自升式海洋平台大风浪拖航风险评价

［指南］自升式海洋平台大风浪拖航风险评价自升式海洋平台大风浪拖航风险评价交通运输工程刘宝龙李耿摘要:为了避免自升式海洋钻井拖航作业过程中受恶劣天气的严重影响而导致的倾覆、沉没等毁灭性海难事故的发生，本文以模糊综合评价法为基础，结合自升式海洋钻井平台拖航作业及行业评价指标特点，建立风浪要素与风险等级的模糊关系矩阵，得出不同风浪条件下的风险程度，并及时做出预警，为自升式海洋钻井平台拖航作业提供安全保障。关键词:自升式平台;模糊综合评价法;大风浪拖航;风险评价;产品构想引言随着海洋石油工业的迅速发展，自升式海洋钻井平台已成为海洋石油作业的主要装备。由于拖航作业非常频繁且风险性高，因此拖航过程中的事故防控非常具有挑战性。因此，对自升式海洋钻井平台拖航过程进行风险识别、评价，制定消减、控制措施，是保证拖航作业安全进行的重要措施，具有重要的应用价值。本文以“勘探二号”自升式海洋钻井平台为实例，应用模糊综合评价法，然后根据自升式海洋平台的作业特点，建立当时风浪要素与风险等级的模糊关系矩阵，开展了拖航作业的风险分析与评估，并根据分析结果就拖航作业安全保障提出相应建议。1自升式海洋钻井平台简介自升式海洋钻井平台，又称为桩脚式海洋钻井平台，是目前国内外应用最为广泛的钻井平台。自升式海洋钻井平台可分为三大部分;船体，桩靴和升降机构。需要打井时，将桩腿插入或坐入海底，船体还可顺着桩腿上爬，离开海面，工作时可不受海水运动的影响。打完井后，船体可顺着桩腿爬下来，浮在海面上，再将桩脚拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。自升式海洋钻井平台作业水深范围从12/14英尺直至550英尺。大多数自升式钻井平台的作业水深在250至300英尺范围内。自升式钻井平台有两种型式，独立桩腿式和沉垫式。平台稳定站立后，大多数悬臂梁可以将钻台外伸到固定平台，在风大浪急的海面不能进行拖航。2自升式海洋钻井平台拖航作业2.1拖航作业步骤划分根据自升式海洋平台相关操作规程和拖航经验，自升式平台的拖航作业可划分为以下几个步骤：准备工作：在进行拖航作业前要对影响船舶的风、浪、流等环境因素进行风险评估，确定拖航路线和作业态势；同时，人员分工站位明确，拖航作业所需的工具和设备设施准备到位。拖轮和被拖平台拖航前要进行安全检查，符合相关要求和规定后才可进行下一步作业，确保拖航作业顺利进行。拖轮就位：主辅拖轮按预设的靠泊路线控制好船速进入作业区域，在计划的作业态势验证船位保持能力，并修正态势使船舶在最小环境力的影响下保持船位，经验证后，逐渐接近作业位置。在平台拖航之前，主辅拖轮到预定海区抛锚待命，并进行相应的检查和沟通工作。平台与拖轮连接：主辅拖轮移至平台附近，连接缆绳，实现拖船与平台的连接，拖缆拖力应指向并切入航线起点。连接完成后，拖轮抛锚待拖。拖轮加力拖离平台：自升式平台经过降船、冲拔桩、升桩过程后进入适拖状态，平台漂浮，主拖轮加力将平台拖离井组。调整航向角：在辅拖轮的协助下，平台及拖轮实现航向角调整，确保正确的拖航方向。驶入航线：在进入航线后确认无误，开始渐提升拖船速度，加速拖航。拖航：按照预先计划和航迹图航行，将自升式平台拖航至目的井位。2.2拖航作业特点分析及作业过程中的风险识别拖航作业是自升式海洋钻井平台最常用的迁航方式。进行拖航作业时，平台从一个作业地点迁航到另一作业地点，拖航时桩腿全部升起，平台处于漂浮状态，整个平台受风面积大，重心升高，摇摆惯性矩大，对平台的稳性和桩腿的强度影响较大，同时拖航时对整个自升式平台的稳性和自然环境条件要求也很高，因此拖航作业过程中平台的安全性能受到很大挑战。拖航作业过程中的风险识别:天气突变遇强风浪;拖航所用缆绳被拉断失效;拖航时与其它船只发生碰撞或遭遇高速船只路过，其拖带的大浪造成难以预料的危害等。3大风浪天气自升式海洋钻井平台拖航事故案例1979年11月25日凌晨3时30分，石油部海洋石油勘探局“渤海2号”自升式海洋钻井平台在渤海湾迁移拖航作业途中平台倾覆沉没，事故致72人死亡，直接经济损失3700多万元。拖航期间风力8—9级，阵风10级，浪高6-7m，通风筒被打断，使海水得以大量涌进泵舱，致使平台失去平衡，造成翻没。2011年12月18日凌晨2点，俄罗斯远东地区“科拉号”自升式海洋钻井平台由一条拖轮从勘察加半岛附近海域拖往萨哈林岛，并有一破冰船作为辅助拖轮，途中平台一侧舷窗遭海浪和冰块冲击后破损，导致船舱开始进水，20分钟内平台全部沉没。事故致17人死亡，36人失踪。拖航期间风力7-8级，阵风9级，浪高5-6m，温度零下17?C。4模糊综合评价法4.1模糊综合评价简介模糊综合评价是借助模糊数学的一些概念，对实际的综合评价问题提供一些评价的方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。4.2风险度等级的确定为了对船舶前往任务海区航线的安全性进行事先的评价，可采用风险分析的理论和技术方法，对可能的航线进行安全评价。根据对船舶的调查，可将其安全性划分为3个等级，见表4.2。表4.2风险度等级及其含义风险度等IIIIII级名称有较小风险有较大风险风险极大船舶可在此状态下拖航，对船舶安全存在较大威对船舶安全存在严含义但应注意在必要时，须严胁，船舶应尽可能避免重威胁，船舶应完全格遵守大风浪拖航的有较长时间在此状态下拖避免在此状态下拖关规定航航4.3风浪情况对自升式海洋钻井平台拖航安全影响的调查使用专家经验评定的方法，可得到自升式海洋钻井平台在不同大风浪状态下、达到不同安全等级的概率。在本文中，大风等级分为?7级、8级、9级、和10级、＞10级，共5种状态;大浪等级分为＜2m、2-3m、3-4m、4-5m和?5m，共5种状态。这样，在不同等级的大风或大浪的作用下，分别可出现5种不同风浪的拖航状态。由此，可分别得到平台拖航时的安全等级与风和浪这两个影响因子之间的模糊隶属关系。各级风险的隶属度见表4.3。表4.3隶属度0.00.1-0.40.50.6-0.91.0含义不可能？减小临界增大？必定4.4建立风浪要素与风险等级的模糊关系矩阵模糊关系矩阵如下IIIIII1.00.10.0风力，7级或浪高,2m，，,,0.80.30.1风力8级或浪高2-3m,,,,R,0.40.70.4风力9级或浪高3-4m(t),,0.10.30.8风力10级或浪高4-5m,,,,0.00.11.0风力，10级或浪高,6m，，当?7级风或＜2m浪高时，最大隶属度为1.0，隶属于一级风险，风险较小，在此海况下可以拖航；当8级风或2-3m浪高时，最大隶属度为0.8，隶属于一级风险，风险较小，在此海况下可以选择拖航，但要严格遵守大风浪航行的有关规定；当9级风或3-4m浪高时，最大隶属度为0.7，隶属于二级风险，风险较大，在此海况下应视平台自身大风浪自存工况来选择是否拖航，如需拖航，应避免时间过长；当10级风或4-5m浪高时，最大隶属度为0.8，隶属于三级风险，风险极大，应避免在此状态下拖航；当＞10级风或?6m浪高时，最大隶属度为1.0，隶属于三级风险，风险极大，对船舶安全存在严重威胁，在此海况下不可拖航。5“勘探二号”自升式钻井平台拖航作业实例中石化集团公司“勘探二号”自升式钻井平台计划于2005年10月18日自渤海“堤北油田”调遣到南海北部湾执行海洋勘探任务。拖航期间由“东方勇士2”主拖，“东方勇士3”护航。18日08:00平台起拖，此时风力5-6级，风险较小，可以拖航。19日收到气象预报，21日强冷空气将会影响渤海、黄海，NE风，最大风力可达910级，浪高56m，此条件下继续拖航风险较大。平台到达预定位置后需插桩、压载、排水升台，整个过程要花1520小时才能完成整个作业，于是21日02:00平台到达预定位置并完成整个插桩等作业，平台升台到气隙8m后（该状态平台级风），“东方勇士2”拖轮解拖吗，并在平台附近待命。22日04:00风力逐可抗15渐减小，12:00，N风5-6级，浪高1.5m左右，且预报未来5天吴冷空气影响，这时，平台开始降台、冲桩、拔桩，“东方勇士2”拖轮接妥后，在“东方勇士3”护航下，又开始进入正常拖航状态。6自升式海洋平台大风浪拖航风险评价预警产品6.1产品的构想首先，将ECDIS（电子海图显示与信息系统）作为传感器接入产品，提供航行海图。其次，需要海洋气象预报服务的支持，包括不同海区范围的风速等级和浪高，钻井平台接受气象预报的装置可以做为一种传感器，自动将24h或48h的气象要素实时地输入给产品，根据气象要素（风速、浪高）、风险等级的确定标准，基于模糊综合评价法原理，自动分析计算出海区各处风和浪的风险等级，两者中取最大者，一级风险用黄色表示，二级风险用橙色表示，三级风险则用红色表示。这样，海区会被分块成红、橙、黄三种颜色。此外，产品有在可航渡区域内自动识别危险航线并设计出一条最短安全航线的作用，根据海上气象要素的动态变化，实时调整和优化航线。最后，产品可供人工选择是否接受二级风险的功能，一级风险默认为安全，可以拖航，三级风险默认为绝对不可以拖航，产品在自动设计航线时会避开三级风险红色区。6.2产品的运行自升式海洋钻井平台本身无自航能力，在一个井位工作完毕移位时需要拖轮进行拖航，这就需要在节约经济的基础上设计出一条安全的最短航线。因为产品有ECDIS和接受气象服务装置（如NEVTEX等）做为传感器，所以在海图显示界面上，本船位置是已知的，并会显示在海图上，只需人工设置目的点，也就是要移位处，产品会默认不接受二级风险，自动设计出避开二级、三级风险区域的最短航线，如果人工设置可以接受二级风险，产品则会自动设计出只避开三级风险的最短航线。如果拖航途中，接收的气象要素有变动，产品会自动调整和优化航线，为平台提供拖航向导和安全保障。以上只是对产品的一种构想，具体产品软件的开发有待进一步去探索和研究。7结论与展望自升式海洋平台拖航作业过程涉及到操纵性、耐波性以及水动力理论等多个学科，是一个系统工程。因其极易受设备、航道以及天气等多方面因素的影响，作业过程的安全性愈来愈受到海洋工程界的重视。针对海洋拖航作业过程涉及到的天气风险因素进行识别、评价并制定相应的安全控制措施、研制开发为驾驶员提供拖航安全保障的软件产品等是需要研究的重要课题之一。由于海上天气风险因素的不确定性和随机性，基于模糊综合评价法分析出的风险隶属度具有一定误差，因此，应加强对风险因素量化分析方法的研究;再之，对于风险评估中风险标准的建立，我国业内还没有统一的规定，而许多发达国家和国际组织都制定了相关行业的风险标准，希望我国有关行业部门和组织能引起重视，尽快制定相关的风险标准，为风险评估工作提供一个良好的尺度。最后，希望与本文构想相关的软件产品有一天可以开发研制出来，为海洋平台