自升式海洋石油平臺多功能轉換

第３４卷第６期２０１９年１２月中國海洋平

臺ＣＨＩＮＡ

ＯＦＦＳＨＯＲＥＰＬＡＴＦＯＲＭＶｏｌ．３４Ｎｏ．６Ｄｅｃ．，２０１９收稿日期：２０１８－１２－０３作者簡介：

李會通（１９８４－），男，工程師，主要研究方向為海洋石油平臺機械設備，Ｅ－ｍａｉｌ：５７４６３３８６３＠ｑｑ．ｃｏｍ文章編號：１００１－４５００（２０１９）０６－００６１－０７自升式海洋石油平臺多功能轉換李會通（中海油能源發(fā)展股份有限公司

工程技術分公司，天津３００４５０）摘

要：在當前國際油價低迷的背景下，根據石油行業(yè)需求及作業(yè)需要，對海洋石油平臺提出多功能轉換的需求。對海洋石油開發(fā)過程中各個階段的不同需求進行闡述，以某平臺為例，介紹其各種不同作業(yè)工況，并以其中一種功能形式轉換為例，通過專業(yè)軟件模擬分析，推證該作業(yè)工況下平臺的穩(wěn)性滿足規(guī)范要求。關鍵詞：海洋石油平臺；自升式；多功能轉換；穩(wěn)性中圖分類號：ＴＥ９５１ 文獻標志碼：ＡＭｕｌｔｉ－ＦｕｎｃｔｉｏｎＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＳｅｌｆ－ＥｌｅｖａｔｉｎｇＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌＰｌａｔｆｏｒｍＬＩＨｕｉｔｏｎｇ（ＣＮＯＯＣＥｎｅｒＴｅｃｈＤｒｉｌｌｉｎｇ＆

ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｏｉｌｐｒｉｃｅｓｌｕｍｐ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｏｉｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｅｅｄｆｏｒｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｏｆｆ－ｓｈｏｒｅｏｉｌｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔａｋｅｎｏｎｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｆｏｒｍｓａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｃａｎｂｅｖｅｒｉｆｉｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｃｏｄｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｂｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｐｌａｔｆｏｒｍ；ｓｅｌｆ－ｅｌｅｖａｔｉｎｇ；ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ０引 言在海上石油工業(yè)的發(fā)展進程中，自升式海洋石油平臺一直發(fā)揮著重要的作用。一口油氣井的開采過程涉及多個階段，包括前期鉆探、導管架安裝、鉆開發(fā)井和完井、生產模塊安裝，以及后期的鉆調整井、修井作業(yè)等各種不同的作業(yè)類型［１］。在開展每項作業(yè)的過程中，需提供鉆完井、鉆完井工程輔助支持、生活支持，以及原油處理、儲存和外輸等各種不同類型的服務。在當前石油市場低迷的情況下，自升式海洋石油平臺能根據行業(yè)需求，快速實現平臺的多功能升級轉換，是保證其在競爭日益激烈的市場中獲得一席之地的重要法寶［２］。１平臺概況１．１平臺主要參數某國內自升式海洋石油平臺擁有懸臂梁縱移、鉆臺橫移和縱移等３個滑移系統(tǒng)，可保證不同作業(yè)工況下１．２平臺多功能轉換該平臺可實現以下幾種作業(yè)工況（見圖１）。（１）鉆井狀態(tài)：平臺上有鉆臺及鉆井設備。（２）工程支持１狀態(tài)：平臺上有２００人生活模塊及相應設施，沒有鉆臺及鉆臺以上設備。此工況可提供生活支持，同時由于沒有安裝鉆臺，可保證提供足夠的場地支持。（３）工程支持２狀態(tài)：平臺上有２００人生活模塊和鉆臺并存，并包含２００人生活模塊的相應設施。此工況可提供生活支持，但由于鉆臺的存在，限制了場地支持的能力。（４）工程支持３狀態(tài)：平臺上有１０個住人集裝箱和鉆臺并存，并包含２００

人污水處理裝置。此工況可提供生活支持，且只要將住人集裝箱和污水處理裝置拆除吊裝后，即可滿足平臺鉆完井作業(yè)的需求。（５）電力外輸支持狀態(tài)：平臺上有２００人生活模塊和臨時電站模塊共存。此工況可提供電力外輸支持。圖１

各種作業(yè)支持狀態(tài)２平臺多功能轉換后的穩(wěn)性計算在平臺完成多功能轉換后，需要對整個平臺的完整穩(wěn)性進行計算，驗證其能否滿足規(guī)范要求。以平臺在現存２００人生活模塊基礎上加裝鉆臺后的穩(wěn)性計算為例，驗證其完整穩(wěn)性。６２· 中國海洋

平

臺 第３４卷

第６期的滑移能力和場地需求。平臺主要參數為：平臺型長Ｌ

＝５４

ｍ，平臺型寬Ｂ

＝４９

ｍ，平臺型深

Ｈ

＝５．２

ｍ，油田拖航滿載平均吃水３．４９

ｍ、輕載平均吃水３．４０

ｍ，遠洋拖航滿載平均吃水３．４９

ｍ、輕載平均吃水３．４０

ｍ。圖２

坐標系示例２．１進水口坐標對計入淡水艙和燃油艙的自由液面進行修正。根據有關圖紙，用程序對相對危險的進水口進行計算比較。各個方向容易進水的通風頭進水口坐標如表１所示。表１

進水口坐標風向／（°）進水通風頭ｘ／ｍｙ／ｍｚ／ｍ０鍋爐艙出風３１．００９．００７．４５３０機修間進風２６．００１６．９０６．９５６０機修間進風２６．００１６．９０６．９５９０機修間進風２６．００１６．９０６．９５１２０機修間進風２６．００１６．９０６．９５１５０散料艙出風１１．５３１１．２０７．１０１８０泥漿艙出風８．００２．１７７．２８平臺拖航時，上述通風頭都有可能處于開啟狀態(tài)，根據不同方向角，選取最危險的進水點進行進水角計算。２．２風載荷計算在計算平臺風載荷時，平臺各構件的受風面積及其形心位置以總布置圖為計算依據，并假定受風構件正投影面積的形心即為風力作用中心［３］。拖航狀態(tài)時假定３條樁腿完全升起，鉆井狀態(tài)時平均水深４０

ｍ，工程輔助支持狀態(tài)時平均水深３５

ｍ。樁腿由高７３ｍ、直徑３．２ｍ

的圓柱體樁腿（兩側各附有高０．４ｍ

的齒條）和高１．６５ｍ

的正八面體樁靴組成；前后樁腿中心之間的縱向垂直間距為４１．５

ｍ，左右樁腿中心之間的橫向間距為３７．５

ｍ。根據本平臺的環(huán)境條件要求，平臺的風載荷計算工況如表２所示。表２

平臺風載荷計算工況及計算風速 ｍ／ｓ作業(yè)１

（鉆井）作業(yè)２

（工程支持）風暴自存１（鉆井）風暴自存２（工程支持）遠洋拖航油田拖航３６．０３６．０５１．５５１．５５１．５３６．０對于拖航工況，從０°到１８０°每隔３０°計算１

次平臺所受的風載荷（分０°、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、１８０°等７個方向）；對作業(yè)和自存工況，分別計算平臺橫向（Φ

＝９０°或２７０°）、縱向（Φ

＝０°或１８０°）和斜向（Φ

＝６５．４°或２９４．６°）受風時所受風載荷如圖３所示，與波浪入射方向相同。第６期 李會通

自升式海洋石油平臺多功能轉換 ·

６３·按中國船級社《海上移動平臺入級與建造規(guī)范（２０１６）》（下文簡稱“規(guī)范”）計算平臺拖航狀態(tài)完整穩(wěn)性，用上海交通大學ＰＡＮＢ

穩(wěn)性計算程序進行校核。建立坐標系如圖２

所示，原點位于平臺中心線尾端，ｘ

軸向艏為正，ｙ

軸向左舷為正。圖３

風載荷受風圖規(guī)范中風壓Ｐ

和作用于構件上的風力Ｆ

計算式［４］分別為Ｐ

＝０．６１３×Ｖ２Ｆ

＝

Ｃｈ

×Ｃｓ

×Ｓ×Ｐ（１）（２）式（１）和式（２）中：Ｖ

為設計風速，ｍ／ｓ；Ｃｈ為暴露在風中構件的高度系數；Ｃｓ

為暴露在風中構件的形狀系數；Ｓ

為受風構件的正投影面積，ｍ２。由式（１）和式（２）得出Ｆ

的具體計算式為Ｆ

＝０．６１３×Ｃｈ×Ｃｓ×Ｓ×Ｖ２Ｍ

＝

Ｆ

×Ｚｓ（３）（４）式（３）和式（４）中：Ｆ

為作用于構件上的風載荷，Ｎ；Ｍ

為作用于構件上的風力矩，Ｎ·

ｍ；Ｚｓ

在拖航狀態(tài)時為受風構件形心距平臺一半吃水的垂直距離，ｍ，在作業(yè)和風暴自存狀態(tài)時為受風面積形心距泥面以下３

ｍ

的垂直距離，ｍ。參照平臺風載荷計算書，遠洋拖航（滿載）的風載荷計算結果如表３所示。表３

遠洋拖航（滿載）狀態(tài)風速為５１．５

ｍ／ｓ的風載荷計算結果風向角／（°）風力Ｆ／ｋＮ風力臂Ｌ／ｍ風力矩

Ｍ／（ｋＮ·

ｍ）０２１５８．０２４２５．３９０５４７９２．７５９３０２４５３．３０９２４．７９６６０８３１．０８２６０２５４９．３８３２４．２９０６１９２４．６８８９０２４４７．２２５２５．２７２６１８４５．２６９１２０２５８１．７３７２４．０５７６２１０９．３８９１５０２５０２．７５１２４．３９６６１０５６．２２９１８０２１５８．０２４２５．３９０５４７９２．７５９注：（１）拖航狀態(tài)時的風力矩為風力對平臺一半吃水的力矩；（２）表中數據來自于風載荷計算書２．３拖航狀態(tài)質量重心計算根據原平臺操作手冊計算加裝鉆機的質量、重心，對加裝鉆臺后平臺的滿載拖航質量、重心進行重新核算，如表４所示?！?/p>

６４·中國海洋平

臺第３４卷

第６期表４拖航狀態(tài)質量重心計算結果序號項目質量／ｔＸ

（重心距艉）／ｍＹ

（重心距舯）／ｍＺ

（重心高度）／ｍＧＸ

（縱傾力矩）／（ｔ·ｍ）ＧＹ

（橫傾力矩）／（ｔ·ｍ）ＧＺ

（垂向力矩）／（ｔ·ｍ）１基本空船質量５９１７．１５２３．９７－０．１２１１．９９１４１８２８．２６－６９８．２２７０９５８．５１２鉆臺及井架３９９．３３６．１５０．１０２１．９９２４５７．０８４１．１３８７７９．６７空船質量合計６３１６．４８２２．８４－０．１０１２．６２１４４２８５．３４－６５７．０９７９７３８．１８１燃油１８５．００３７．１５１１．５３１．８０３１５７．７５９８０．０５１５３．００２燃油２８５．００３７．１５－１１．５３１．８０３１５７．７５－９８０．０５１５３．００３淡水１１５０．００１６．４０１７．００２．６０２４６０．００２５５０．００３９０．００４淡水２１３０．００１６．７５－１６．８７０．５０２１７７．５０－２１９３．１０６５．００５艙底水１００．００２３．３０００．１０２３３０．０００１０．００６人員、糧食３０．００４３．００－２．００６．８０１２９０．００－６０．００２０４．００７備品３０．００２０．０００５．８０６００．０００１７４．００８重晶石、水泥灰５０．００２１．５０２１．００６．２０１０７５．００１０５０．００３１０．００９藥劑８０．００２２．０００６．２０１７６０．０００４９６．００１０泥漿２３０．００５．５０００．２０１２６５．０００４６．００１１防噴器２６．００２．００３．００５．６０５２．００７８．００１４５．６０１２海水９０．００９．７５－１１．２５２．５０８７７．５０－１０１２．５０２２５．００１３壓載艙１０２．１７１７．２６２．６００００１４壓載艙２０２．１７－１７．２６２．６００００１５壓載艙１４０４．５０－１１．２５０．８００００可變載荷合計１０８６．００１８．６００．３８２．１８２０２０２．５０４１２．４０２３７１．６０總計７４０２．４８２２．２２－０．０３１１．０９１６４４８７．８４－２４４．６９８２１０９．７８２．４拖航狀態(tài)浮態(tài)計算根據平臺排水量，查靜水力曲線圖的平均吃水、浮心縱向位置、浮心垂向位置、縱穩(wěn)心半徑及漂心縱向位置［５］。（１）每厘米縱傾力矩：Ｍｃｍ＝

Ｄ·ＭＬ／（１００Ｌ）（５）式中：Ｄ

為平臺排水量，ｔ；ＭＬ

＝Ｏ＋Ｊ－Ｑ

。其中：ＭＬ

為縱穩(wěn)心高，ｍ；Ｏ

為浮心高度，ｍ；Ｊ

為縱穩(wěn)心半徑，ｍ；Ｑ

為計算狀態(tài)的重心高度，ｍ。（２）縱傾力矩：Ｍ＝

（Ｘｇ－Ｘｃ）·Ｄ（６）式中：Ｘｇ

為重心縱向位置（通過質量重心計算表得到），ｍ；Ｘｃ

為浮心縱向位置（由靜水力曲線查得），ｍ。（３）橫傾力矩：ＭＴ＝

（Ｙｇ

－Ｙｃ）·Ｄ（７）式中：Ｙｇ

為重心橫向位置（通過質量重心計算表得到），ｍ；Ｙｃ為浮心橫向位置（由靜水力曲線查得），ｍ。（４）艏艉吃水差：·

６５·第６期李會通

自升式海洋石油平臺多功能轉換ΔＴ

＝

Ｍ

／（１００Ｍｃｍ）（８）艏吃水：ＴＦ＝（Ｌ－Ｘｆ）·ΔＴ／Ｌ

＋Ｔ（９）艉吃水：（１０）ＴＡ

＝

－

Ｘｆ·ΔＴ／Ｌ

＋Ｔ式中：Ｘｆ

為漂心距艉，ｍ；Ｔ

為平均吃水，ｍ。注意：縱向是艉前為正，艉后為負；橫向是左舷為正，右舷為負；垂向是基線以上為正，基線以下為負；ΔＴ

增加為＋，減少為－。對該平臺拖航狀態(tài)浮態(tài)進行計算，結果如表５所示。表５

平臺拖航狀態(tài)浮態(tài)計算結果序號項目計算值１排水量／ｔ７４０２．４８２排水體積／ｍ３７２２１．９４３平均吃水／ｍ３．４９４重心距艉／ｍ２２．０４９５浮心距艉／ｍ２３．１７６每厘米縱傾力矩／（ｔ·ｍ）７３．１８７縱傾值／ｍ－１．１３４８漂心距艉／ｍ２３．４７９艏吃水變化／ｍ－０．６４１１０艉吃水變化／ｍ０．４９３１１艏吃水／ｍ２．８４９１２艉吃水／ｍ３．９８３１３重心距平臺底／ｍ１１．０９２１４自由液面修正值／ｍ０．１０６１５初穩(wěn)心高／ｍ３４．０９１１６修正后初穩(wěn)心高／ｍ３３．９８５１７每厘米橫傾力矩／（ｔ·ｍ）５１．５０１２．５

穩(wěn)性計算結果匯總根據以上計算結果，用上海交通大學ＰＡＮＢ

穩(wěn)性計算程序計算平臺完整穩(wěn)性結果如表６所示。表６

拖航狀態(tài)的穩(wěn)性計算結果匯總方向角ω／（°）穩(wěn)性曲線面積／ｍ２風傾曲線面積／ｍ２進水角／（°）衡準數

Ｋ初穩(wěn)心高ｈＧＭ

／ｍ０２．０６９０．２８８１７．２７７．１７＞１．４３３．９８５＞０．１５３０１．６７７０．２６９１３．４９６．２２＞１．４３３．９８５＞０．１５６０１．２１４０．２３２１０．９８５．２３＞１．４３３．９８５＞０．１５９００．８５００．２２８１０．６９３．７３＞１．４３３．９８５＞０．１５１２００．７２７０．２５２１２．２４２．８９＞１．４３３．９８５＞０．１５１５００．８６８０．２３８１１．３３３．６５＞１．４３３．９８５＞０．１５１８０１．０４６０．２２２１２．２２４．７２＞１．４３３．９８５＞０．１５·

６６·中國海洋平

臺第３４卷

第６期圖４平臺現場作業(yè)照片３現場應用及建議目前，上述作業(yè)工況已經在現場得到應用（見圖４），但從現場應用情況來看，還有可改進之處。根據平臺在多功能轉換實踐過程中的關鍵點提出建議如下：（１）平臺需要配備橫、縱滑移系統(tǒng)，保證在功能轉換過程中對作業(yè)場地的不同需求；（２）平臺需要預留好多功能轉換所需要的結構固定、電源等接口，便于隨時拆卸安裝；４（３）平臺在設計過程中需要充分考慮在不同作業(yè)工況下安全、環(huán)保設備設施的配備情況；（４）平臺須保證各種工況下的強度、穩(wěn)性安全要求；（５）平臺操船手冊須涵蓋所要經歷的各種作業(yè)工況并得到

ＣＣＳ相關船檢部門的認可?？?結在當前國際油價低迷的形勢下，多功能平臺可以根據鉆完井、鉆完井工程支持、生活支持以及原油處理、儲存和外輸等各種不同類型的服務需求進行快速功能轉換，以滿足海洋石油裝備發(fā)展的需求。以某自升式平臺為例，對其多功能轉換的內容以及穩(wěn)性計算進行了詳細描述，同時根據平臺在多功能轉換實踐過程中的關鍵點提出了相關建議，為海洋石油大型裝備的發(fā)展提供開拓性的思路與啟示，提供行業(yè)參考依據，適應潮流發(fā)展需求。參考文獻［１］

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