力的计算[J].大连海运学院学报,1994(4):4-9.