某深水半潛式鉆井平臺重量預(yù)測及減重措施

(中海油田服務(wù)股份有限公司,北京 101149)

空船重量，系指整個平臺的結(jié)構(gòu)重量連同永久安裝于平臺上的機械、設(shè)備和舾裝件，包括固定壓載、備件。以及機械和管路中保持正常工作時的液體，但不包括貯存在液艙或備用供應(yīng)艙內(nèi)的液體、消耗品或可變載荷、貯存物品、人員，以及其個人物品的重量[1]。深水半潛式鉆井平臺的空船重量是非常關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)[2]，對整個平臺的運動性能[3]、平臺穩(wěn)性、可變甲板載荷、建造價格等均有重要影響?？沾亓吭阢@井平臺建造項目中被設(shè)定為關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，其估算的合理性、準(zhǔn)確程度，特別是數(shù)值的大小直接影響整體建造成本，其重要性遠高于其他性能指標(biāo)，甚至?xí)蔀榇瓦x擇的決定性因素。雖然在半潛式鉆井平臺建造項目初始階段的空船重量是一個估算值，但在項目執(zhí)行過程中實際上是核心參數(shù)，隨著項目的進展不斷細化、跟進，應(yīng)確保其不超過設(shè)定的目標(biāo)值?？沾亓康墓浪闶且粋€由粗略到精細、然后隨著設(shè)備購置及建造過程而逐步確定的過程，其數(shù)值存在一定的波動。一旦空船重量增加并超過項目初期設(shè)定的目標(biāo)值，則需要采取措施降低空船重量使之返回目標(biāo)范圍值之內(nèi)。為此，考慮平臺選型[4]和概念設(shè)計、基本設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)計，以及建造等深水半潛式鉆井平臺建造全流程中的重量控制要點進行探討，明確重量控制明確思路。

1 重量控制的關(guān)鍵

重量控制過程。重量控制工作是一個由粗到細、由估算到細算、由逐項核實到全船確認、可靠度逐步提高的過程。通常會制定明確的重量控制程序，指派專人實施重量控制工作，并將空船重量作為建造質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，為實施預(yù)期目標(biāo)而進行過程控制。見圖1。

圖1 空船重量控制的不同階段

重量控制涉及到各個方面，報告設(shè)計、采購、建造實施等，關(guān)鍵要素如下。

1)通常，重量越輕的設(shè)備價格越高，而設(shè)備重量也占了空船重量較大的比重。為實現(xiàn)重量控制目標(biāo)，需要在采購成本和設(shè)備重量兩方面進行權(quán)衡，因此重量控制需要管理層的重視和協(xié)調(diào)。

2)通常在建造過程中若出現(xiàn)低質(zhì)量的設(shè)備和材料，后期的整改均會導(dǎo)致額外的重量增加，因此需要把好材料和設(shè)備質(zhì)量關(guān)。

3)盡可能選擇性能優(yōu)、重量輕的材料和設(shè)備，如公差小的鋼板、性能優(yōu)且比重小的絕緣材料等。

4)把好設(shè)計優(yōu)化關(guān)，在滿足規(guī)范公約及功能要求的情況下，最大程度減重。

2 平臺選型和設(shè)計的重量控制要求

以某深水半潛式鉆井平臺為例，在選型階段就要求各家設(shè)計公司提供空船重量的估算值，并與已經(jīng)投入使用的類似船型進行對比，分析其合理性。在船型確定后，則以同船型且已經(jīng)建造完成的空船重量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，比較差異，分析重量增減的辦法，形成空船重量的目標(biāo)值，見表1。

表1 重量差異對比 t

注：最大重量與最小重量的中間值：25 727 t

對比分析得出某新建半潛式鉆井平臺的空船重量大概率會落在25 167～26 287 t的區(qū)間。在此基礎(chǔ)上，尚不能以其最大值26 287 t作為該項目的空船重量目標(biāo)，還需要對空船重量變化對鉆井平臺操作可變載荷的影響進行評估，以明確最終可以接受的空船重量數(shù)值。

船型選定后，鉆井平臺主尺度[6]已經(jīng)確定，其在各種工況下的排水量已經(jīng)是定值，需選擇一個最敏感的工況來分析空船重量對可變載荷的影響。由于遷航工況時僅浮箱能提供浮力，選擇此工況進行分析。在排水量一定的情況下測算不同空船重量下的可變載荷，見表2。

表2 可變載荷測算

根據(jù)實際運營情況的需求，分析可變載荷的可接受程度[7]。由于本案例平臺設(shè)計的最大作業(yè)水深1 500 m，最大鉆井深度為9 144 m，假設(shè)操作是在遷航工況下具備裝載大致一口井需鉆具、設(shè)備、物品和材料等總共約3 475 t，主要包括：①水管1 200 t；②鉆具550 t;③泥漿與袋裝材料350 t;④立柱內(nèi)灰料(水泥、土粉、重晶石)200 t;⑤水下及第三方設(shè)備(包括防噴器、水下機器人、燃燒臂等)618 t;⑥消耗品、庫房和人員557 t。

如果甲板可變載荷降低到3 025 t，則拖航移位期間需要減少鉆具和材料約500 t，從實際工作的經(jīng)驗來看，是最低接受值。因此,空船重量的控制目標(biāo)的紅線可確定為26 000 t，而優(yōu)化目標(biāo)則可設(shè)定為25 000 t。

3 詳細設(shè)計和減重措施的優(yōu)化

隨著設(shè)計工作的深入，空船重量的控制管理工作也逐步深入，按照管理工作要求，在詳細設(shè)計甚至生產(chǎn)設(shè)計過程中，會依據(jù)各專業(yè)實際情況進行重量及重心統(tǒng)計，每月定期更新重量控制報告，用于分析重量控制措施的有效性。見表2。

圖2 某項目空船重量變化

圖2(1)為詳細設(shè)計階段；(2)為生產(chǎn)設(shè)計和建造階段；(3)為機械完工和調(diào)試階段。由圖2可見，隨著詳細設(shè)計的開展，空船重量的預(yù)估值經(jīng)歷了先升后降的過程。

對于新建項目來說，基本設(shè)計和詳細設(shè)計是兩個不同階段，其重量控制報告也是不同設(shè)計主體來進行統(tǒng)計的。在轉(zhuǎn)換到詳細設(shè)計階段的第一版報告中，預(yù)估的空船重量與基本設(shè)計出現(xiàn)了明顯的增加趨勢，重量增加達到400 t以上。由表2可見，空船重量達到26 500 t將變得不可接受。因此在詳細設(shè)計開始階段及時的進行減重設(shè)計優(yōu)化成為當(dāng)時最重要的任務(wù)。

詳細設(shè)計階段的減重措施主要從以下幾個方面展開。

1)設(shè)備選型[8]。最大程度選擇性能優(yōu)、重量輕的設(shè)備。

2)材料替代。研究使用輕型材料的所有可能性，最大程度使用重量輕的新材料，比如甲板敷料選擇密度最小的型號。

3)設(shè)計優(yōu)化。如附屬結(jié)構(gòu)的輕型化設(shè)計、管路路徑優(yōu)化、電纜路徑優(yōu)化、設(shè)計余量的管控等。

4)嚴(yán)格的鋼板采購公差控制[9]、設(shè)計余量控制等管理要求。

按照上述思路，某項目通過頭腦風(fēng)暴會形式列出了多達50多個具備減重潛力的方案，然后組織多輪技術(shù)討論會議，最終從中選用了約50%的具體減重設(shè)計和措施，從而使得預(yù)估的空船重量回到目標(biāo)值附近。

4 建造過程的重量控制方法

4.1 鋼材公差控制

船級社規(guī)范中明確要求新建造項目的鋼板必須全部使用正公差鋼板，而在鋼板采購協(xié)議中的正公差要求為1.5%。為避免正公差鋼板造成的重量增加，以零公差為目標(biāo)，以1%為總體控制目標(biāo)。通過采取到鋼板生產(chǎn)廠家進行測厚等措施，最終整體鋼板平均公差控制在0.72%，優(yōu)于1%的控制目標(biāo)。

4.2 設(shè)備重量監(jiān)控

建造過程中，在到貨驗收或者現(xiàn)場安裝期間，組織對設(shè)備進行大比例的抽樣稱重，特別是重量較大的設(shè)備是必選目標(biāo)。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的實際到貨重量與技術(shù)協(xié)議中的重量存在差異，但綜合比較相差不大，說明在設(shè)備采購、到貨驗收這方面的重控控制措施有效。

4.3 良好的建造工藝和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)

在詳細設(shè)計過程中，已經(jīng)明確了甲板敷料對空船重量的影響，并且將優(yōu)選最輕的甲板敷料型號作為重要的減重措施之一。在施工工藝上提出對甲板變形[10]的嚴(yán)格要求，避免因使用甲板敷料填平底面導(dǎo)致用料的大幅增加。

在生產(chǎn)設(shè)計和施工工藝的選擇方面，每減重1 kg對總體項目的重量控制都是有非常好的正面影響。比如,敷設(shè)錯誤的電纜需要全部抽出，與設(shè)備連接處的電纜不允許有過多的余量、樓梯處的欄桿在上到目標(biāo)甲板后僅保留最短距離、管路支撐要使用最小的且能滿足強度的規(guī)格,等。

隨著全船生產(chǎn)設(shè)計的結(jié)束和三維模型的完善，空船重量報告中的各項數(shù)據(jù)根據(jù)三維模型導(dǎo)出各項重量數(shù)據(jù)，并扣除設(shè)計余量后，空船重量取得較好的效果，并逐步向優(yōu)化目標(biāo)25 000 t靠近。

4.4 嚴(yán)格的變更管理

隨著建造項目的開展，因各種原因?qū)е碌淖兏豢杀苊?，變更申請、審批的過程中，需要分析變更對空船重量的影響，以任何由于變更導(dǎo)致的重量增加的部分都需要對應(yīng)的減重措施來平衡，確保空船重量的控制目標(biāo)或優(yōu)化目標(biāo)的實現(xiàn)。

在項目機械完工和調(diào)試過程中的修改意見和船東通過各種途徑提出的修改要求，需要將減重意識落實到每一步的工作中。

4.5 利用重大節(jié)點校核空船重量

1)建造過程中的下水節(jié)點。通過對船上的非空船重量部分進行統(tǒng)計，并將其與通過吃水實測的排水量進行比對，則可得出下水節(jié)點期間的空船重量，并且與重控報告的計算數(shù)據(jù)進行比較，為后續(xù)碼頭舾裝、完工調(diào)試的重控工作提供指引。

2)在最關(guān)鍵的傾斜試驗[10]過程中，需要專業(yè)人員對在平臺上各種剩余重量進行詳細核對，確?？沾亓康臏?zhǔn)確性。

5 結(jié)論

通過采取有效的重量控制措施，某新建半潛式鉆井平臺的實際空船重量比項目前期設(shè)定的目標(biāo)值還小，說明項目管理有效。

1)項目前期的空船重量預(yù)估和管控對重控目標(biāo)的設(shè)定非常重要。

2)重控控制貫徹項目始終，需要全體人員深度介入，不放過每一個細節(jié)。