自升式钻井平台半潜浮装可行性分析

梁学先，朱起东，江 锦，赵博朋

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

随着海洋石油工业向深水化和国际化的方向发展，大型海上石油钻井平台的长距离干拖运输成为了关键，作为关键载体的半潜船，相应的半潜浮装技术应运而生。目前世界上半潜船浮装业务处于垄断状态，主要由四家公司经营，包括中远航运、Dockwise、Ocean Heavylift和FAIRSTAR公司。

本文以5万t海洋石油278半潜船浮装自升式AMAZON钻井平台为例，详细分析了半潜船在高支墩下浮装的可行性。通过对浮装过程中半潜船的浮态、压载等分析，得出船舶的强度及稳性变化曲线，提出了浮装过程的风险控制点，并对关键的压载步骤进行了优化，保证了整个浮装过程中作业的安全。

1 半潜船浮装作业设计

1.1 天气和海况条件

采用海洋石油278半潜船浮装的AMAZON钻井平台如图1所示。

图1 AMAZON钻井平台

进行浮装作业之前，必须要有未来72 h可接受的天气预报，并且在作业过程中，天气预报或者气象图必须每6 h报送到施工现场一次。现场的海况必须满足以下条件：有义波高≤0.5 m，涌浪≤0.3 m，波/涌周期5～7 s，风速≤15 kn，流速≤2 kn，同时白天作业时的可见度不小于2 n mile。以上天气窗口至少保持24 h以上，最终实际的作业条件，将由项目经理、海事保险、作业船长共同商议确定。

1.2 钻井平台浮态和半潜船最大潜深

（1）钻井平台浮态的确定。半潜船浮装之前，应确定钻井平台的浮态是否满足浮装作业的要求，如不能满足，应根据其舱室布置情况进行预压载，使得钻井平台有一个较为理想的浮态、吃水等。

（2）半潜船最大潜深。AMAZON钻井平台船体主尺度为50 m×37 m×6 m，浮装装船吃水3.7 m，装船质量6 760 t。由于平台底部有突出的桩靴，突出长度约1.7 m，需要在平台底部预制高度为2.14 m的支墩，因此半潜船设计作业水深达22.84 m[1]，半潜船最大吃水21.84 m[1]，小于设计潜深26.8 m。半潜船最大潜深有关参数见表1。

表1 半潜船最大潜深有关参数

1.3 半潜船浮装作业

浮装作业前，应对半潜船进行准备工作检查：

（1）应严格按照设计，检查甲板支墩、定位桩布置。

（2）检查半潜船带缆绳是否处于完好状态，满足作业要求，若发现破损应及时更换。

（3）确保半潜船压载系统完好，以保证整个作业期间安全。

在确保半潜船整船状态完好的情况下，开始进行浮装作业前的预压载工作，将半潜船压载至装船设计吃水，将钻井平台拖至半潜船左舷100 m外待命，将主拖轮更换为港作拖轮后进行浮装作业。浮装作业布局如图2所示。

2 半潜船浮装作业稳性要求

有关规范对半潜作业的稳性要求如下[2-3]：

（1）半潜船满载甲板货物准备下潜时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于1.0 m。

图2 浮装作业布局示意

（2）半潜船满载甲板货物时，在举升甲板入水或出水过程中，其稳性应满足下列衡准之一：第一，在基本无浪的平静水域，蒲氏风级不超过3级时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.05 m，或蒲氏风级不超过5级时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.1 m。第二，在蒲氏风级不超过6级，有义波高不超过0.5 m的水域；或蒲氏风级不超过4级，有义波高不超过1 m的水域，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.15 m。

（3）半潜船下潜至最大沉深时，经自由液面修正后的初稳性高度不小于0.5 m。

（4）半潜船甲板上无承载物时，在下潜或上浮的任何阶段，经自由液面修正后的初稳性高度均不应小于0.15 m。

3 浮装作业计算建模

采用MOSES程序[4]对半潜船浮装作业进行计算分析，优化浮装过程中半潜船状态及压载方案，并通过计算模拟，预知下潜过程中可能会发生的问题和风险。

采用MOSES软件建立实船模型，其坐标系建立如下：总体坐标系（Global Coordinate System）用来跟踪船体的位置信息，其原点取在水平面，Z轴向上为正；半潜船和钻井平台分别按照自身的坐标系统建模，然后再进行模型组合。钻井平台和半潜船整体模型及坐标系见图3。

4 浮装过程分析

图3 钻井平台和半潜船整体模型及坐标系

从海洋石油278半潜船在浮装过程中的稳性考虑，在甲板出水的一瞬间，由于船体水线面的突然减小，必然会引起船舶稳性高度的突变，影响到船舶的安全。为了保证甲板出水时驳船的安全，确定海洋石油278半潜船的最佳出水状态，采用了不同的方式进行下潜分析。通过压载使得半潜船甲板出水前产生足够的艏倾，保证船体具有充足的水线面，且缓慢地减小，不致于产生船舶失稳[5]。

4.1 半潜船空船下潜稳性校核

由于船舶甲板无载重，空船下潜相对容易，但必须保证半潜船以艏倾状态下潜，且下潜过程中保持横稳心高GMT始终大于0.15 m。为便于现场船舶压载作业，并保证船舶稳性，将下潜过程的压载分为14步进行计算，压载过程中逐步选择合适的舱室，压载至满舱状态，避免过多的自由液面对半潜船的稳性产生影响。

下潜过程中半潜船横稳心高GMT最小值为0.87m，满足要求。GMT最小值出现在第11步，此时船尾甲板没入水面，甲板刚好全部入水，船体的水线面达到最小。海洋石油278空船下潜吃水及稳心高变化曲线见图4。

4.2 半潜船上浮过程优化分析

半潜船载货上浮时，按照艏倾4 m进行初步压载分析，上浮过程分为14步。由于2.14 m高支墩的影响，半潜船艉甲板出水时，钻井平台底部大部分已出水，不能够提供足够的水线面来保证整个系统的稳性，半潜船上浮过程中发生GMT＜0 m的情况，船舶4 m艏倾状态不满足规范要求。

图4 海洋石油278空船下潜吃水及稳心高变化曲线

通过进一步优化计算，将上浮过程细分为26步，半潜船甲板出水时的艏倾调整为7.2 m，整个上浮过程中横稳心高GMT较小值主要分布于两个阶段：第一个阶段是半潜船刚刚与钻井平台接触阶段，即前3步；第二个阶段是半潜船艉部甲板出水阶段，即从13步至18步，GMT最小值0.61 m，满足要求。优化压载后，半潜船载货上浮过程中的吃水和稳心高度变化曲线见图5。

图5 海洋石油278船上浮吃水及稳心高变化曲线

4.3 半潜船总纵强度校核

对海洋石油278上浮过程中船体的总弯矩和剪力进行了校核，最大弯矩为许用值的34%，最大剪力为许用值的45%，其结果均满足强度要求。上浮过程中，海洋石油278船弯矩及剪力曲线见图6。

图6 上浮过程中海洋石油278船弯矩及剪力曲线

4.4 半潜船上浮作业关键点

由详细的可行性分析可知，半潜船载货上浮阶段的调载分为26步，对实际操作来讲，需要分析现场作业风险点。根据半潜船的稳性和浮态，选取以下几个关键点来控制整个上浮过程的调载作业。调载关键点选择见表2；压载进行至12步时，艉甲板即将出水状态见图7。

表2 上浮调载作业关键点

图7海洋石油278船艉甲板即将出水的状态

5 结束语

综合本文对钻井平台浮装过程进行可行性分析和评估的结果，可得到以下结论：

（1）为降低水线面骤减对半潜船稳性产生的不利影响，半潜船出/入水一般应控制为艏倾状态。

（2）在半潜船主甲板完全入水后，应尽量减少含有自由液面的压载舱的数量，将自由液面对稳性的影响降到最小。

（3）由于甲板高支墩的存在，需细化半潜船载货上浮艉甲板出水过程的压载步骤和顺序，加大半潜船艏倾，以防止因受自由液面的影响而导致半潜船横稳心高GMT＜0 m的状况发生。