深水半潛式鉆井平臺錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試工藝研究

李 東 亮

（中海油研究總院，北京 100027）

0 引 言

深水半潛式鉆井平臺通常配備的定位系統(tǒng)有錨泊定位和動力定位兩種，或者兩種組合的定位系統(tǒng)。在兩種定位系統(tǒng)都適用的作業(yè)水深工況下，錨泊定位系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。無論是初期投資還是使用和維護(hù)費用，相比動力定位系統(tǒng)均具有明顯的優(yōu)勢，尤其是在鉆（建）井周期較長、天氣和海況惡劣（比如臺風(fēng)、寒潮頻發(fā)季節(jié)）的條件下進(jìn)行作業(yè)，采用錨泊定位系統(tǒng)或錨泊定位系統(tǒng)加 DP（動力定位）輔助定位模式，其作業(yè)成本將會大幅度降低。隨著作業(yè)進(jìn)入深水和超深水，對錨泊定位系統(tǒng)安裝精度要求大大提高，系統(tǒng)更加復(fù)雜。

1 錨泊定位系統(tǒng)組成及功能

深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”配備了目前世上最先進(jìn)的錨泊定位系統(tǒng)，在作業(yè)水深500m時，使用12根長1750m直徑為84mm的R4錨鏈組成的12點輻射狀錨泊定位系統(tǒng)，分為4組，分別布置在平臺主甲板的左前、左后、右前、右后四個角落區(qū)域；作業(yè)水深在 500～1500m時，則采用錨鏈跟合成纖維的組合形式。所有的錨鏈都存儲在立柱的錨鏈艙中，每個艙3根，每根的破斷負(fù)荷是8418kN。圖1為左前角落的錨機(jī)布置。

該錨泊定位系統(tǒng)具有電機(jī)模式下的高低速收拋錨、動態(tài)模式下的高速拋錨、錨泊定位模式、應(yīng)急釋放錨鏈、應(yīng)急停止等主要功能。

每組錨機(jī)布置包含3臺鏈輪裝置，錨機(jī)一次只能操作一臺錨鏈輪，錨機(jī)的操作是由位于錨機(jī)附近的操作室來控制的。左邊錨鏈輪、中間錨鏈輪、右邊錨鏈輪通過中間驅(qū)動軸連接至齒輪箱，其連接是通過液壓操作離合器來實現(xiàn)的。其連接指令又是通過操作人員從控制室控制面板發(fā)出相應(yīng)的操作指令后傳輸?shù)絇LC控制柜，再由PLC控制柜的控制邏輯發(fā)送給 HPU（液壓動力裝置），HPU響應(yīng)后離合器處的液壓油缸完成此動作。在平臺每個角落的每組錨機(jī)甲板下方，設(shè)置有一臺PLC控制柜、HPU和一組UPS。PLC控制柜用來控制錨泊系統(tǒng)所有的輔助功能，諸如啟動HPU、控制面板等等；HPU為剎車帶、傳動剎車、齒輪箱換擋以及齒輪箱和錨鏈輪上離合器的操作提供液壓動力；UPS則用來在失電工況下執(zhí)行應(yīng)急釋放功能，其控制可以通過操作人員按下在錨機(jī)控制室智能操作椅或者平臺中控室的錨機(jī)應(yīng)急釋放控制面板上的應(yīng)急釋放按鈕后，指令通過UPS（不間斷電源）供電線路先后從PLC控制柜-HPU-錨鏈輪剎車帶液壓控制缸動作后完成。

拋錨、收錨工作時齒輪箱是通過變頻控制交流電動機(jī)來驅(qū)動的。其控制是通過操作人員從錨機(jī)控制室控制面板發(fā)出收拋錨指令后，經(jīng)PLC控制柜傳輸給平臺鉆井配電板間VSD（變速驅(qū)動），VSD根據(jù)與錨機(jī)控制系統(tǒng)匹配好的控制程序啟動，并提供電機(jī)運轉(zhuǎn)需要的電、扭矩和轉(zhuǎn)速，主電機(jī)轉(zhuǎn)動后再通過相應(yīng)的液壓離合來驅(qū)動齒輪箱工作。

因此，在錨泊定位系統(tǒng)按照廠家要求完成安裝后，需要對整套系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試工作來確保系統(tǒng)的安裝正確以及各個功能的實現(xiàn)。調(diào)試工作可根據(jù)如下順序完成：電纜接線信號檢查、液壓和噴淋冷卻管線信號檢查、錨泊系統(tǒng)控制程序與鉆井配電板間 VSD匹配、錨泊系統(tǒng)與平臺中控系統(tǒng)通訊匹配、錨泊定位系統(tǒng)報警測試、功能測試以及錨機(jī)拉力試驗。

由于受碼頭系泊水深小于 50m的限制，錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試分為在碼頭完成不帶錨鏈工況下的報警測試、功能測試以及帶錨鏈工況下的拉力試驗；海上完成收拋錨、錨抓力試驗、錨泊定位測試。

2 調(diào)試前準(zhǔn)備工作

系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試工作之前，需要完成如下準(zhǔn)備工作：

2.1 錨機(jī)準(zhǔn)備

1) 錨機(jī)廠家檢查設(shè)備安裝控制的精度；

2) 確認(rèn)油壓及油位在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

2.2 管路準(zhǔn)備

1) 在做任何壓力測試之前，應(yīng)確保外部管子已經(jīng)沖洗到指定的清潔度要求，在所有的接口被正確的清潔后與錨機(jī)的管子連接；

2) 液壓管線系統(tǒng)應(yīng)該被正確和完整地安裝；

3) 液壓管必須在清洗到NAS 7級后工作，并備有相應(yīng)的證明文件。

2.3 噴淋系統(tǒng)準(zhǔn)備

1) 確認(rèn)管子以及噴嘴按照廠家說明，被正確地安裝；

2) 檢查噴淋系統(tǒng)用來控制海水服務(wù)系統(tǒng)閥的到ICS（Integrated Control System）的控制和接口，海水增壓泵啟動/停止控制并且特定錨機(jī)區(qū)域的閥是可操作的；

圖1 左前角落的錨機(jī)布置

3) 確認(rèn)當(dāng)應(yīng)急釋放動作時（模擬），水噴淋的吸入閥也動作。

2.4 電氣準(zhǔn)備

確認(rèn)錨機(jī)各用電設(shè)備電氣隔離并可用。

2.5 PLC控制柜進(jìn)出信號測試

1) 根據(jù)廠家的I/O列表測試所有的信號；

2) 存儲所有的信號至PLC控制柜；

3) 存儲所有的信號與計算值至顯示終端；

4) 根據(jù)遙控檢測信號文件存儲所有的遙控檢測信號至PLC控制柜；

5) 確認(rèn)在ESD（應(yīng)急關(guān)斷）情況下所有未經(jīng)驗證的線路斷開。

3 錨泊定位系統(tǒng)調(diào)試工藝

3.1 報警測試

系統(tǒng)報警作為錨泊定位系統(tǒng)正常運行工作的保障，因此調(diào)試過程中需要對錨泊定位系統(tǒng)的各個部件運轉(zhuǎn)正常與否以及線路傳輸正確與否進(jìn)行報警測試。主要包括HPU報警、傳輸報警、錨機(jī)報警、VSD報警、應(yīng)急停止報警、應(yīng)急釋放報警、ESD報警以及系統(tǒng)報警測試。

3.2 功能測試（不帶錨鏈工況下）

進(jìn)行功能測試之前，需要先分別從錨機(jī)控制室和齒輪箱按下應(yīng)急停止按鈕完成初步應(yīng)急剎車測試，以便在測試過程中出現(xiàn)任何問題時能夠應(yīng)急停止，項目有：1) 液壓動力裝置關(guān)閉；2) 變速驅(qū)動VSD停止；3) 關(guān)閉加熱器；4) 散熱器關(guān)閉；5) 剎車帶動作。

功能測試包括：收拋錨測試、拋出、拉進(jìn)速度和長度測試、動態(tài)拋出模式測試、錨泊模式測試、應(yīng)急釋放測試（可用液壓動力裝置完成或僅用液壓動力裝置的蓄能器提供動力完成）、應(yīng)急剎車功能測試（包括操作室中的應(yīng)急剎車按鈕和齒輪箱上的應(yīng)急剎車按鈕的作用）。

3.3 拉力試驗

通常，錨機(jī)剛開始收錨時，錨爪還埋在土中，加上躺在海底和懸蕩在海水里面的錨鏈重量，要求錨機(jī)提供很大的拉力才能起錨。本平臺錨機(jī)拉力能夠達(dá)到 2694kN，在電機(jī)堵轉(zhuǎn)時更是達(dá)到了 3367kN，為了確認(rèn)錨機(jī)的拉力，根據(jù)船級社要求在錨機(jī)整體安裝完成后至少對一臺錨機(jī)進(jìn)行拉力試驗，檢驗錨機(jī)主電機(jī)在堵轉(zhuǎn)時的拉力。本平臺錨泊定位系統(tǒng)通過在錨鏈輪裝置底腳處安裝了轉(zhuǎn)軸式測力傳感器，因而具有實時監(jiān)測錨泊狀態(tài)下錨鏈張力的性能。在設(shè)備出廠前測力傳感器已經(jīng)測試并標(biāo)定完成，做拉力試驗也能夠檢測標(biāo)定好的傳感器，再次驗證錨機(jī)測力傳感器標(biāo)定的正確性。

圖2拉力測試方法，需要安裝一個測力計測量拉力載荷，并校核錨機(jī)上測力傳感器讀數(shù)。該測力計安裝在三角板和錨鏈之間。

3.4 海上收拋錨功能測試及抓力測試

根據(jù)錨地錨泊計算分析結(jié)果，并且根據(jù)錨地現(xiàn)場環(huán)境條件拋出1、7、6、12號錨，見圖4。錨被拋到指定位置后，嚙合剎車帶，檢查剎車功能。

1) 拋錨結(jié)束后，調(diào)整錨鏈張力將平臺初步定位；

2) 浸錨6到12小時，以便錨更好的嚙入海底，提高錨抓力。浸錨前張力不宜過大，以免走錨，一般取預(yù)定工作張力70%；

3) 浸錨過程中，定位系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測船位的變化；

4) 錨鏈張力和平臺位置初步調(diào)整后，按照操作手冊壓載平臺至試驗水深；

5) 如船位變化不大，開始做錨抓力試驗；

6) 將每一對角錨同時拉緊，直到達(dá)到錨機(jī)工作負(fù)荷2600kN，檢驗錨是否抓牢；

7) 證實試驗負(fù)荷達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，將錨鏈張力放松。如達(dá)不到要求，則應(yīng)重拋錨；

8) 根據(jù)作業(yè)水深調(diào)整錨鏈預(yù)張力，同時校準(zhǔn)船位；

圖2 拉力試驗方案

圖3 錨機(jī)拉力試驗現(xiàn)場

圖4 錨地布錨形式

9) 試驗結(jié)束后將錨拉出，見圖5、6，且錨被拉出后收錨速度應(yīng)該大于9m/min。同時，檢查錨鏈和卸扣通過導(dǎo)向輪，甲板開口，錨鏈提升裝置以及錨鏈管時的情況。錨鏈不應(yīng)該跳動且不能在錨鏈提升裝置上歪曲；

10) 檢查錨鏈沖洗裝置的工作情況，見圖7；

11) 檢查錨爪和錨架的接合情況。

圖5 收錨1

圖6 收錨2

圖7 錨鏈沖洗

4 結(jié) 語

錨泊定位系統(tǒng)在半潛式鉆井平臺的定位系統(tǒng)中面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，配置的錨泊定位系統(tǒng)也更加復(fù)雜。掌握整個錨泊定位系統(tǒng)的調(diào)試工藝，不斷積累系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗，縮短系統(tǒng)調(diào)試時間，對節(jié)省平臺的建造費用，縮短建造工期，并為海上平臺的精確定位能起到不可忽視的作用。

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