自升式钻井平台

李晓波

[摘 要]近年来，隨着经济和科技水平的飞速发展，世界各国对天然气、石油等能源的需求也越来越大。自升式钻井平台广泛应用于近海油气资源开发。随着设计开发和研究的不断深入，其应用已逐步向中等水深过渡。本文通过“海洋石油923”及“海洋石油924”自升式钻井平台的监造实践，对电缆敷设、设备安装、电站及发电机的检验方法进行了总结，提出了在检验中需要注意的问题，为今后建造和监造船舶和大型海洋工程项目提供了参考和借鉴。

[关键词]自升式钻井；平台；建造；轮机检验

中图分类号：G647.38 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0227-01

1 导言

在社会科技飞速发展的大背景下对天然气、石油等资源的需求量越来越大。石油和天然气等能源的开发与勘探已经从陆地向深海区转移。自升式钻井平台与传统固定的海上平台相比，需要更多的建造投资，技术难度和风险也相应提高。自升式钻井平台通常为方形（四桩腿）或三角形（三桩腿）主船体，通过升降及锁紧机构与桩腿相连。桩腿通常分为壳体式和桁架式两类，壳体式桩腿（圆柱或方柱）一般只用于60-70m以下的水深，而深水自升式平台一般都使用桁架式桩腿。平台就位后，桩腿从围井区下放，桩靴（或沉垫）插入海底，主船体抬升离开水面并预留一定气隙。平台工作时，悬臂梁结构外伸配合钻台就位，实施钻探作业。

2 船级社规范研究

从目前主流的自升式平台来看，主要的入级审查都集中于ABS和DNV-GL。近年来，随着大量中国船厂进入建造市场，CCS也在审查领域积累了较多经验和案例，逐步开发并完善了相应入级审查规范规则。现就近年新增的一些设计及审查要求进行介绍和讨论。

随着自升式平台的作业水深不断加大，其桁架式桩腿设计由于整体刚性偏弱，在受到环境载荷作用下时，平台会产生不可低估的动态响应和附加载荷作用。因此，各大船级社规范均对平台设计提出增加动态响应和P-Δ效应计算的要求，并给出几种推荐做法。从目前已开展的项目分析情况来看，以400ft（121.92m）桩腿的JU2000E/CJ50自升式平台为例，按照规范推荐的保守方法计算，平台动态响应和P-Δ效应所带来的附加载荷可达平台桩腿设计总载荷的30%左右。从载荷作用模式分析，桩腿越长则刚度越弱，桩腿结构固有频率如果接近波浪载荷周期，则易受激振力影响。此外，平台水平偏移量增加以及平台主船体自重增加，均会增加P-Δ效应。由此可见，该项内容的增加，对平台桩腿设计提出了相当高的要求，能确保自升式平台在恶劣海况下工作和生存的安全。

DNV-GL在自升式平台规范和指南（OS-C1042012、OSS-C1042012、RP-C1042012）中，根据平台设计的发展，补充了高强度钢的使用说明；同时结合其审核及研究经验，给出P-Δ效应、桩腿特性等一系列简化估算方法介绍，便于设计者在设计初期应用。

针对自升式平台就位后需移动平台上较多大型结构以满足作业要求的情况，ABS特别增加章节（ABSMODU20123-1-2），提出关键区域图纸（CriticalStructuralArea）的审查和检验要求。在图纸和计算审查方面以及现场建造和检验环节，均对重点区域（诸如升降机构室及其加强、悬臂梁轨道及其加强、桩腿及桩靴连接区域、桩腿上的管节点、桩腿齿条板对接位置等）加以关注和跟踪，确保平台安全可靠。

3 自升式钻井平台建造过程中的轮机检验

3.1 电缆的敷设检验

电缆的敷设检验是十分重要的一个部分。电缆一般由绝缘体、绝缘带、导体、中间介质填充物、外护套、铠装、护套这几部分组成。在敷设工艺上，应注意以下几点。

（1） 聚氯己烯制成的电缆不允许使用在冷藏舱内，冷藏舱的低温会在很大程度上降低此种电缆的绝缘性能。另外，锅炉舱哪的电缆应全部采用明线敷设的方式。

（2） 电缆离蒸汽管及其法兰、锅炉和电阻器等热源的距离应大于或者等于100毫米，距离小于100毫米就需要考虑采取有效的隔热措施。电缆上不允许喷涂泡沫塑料等隔热材料，在隔热绝缘层不允许设有电缆敷设。

（3） 电缆穿过浇铸型电缆筒，电缆与电缆或者电缆与筒壁之间应留有一定的间隙，不应将电缆都聚集在电缆筒中间。另外，电缆的外径总截面积不能超过电缆内径面积的百分之三十。在电缆敷设检验的过程中，应该注意各个处所实际的防火分隔要求，确保防火贯通件和填料满足要求，排除一定的安全隐患。

3.2 风力计算与修正

风载荷是自升式平台的主要控制载荷，其计算评估方法主要有规范计算、数值模拟和风洞试验。现行规范在计算风载荷时主要采用面积投影法，不考虑空气动力学干扰的影响，结果偏于保守，通常比风洞试验结果大10%-30%。相对而言，风洞试验能更好地反映空气动力学干扰（即不同结构构件之间的风场干扰引起的风载荷变化以及结构的遮蔽效应等），其结果更为可靠，尤其对于直升机平台等侧向投影面积较小但实际对总体风载荷影响较大的结构，只有经过风洞试验才能更真实反映其对风载荷的影响。数值模拟需要丰富的经验才能保证一定的精度，其精度受湍流模型的选取影响较大，通常需要与试验或实测结果对比调整后才能保证结果的可靠性。

3.3 电气设备的安装检验

（1） 电气设备安装在相应的处所，首先应考虑其防护等级，即IPxx。例如在露天甲板（存在大量进水危险）安装一台风机，应首先检查这台风机防护等级是否为IP56。

（2） 电气设备不应贴近油舱，油柜或双层底储油舱等外壁表面安装。若必需安装时，则电气设备与此类舱壁表面之间，至少应有50mm的距离，但在工作时能产生高温的电气设备，严禁在上述油舱、油柜外壁表面安装。

（3） 危险区内安装的电气设备不仅要求施工质量满足相关的标准规范，符合相应的防爆要求，而且要求所选用电气设备防爆等级与其所安装的危险区等级相一致。

3.4 船舶电站和发电机的检验

在船舶发电机和配电板的检验中，首先应该注意配电板和发电机及其电缆的安装。主配电板应和主发电机组位于同一主竖区内，如机舱、设在机舱内的控制室或集中控制室。主配电板应尽量避开湿度和油气较大的位置，不得直接安装在机舱底层甲板上，若无法避免时，主配电板底部应设有紧密的底板，电缆贯穿底板必须具有水密的贯穿工艺。主配电板的前后通道上均应铺设有防油、防滑和绝缘的地毯或格栅板。主配电板的前后应设有坚固的绝缘手柄。电缆进入主配电板处应设有防止漏水沿着电缆进入配电板内部的措施，例如在电缆进口处填上水密填料，建议电缆由配电板下部进入主配电板。主配电板内部的引线应成束固定在配电板的骨架上，并注意和主汇流排保持一定的距离，远离发热元件。在具体进行发电机和配电板试验时，首先应该测量发电机的冷态绝缘，分别测量定子绕组的三相对地绝缘，均应不小于1MΩ。第二步是进行发电机ACB长延时和短延时脱扣试验，通过模拟试验，检验主配电板空气断路器在发电机过载和短路情况下的保护能力。在发电机额定电流125%-135%时，延时15-30秒断路器分断，在发电机电流为额定电流的200%～250%，原则上为瞬时脱扣，延时时间应不大于0.6秒。

4 结束语

综上所述，海洋是人类发展过程中的重要资源。随着近年来陆地资源出现短缺的问题，陆地环境恶化的情况十分严重，石油和天然气等能源的开发与勘探已经由陆地向深海区转移，各国都提高了对海洋资源开发的重视程度。深入研究自升式平台的动态分析技术和风载荷评估技术，并进一步结合模型试验、流体计算、甚至现场实测数据等，进行平台设计优化。

参考文献：

[1] 谢智康，李辉.自升式钻井平台轮机特殊系统简介[J].船舶设计通讯，2011，02：50-53.

[2] 童复兴.自升式海上石油钻井平台的桩靴修理[J].中国海洋平台，1991，06：33-36.