自升式海洋平臺大風浪拖航風險評價

1、自升式海洋平臺大風浪拖航風險評價交通運輸工程 劉寶龍 李耿摘要：為了避免自升式海洋鉆井拖航作業(yè)過程中受惡劣天氣的嚴重影響而導致的 傾覆、沉沒等毀滅性海難事故的發(fā)生，本文以模糊綜合評價法為基礎，結合自升 式海洋鉆井平臺拖航作業(yè)及行業(yè)評價指標特點，建立風浪要素與風險等級的模糊 關系矩陣，得出不同風浪條件下的風險程度，并及時做出預警，為自升式海洋鉆 井平臺拖航作業(yè)提供安全保障。關鍵詞：自升式平臺；模糊綜合評價法；大風浪拖航；風險評價；產(chǎn)品構想引言隨著海洋石油工業(yè)的迅速發(fā)展，自升式海洋鉆井平臺已成為海洋石油作業(yè)的 主要裝備。由于拖航作業(yè)非常頻繁且風險性高，因此拖航過程中的事故防控非常 具有挑戰(zhàn)性。因此

2、，對自升式海洋鉆井平臺拖航過程進行風險識別、評價，制定 消減、控制措施，是保證拖航作業(yè)安全進行的重要措施，具有重要的應用價值。 本文以“勘探二號”自升式海洋鉆井平臺為實例，應用模糊綜合評價法，然后根據(jù) 自升式海洋平臺的作業(yè)特點，建立當時風浪要素與風險等級的模糊關系矩陣，開 展了拖航作業(yè)的風險分析與評估，并根據(jù)分析結果就拖航作業(yè)安全保障提出相應 建議。1自升式海洋鉆井平臺簡介自升式海洋鉆井平臺，又稱為樁腳式海洋鉆井平臺，是目前國內(nèi)外應用最為 廣泛的鉆井平臺。自升式海洋鉆井平臺可分為三大部分；船體，樁靴和升降機構。 需要打井時，將樁腿插入或坐入海底，船體還可順著樁腿上爬，離開海面，工作 時可不受海

3、水運動的影響。打完井后，船體可順著樁腿爬下來，浮在海面上，再 將樁腳拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。自升式海洋鉆井平臺作業(yè)水深范圍從12/14英尺直至550英尺。大多數(shù)自升 式鉆井平臺的作業(yè)水深在250至300英尺范圍內(nèi)。自升式鉆井平臺有兩種型式， 獨立樁腿式和沉墊式。平臺穩(wěn)定站立后，大多數(shù)懸臂梁可以將鉆臺外伸到固定平 臺，在風大浪急的海面不能進行拖航。2自升式海洋鉆井平臺拖航作業(yè)2.1拖航作業(yè)步驟劃分根據(jù)自升式海洋平臺相關操作規(guī)程和拖航經(jīng)驗，自升式平臺的拖航作業(yè)可劃 分為以下幾個步驟：準備工作：在進行拖航作業(yè)前要對影響船舶的風、浪、流等環(huán)境因素進行風 險評估，確定拖航路線和作

4、業(yè)態(tài)勢；同時，人員分工站位明確，拖航作業(yè)所需的 工具和設備設施準備到位。拖輪和被拖平臺拖航前要進行安全檢查，符合相關要 求和規(guī)定后才可進行下一步作業(yè)，確保拖航作業(yè)順利進行。拖輪就位：主輔拖輪按預設的靠泊路線控制好船速進入作業(yè)區(qū)域，在計劃的 作業(yè)態(tài)勢驗證船位保持能力，并修正態(tài)勢使船舶在最小環(huán)境力的影響下保持船 位，經(jīng)驗證后，逐漸接近作業(yè)位置。在平臺拖航之前，主輔拖輪到預定海區(qū)拋錨 待命，并進行相應的檢查和溝通工作。平臺與拖輪連接：主輔拖輪移至平臺附近，連接纜繩，實現(xiàn)拖船與平臺的連 接，拖纜拖力應指向并切入航線起點。連接完成后，拖輪拋錨待拖。拖輪加力拖離平臺：自升式平臺經(jīng)過降船、沖拔樁、升樁過程后

5、進入適拖狀 態(tài)，平臺漂浮，主拖輪加力將平臺拖離井組。調(diào)整航向角：在輔拖輪的協(xié)助下，平臺及拖輪實現(xiàn)航向角調(diào)整，確保正確的 拖航方向。駛入航線：在進入航線后確認無誤，開始漸提升拖船速度，加速拖航。拖航：按照預先計劃和航跡圖航行，將自升式平臺拖航全目的井位。22拖航作業(yè)特點分析及作業(yè)過程中的風險識別拖航作業(yè)是自升式海洋鉆井平臺最常用的遷航方式。進行拖航作業(yè)時，平臺 從一個作業(yè)地點遷航到另一作業(yè)地點，拖航時樁腿全部升起，平臺處于漂浮狀態(tài)， 整個平臺受風面積大，重心升高，搖擺慣性矩大，對平臺的穩(wěn)性和樁腿的強度影 響較大，同時拖航時對整個自升式平臺的穩(wěn)性和自然環(huán)境條件要求也很高，因此 拖航作業(yè)過程中平臺的

6、安全性能受到很大挑戰(zhàn)。拖航作業(yè)過程中的風險識別：天氣突變遇強風浪;拖航所用纜繩被拉斷失效； 拖航時與其它船只發(fā)生碰撞或遭遇高速船只路過，其拖帶的大浪造成難以預料的 危害等。3大風浪天氣自升式海洋鉆井平臺拖航事故案例1979年11月25日凌晨3時30分，石油部海洋石油勘探局“渤海2號”自升式海洋 鉆井平臺在渤海灣遷移拖航作業(yè)途中平臺傾覆沉沒，事故致72人死亡，直接經(jīng)濟 損失3700多萬元。拖航期間風力89級，陣風10級，浪高6-7m，通風筒被打斷， 使海水得以大量涌進泵艙，致使平臺失去平衡，造成翻沒。2011年12月18日凌晨2點，俄羅斯遠東地區(qū)“科拉號”自升式海洋鉆井平臺由 一條拖輪從勘察加半

7、島附近海域拖往薩哈林島，并有一破冰船作為輔助拖輪，途 中平臺一側舷窗遭海浪和冰塊沖擊后破損，導致船艙開始進水，20分鐘內(nèi)平臺全 部沉沒。事故致17人死亡，36人失蹤。拖航期間風力7-8級，陣風9級，浪高5-6m， 溫度零下17 C。4模糊綜合評價法4.1模糊綜合評價簡介模糊綜合評價是借助模糊數(shù)學的一些概念，對實際的綜合評價問題提供一些 評價的方法。該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評 價，即用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具 有結果清晰，系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非 確定性問題的解決。4.2風險度等級的確定為

8、了對船舶前往任務海區(qū)航線的安全性進行事先的評價，可采用風險分析的 理論和技術方法，對可能的航線進行安全評價。根據(jù)對船舶的調(diào)查，可將其安全性劃分為3個等級，見表4.2。表4.2風險度等級及其含義風險度等 級IIIIII名稱有較小風險有較大風險風險極大含義船舶可在此狀態(tài)下拖航， 但應注意在必要時，須嚴 格遵守大風浪拖航的有 關規(guī)定對船舶安全存在較大威 脅，船舶應盡可能避免 較長時間在此狀態(tài)下拖 航對船舶安全存在嚴 重威脅，船舶應完全 避免在此狀態(tài)下拖 航4.3風浪情況對自升式海洋鉆井平臺拖航安全影響的調(diào)查使用專家經(jīng)驗評定的方法，可得到自升式海洋鉆井平臺在不同大風浪狀態(tài)下、達到不同安全等級的概率。在

9、本文中，大風等級分圮級、8級、9級、和10 級、10級，共5種狀態(tài)；大浪等級分為2m、2-3m、3-4m、4-5m和5m，共5種 狀態(tài)。這樣，在不同等級的大風或大浪的作用下，分別可出現(xiàn)5種不同風浪的拖 航狀態(tài)。由此，可分別得到平臺拖航時的安全等級與風和浪這兩個影響因子之間的模 糊隸屬關系。各級風險的隸屬度見表4.3。表4.3隸屬度0.00.1-0.40.50.6-0.91.0含義小可能-減小臨界增大必定4.4建立風浪要素與風險等級的模糊關系矩陣模糊關系矩陣如下I II iii1.0 0.1 0.00.80.30.1R = 0.40.70.4(0.10.30.80.00.11.0風力 7級或浪高

10、 2m風力8級或浪高2-3m風力1.0 0.1 0.00.80.30.1R = 0.40.70.4(0.10.30.80.00.11.0風力 10級或浪高 6m當勺級風或2m浪高時，最大隸屬度為1.0，隸屬于一級風險，風險較小， 在此海況下可以拖航；當8級風或2-3m浪高時，最大隸屬度為0.8,隸屬于一級風險，風險較小，在 此海況下可以選擇拖航，但要嚴格遵守大風浪航行的有關規(guī)定；當9級風或3-4m浪高時，最大隸屬度為0.7，隸屬于二級風險，風險較大，在 此海況下應視平臺自身大風浪自存工況來選擇是否拖航，如需拖航，應避免時間 過長；當10級風或4-5m浪高時，最大隸屬度為0.8，隸屬于三級風險，

11、風險極大， 應避免在此狀態(tài)下拖航；當10級風或6m浪高時，最大隸屬度為1.0，隸屬于三級風險，風險極大， 對船舶安全存在嚴重威脅，在此海況下不可拖航。5“勘探二號”自升式鉆井平臺拖航作業(yè)實例中石化集團公司“勘探二號”自升式鉆井平臺計劃于2005年10月18日自渤海 “埕北油田”調(diào)遣到南海北部灣執(zhí)行海洋勘探任務。拖航期間由“東方勇士2”主拖， “東方勇士 3”護航。18日08:00平臺起拖，此時風力5-6級，風險較小，可以拖航。 19日收到氣象預報，21日強冷空氣將會影響渤海、黃海，NE風，最大風力可達 910級，浪高56m，此條件下繼續(xù)拖航風險較大。平臺到達預定位置后需插樁、 壓載、排水升臺，

12、整個過程要花1520小時才能完成整個作業(yè)，于是21日02： 00 平臺到達預定位置并完成整個插樁等作業(yè)，平臺升臺到氣隙8m后（該狀態(tài)平臺 可抗15級風），“東方勇士2”拖輪解拖嗎，并在平臺附近待命。22日04： 00風力逐 漸減小，12： 00，N風5-6級，浪高1.5m左右，且預報未來5天吳冷空氣影響，這 時，平臺開始降臺、沖樁、拔樁，“東方勇士2”拖輪接妥后，在“東方勇士3”護航 下，又開始進入正常拖航狀態(tài)。6自升式海洋平臺大風浪拖航風險評價預警產(chǎn)品6.1產(chǎn)品的構想首先，將ECDIS （電子海圖顯示與信息系統(tǒng)）作為傳感器接入產(chǎn)品，提供航 行海圖。其次，需要海洋氣象預報服務的支持，包括不同海

13、區(qū)范圍的風速等級和 浪高，鉆井平臺接受氣象預報的裝置可以做為一種傳感器，自動將24h或48h的氣 象要素實時地輸入給產(chǎn)品，根據(jù)氣象要素（風速、浪高）、風險等級的確定標準， 基于模糊綜合評價法原理，自動分析計算出海區(qū)各處風和浪的風險等級，兩者中 取最大者，一級風險用黃色表示，二級風險用橙色表示，三級風險則用紅色表示。 這樣，海區(qū)會被分塊成紅、橙、黃三種顏色。此外，產(chǎn)品有在可航渡區(qū)域內(nèi)自動識別危險航線并設計出一條最短安全航線 的作用，根據(jù)海上氣象要素的動態(tài)變化，實時調(diào)整和優(yōu)化航線。最后，產(chǎn)品可供 人工選擇是否接受二級風險的功能，一級風險默認為安全，可以拖航，三級風險 默認為絕對不可以拖航，產(chǎn)品在自

14、動設計航線時會避開三級風險紅色區(qū)。6.2產(chǎn)品的運行自升式海洋鉆井平臺本身無自航能力，在一個井位工作完畢移位時需要拖輪 進行拖航，這就需要在節(jié)約經(jīng)濟的基礎上設計出一條安全的最短航線。因為產(chǎn)品 有ECDIS和接受氣象服務裝置（如NEVTEX等）做為傳感器，所以在海圖顯示界 面上，本船位置是已知的，并會顯示在海圖上，只需人工設置目的點，也就是要 移位處，產(chǎn)品會默認不接受二級風險，自動設計出避開二級、三級風險區(qū)域的最 短航線，如果人工設置可以接受二級風險，產(chǎn)品則會自動設計出只避開三級風險 的最短航線。如果拖航途中，接收的氣象要素有變動，產(chǎn)品會自動調(diào)整和優(yōu)化航 線，為平臺提供拖航向?qū)Ш桶踩Ｕ?。以上只?/p>

15、對產(chǎn)品的一種構想，具體產(chǎn)品軟 件的開發(fā)有待進一步去探索和研究。7結論與展望自升式海洋平臺拖航作業(yè)過程涉及到操縱性、耐波性以及水動力理論等多個 學科，是一個系統(tǒng)工程。因其極易受設備、航道以及天氣等多方面因素的影響，作 業(yè)過程的安全性愈來愈受到海洋工程界的重視。針對海洋拖航作業(yè)過程涉及到的 天氣風險因素進行識別、評價并制定相應的安全控制措施、研制開發(fā)為駕駛員提 供拖航安全保障的軟件產(chǎn)品等是需要研究的重要課題之一。由于海上天氣風險因素的不確定性和隨機性,基于模糊綜合評價法分析出 的風險隸屬度具有一定誤差，因此，應加強對風險因素量化分析方法的研究；再 之，對于風險評估中風險標準的建立，我國業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，而許多發(fā)達 國家和國際組織都制定了相關行業(yè)的風險標準，希望我國有關行業(yè)部門和組織 能引起重視，盡快制定相關的風險標準，為風險評估工作提供一個良好的尺度。 最后，希望與本文構想相關的軟件