自升式海洋石油平台多功能转换

第３４卷第６期２０１９年１２月中国海洋平

台ＣＨＩＮＡ

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

李会通（１９８４－），男，工程师，主要研究方向为海洋石油平台机械设备，Ｅ－ｍａｉｌ：５７４６３３８６３＠ｑｑ．ｃｏｍ文章编号：１００１－４５００（２０１９）０６－００６１－０７自升式海洋石油平台多功能转换李会通（中海油能源发展股份有限公司

工程技术分公司，天津３００４５０）摘

要：在当前国际油价低迷的背景下，根据石油行业需求及作业需要，对海洋石油平台提出多功能转换的需求。对海洋石油开发过程中各个阶段的不同需求进行阐述，以某平台为例，介绍其各种不同作业工况，并以其中一种功能形式转换为例，通过专业软件模拟分析，推证该作业工况下平台的稳性满足规范要求。关键词：海洋石油平台；自升式；多功能转换；稳性中图分类号：ＴＥ９５１ 文献标志码：ＡＭｕｌｔｉ－ＦｕｎｃｔｉｏｎＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＳｅｌｆ－ＥｌｅｖａｔｉｎｇＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌＰｌａｔｆｏｒｍＬＩＨｕｉｔｏｎｇ（ＣＮＯＯＣＥｎｅｒＴｅｃｈＤｒｉｌｌｉｎｇ＆

ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｏｉｌｐｒｉｃｅｓｌｕｍｐ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｏｉｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｅｅｄｆｏｒｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｏｆｆ－ｓｈｏｒｅｏｉｌｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔａｋｅｎｏｎｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｆｏｒｍｓａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｃａｎｂｅｖｅｒｉｆｉｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｃｏｄｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｂｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｐｌａｔｆｏｒｍ；ｓｅｌｆ－ｅｌｅｖａｔｉｎｇ；ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ０引 言在海上石油工业的发展进程中，自升式海洋石油平台一直发挥着重要的作用。一口油气井的开采过程涉及多个阶段，包括前期钻探、导管架安装、钻开发井和完井、生产模块安装，以及后期的钻调整井、修井作业等各种不同的作业类型［１］。在开展每项作业的过程中，需提供钻完井、钻完井工程辅助支持、生活支持，以及原油处理、储存和外输等各种不同类型的服务。在当前石油市场低迷的情况下，自升式海洋石油平台能根据行业需求，快速实现平台的多功能升级转换，是保证其在竞争日益激烈的市场中获得一席之地的重要法宝［２］。１平台概况１．１平台主要参数某国内自升式海洋石油平台拥有悬臂梁纵移、钻台横移和纵移等３个滑移系统，可保证不同作业工况下１．２平台多功能转换该平台可实现以下几种作业工况（见图１）。（１）钻井状态：平台上有钻台及钻井设备。（２）工程支持１状态：平台上有２００人生活模块及相应设施，没有钻台及钻台以上设备。此工况可提供生活支持，同时由于没有安装钻台，可保证提供足够的场地支持。（３）工程支持２状态：平台上有２００人生活模块和钻台并存，并包含２００人生活模块的相应设施。此工况可提供生活支持，但由于钻台的存在，限制了场地支持的能力。（４）工程支持３状态：平台上有１０个住人集装箱和钻台并存，并包含２００

人污水处理装置。此工况可提供生活支持，且只要将住人集装箱和污水处理装置拆除吊装后，即可满足平台钻完井作业的需求。（５）电力外输支持状态：平台上有２００人生活模块和临时电站模块共存。此工况可提供电力外输支持。图１

各种作业支持状态２平台多功能转换后的稳性计算在平台完成多功能转换后，需要对整个平台的完整稳性进行计算，验证其能否满足规范要求。以平台在现存２００人生活模块基础上加装钻台后的稳性计算为例，验证其完整稳性。６２· 中国海洋

平

台 第３４卷

第６期的滑移能力和场地需求。平台主要参数为：平台型长Ｌ

＝５４

ｍ，平台型宽Ｂ

＝４９

ｍ，平台型深

Ｈ

＝５．２

ｍ，油田拖航满载平均吃水３．４９

ｍ、轻载平均吃水３．４０

ｍ，远洋拖航满载平均吃水３．４９

ｍ、轻载平均吃水３．４０

ｍ。图２

坐标系示例２．１进水口坐标对计入淡水舱和燃油舱的自由液面进行修正。根据有关图纸，用程序对相对危险的进水口进行计算比较。各个方向容易进水的通风头进水口坐标如表１所示。表１

进水口坐标风向／（°）进水通风头ｘ／ｍｙ／ｍｚ／ｍ０锅炉舱出风３１．００９．００７．４５３０机修间进风２６．００１６．９０６．９５６０机修间进风２６．００１６．９０６．９５９０机修间进风２６．００１６．９０６．９５１２０机修间进风２６．００１６．９０６．９５１５０散料舱出风１１．５３１１．２０７．１０１８０泥浆舱出风８．００２．１７７．２８平台拖航时，上述通风头都有可能处于开启状态，根据不同方向角，选取最危险的进水点进行进水角计算。２．２风载荷计算在计算平台风载荷时，平台各构件的受风面积及其形心位置以总布置图为计算依据，并假定受风构件正投影面积的形心即为风力作用中心［３］。拖航状态时假定３条桩腿完全升起，钻井状态时平均水深４０

ｍ，工程辅助支持状态时平均水深３５

ｍ。桩腿由高７３ｍ、直径３．２ｍ

的圆柱体桩腿（两侧各附有高０．４ｍ

的齿条）和高１．６５ｍ

的正八面体桩靴组成；前后桩腿中心之间的纵向垂直间距为４１．５

ｍ，左右桩腿中心之间的横向间距为３７．５

ｍ。根据本平台的环境条件要求，平台的风载荷计算工况如表２所示。表２

平台风载荷计算工况及计算风速 ｍ／ｓ作业１

（钻井）作业２

（工程支持）风暴自存１（钻井）风暴自存２（工程支持）远洋拖航油田拖航３６．０３６．０５１．５５１．５５１．５３６．０对于拖航工况，从０°到１８０°每隔３０°计算１

次平台所受的风载荷（分０°、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、１８０°等７个方向）；对作业和自存工况，分别计算平台横向（Φ

＝９０°或２７０°）、纵向（Φ

＝０°或１８０°）和斜向（Φ

＝６５．４°或２９４．６°）受风时所受风载荷如图３所示，与波浪入射方向相同。第６期 李会通

自升式海洋石油平台多功能转换 ·

６３·按中国船级社《海上移动平台入级与建造规范（２０１６）》（下文简称“规范”）计算平台拖航状态完整稳性，用上海交通大学ＰＡＮＢ

稳性计算程序进行校核。建立坐标系如图２

所示，原点位于平台中心线尾端，ｘ

轴向艏为正，ｙ

轴向左舷为正。图３

风载荷受风图规范中风压Ｐ

和作用于构件上的风力Ｆ

计算式［４］分别为Ｐ

＝０．６１３×Ｖ２Ｆ

＝

Ｃｈ

×Ｃｓ

×Ｓ×Ｐ（１）（２）式（１）和式（２）中：Ｖ

为设计风速，ｍ／ｓ；Ｃｈ为暴露在风中构件的高度系数；Ｃｓ

为暴露在风中构件的形状系数；Ｓ

为受风构件的正投影面积，ｍ２。由式（１）和式（２）得出Ｆ

的具体计算式为Ｆ

＝０．６１３×Ｃｈ×Ｃｓ×Ｓ×Ｖ２Ｍ

＝

Ｆ

×Ｚｓ（３）（４）式（３）和式（４）中：Ｆ

为作用于构件上的风载荷，Ｎ；Ｍ

为作用于构件上的风力矩，Ｎ·

ｍ；Ｚｓ

在拖航状态时为受风构件形心距平台一半吃水的垂直距离，ｍ，在作业和风暴自存状态时为受风面积形心距泥面以下３

ｍ

的垂直距离，ｍ。参照平台风载荷计算书，远洋拖航（满载）的风载荷计算结果如表３所示。表３

远洋拖航（满载）状态风速为５１．５

ｍ／ｓ的风载荷计算结果风向角／（°）风力Ｆ／ｋＮ风力臂Ｌ／ｍ风力矩

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）拖航状态时的风力矩为风力对平台一半吃水的力矩；（２）表中数据来自于风载荷计算书２．３拖航状态质量重心计算根据原平台操作手册计算加装钻机的质量、重心，对加装钻台后平台的满载拖航质量、重心进行重新核算，如表４所示。·

６４·中国海洋平

台第３４卷

第６期表４拖航状态质量重心计算结果序号项目质量／ｔＸ

（重心距艉）／ｍＹ

（重心距舯）／ｍＺ

（重心高度）／ｍＧＸ

（纵倾力矩）／（ｔ·ｍ）ＧＹ

（横倾力矩）／（ｔ·ｍ）ＧＺ

（垂向力矩）／（ｔ·ｍ）１基本空船质量５９１７．１５２３．９７－０．１２１１．９９１４１８２８．２６－６９８．２２７０９５８．５１２钻台及井架３９９．３３６．１５０．１０２１．９９２４５７．０８４１．１３８７７９．６７空船质量合计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舱底水１００．００２３．３０００．１０２３３０．０００１０．００６人员、粮食３０．００４３．００－２．００６．８０１２９０．００－６０．００２０４．００７备品３０．００２０．０００５．８０６００．０００１７４．００８重晶石、水泥灰５０．００２１．５０２１．００６．２０１０７５．００１０５０．００３１０．００９药剂８０．００２２．０００６．２０１７６０．０００４９６．００１０泥浆２３０．００５．５０００．２０１２６５．０００４６．００１１防喷器２６．００２．００３．００５．６０５２．００７８．００１４５．６０１２海水９０．００９．７５－１１．２５２．５０８７７．５０－１０１２．５０２２５．００１３压载舱１０２．１７１７．２６２．６００００１４压载舱２０２．１７－１７．２６２．６００００１５压载舱１４０４．５０－１１．２５０．８００００可变载荷合计１０８６．００１８．６００．３８２．１８２０２０２．５０４１２．４０２３７１．６０总计７４０２．４８２２．２２－０．０３１１．０９１６４４８７．８４－２４４．６９８２１０９．７８２．４拖航状态浮态计算根据平台排水量，查静水力曲线图的平均吃水、浮心纵向位置、浮心垂向位置、纵稳心半径及漂心纵向位置［５］。（１）每厘米纵倾力矩：Ｍｃｍ＝

Ｄ·ＭＬ／（１００Ｌ）（５）式中：Ｄ

为平台排水量，ｔ；ＭＬ

＝Ｏ＋Ｊ－Ｑ

。其中：ＭＬ

为纵稳心高，ｍ；Ｏ

为浮心高度，ｍ；Ｊ

为纵稳心半径，ｍ；Ｑ

为计算状态的重心高度，ｍ。（２）纵倾力矩：Ｍ＝

（Ｘｇ－Ｘｃ）·Ｄ（６）式中：Ｘｇ

为重心纵向位置（通过质量重心计算表得到），ｍ；Ｘｃ

为浮心纵向位置（由静水力曲线查得），ｍ。（３）横倾力矩：ＭＴ＝

（Ｙｇ

－Ｙｃ）·Ｄ（７）式中：Ｙｇ

为重心横向位置（通过质量重心计算表得到），ｍ；Ｙｃ为浮心横向位置（由静水力曲线查得），ｍ。（４）艏艉吃水差：·

６５·第６期李会通

自升式海洋石油平台多功能转换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

为漂心距艉，ｍ；Ｔ

为平均吃水，ｍ。注意：纵向是艉前为正，艉后为负；横向是左舷为正，右舷为负；垂向是基线以上为正，基线以下为负；ΔＴ

增加为＋，减少为－。对该平台拖航状态浮态进行计算，结果如表５所示。表５

平台拖航状态浮态计算结果序号项目计算值１排水量／ｔ７４０２．４８２排水体积／ｍ３７２２１．９４３平均吃水／ｍ３．４９４重心距艉／ｍ２２．０４９５浮心距艉／ｍ２３．１７６每厘米纵倾力矩／（ｔ·ｍ）７３．１８７纵倾值／ｍ－１．１３４８漂心距艉／ｍ２３．４７９艏吃水变化／ｍ－０．６４１１０艉吃水变化／ｍ０．４９３１１艏吃水／ｍ２．８４９１２艉吃水／ｍ３．９８３１３重心距平台底／ｍ１１．０９２１４自由液面修正值／ｍ０．１０６１５初稳心高／ｍ３４．０９１１６修正后初稳心高／ｍ３３．９８５１７每厘米横倾力矩／（ｔ·ｍ）５１．５０１２．５

稳性计算结果汇总根据以上计算结果，用上海交通大学ＰＡＮＢ

稳性计算程序计算平台完整稳性结果如表６所示。表６

拖航状态的稳性计算结果汇总方向角ω／（°）稳性曲线面积／ｍ２风倾曲线面积／ｍ２进水角／（°）衡准数

Ｋ初稳心高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·中国海洋平

台第３４卷

第６期图４平台现场作业照片３现场应用及建议目前，上述作业工况已经在现场得到应用（见图４），但从现场应用情况来看，还有可改进之处。根据平台在多功能转换实践过程中的关键点提出建议如下：（１）平台需要配备横、纵滑移系统，保证在功能转换过程中对作业场地的不同需求；（２）平台需要预留好多功能转换所需要的结构固定、电源等接口，便于随时拆卸安装；４（３）平台在设计过程中需要充分考虑在不同作业工况下安全、环保设备设施的配备情况；（４）平台须保证各种工况下的强度、稳性安全要求；（５）平台操船手册须涵盖所要经历的各种作业工况并得到

ＣＣＳ相关船检部门的认可。总 结在当前国际油价低迷的形势下，多功能平台可以根据钻完井、钻完井工程支持、生活支持以及原油处理、储存和外输等各种不同类型的服务需求进行快速功能转换，以满足海洋石油装备发展的需求。以某自升式平台为例，对其多功能转换的内容以及稳性计算进行了详细描述，同时根据平台在多功能转换实践过程中的关键点提出了相关建议，为海洋石油大型装备的发展提供开拓性的思路与启示，提供行业参考依据，适应潮流发展需求。参考文献［１］

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