LIFTBOAT平台总体设计研究

曹　锦

(中船重工船舶与海洋工程装备设计有限公司　武汉　430060)

LIFTBOAT平台总体设计研究

曹锦

(中船重工船舶与海洋工程装备设计有限公司武汉430060)

摘要LIFTBOAT平台具有自升自航能力、使用灵活、造价低廉和经济效益好等特点。文中以LIFTBOAT平台为研究对象，对平台总体设计进行研究。针对LIFTBOAT平台工作特点，提出此类平台的总体设计思路和方法。

关键词LIFTBOAT总体设计桩腿升降系统

LIFTBOAT平台是一种专为近海平台提供钻修井、完井、测井等辅助服务和海上油田作业的多功能自升自航式平台。LIFFBOAT多功能平台提供配套支持服务的应用模式能够解决目前海洋油田的各项增产、维修作业问题，有效缩短作业周期，降低成本[1]。

1LIFTBOAT技术特点

(1) 具有自航与自升能力。LIFTBOAT配置有尾推进器和首侧推进器，可自主航行，具备DP动力定位能力，迁移航速在5~9 kn之间，自升能力相对自升式钻井平台较低。

(2) 较大甲板作业面积，能承载较强甲板载荷。LIFTBOAT是为油气田的钻井或生产平台提供维修安装服务的平台，能完成各功能模块在海上运输及组装，能够为钻修机提供迅速、经济的运输和作业平台，实现近距离快速搬迁、快速工作。因而LIFTBOAT平台拥有较大的甲板面积并能承载较大甲板载荷，以便运输模块和将待维修模块转至甲板上，并进行维修处理。

(3) 升降作业频繁、升降速度快。LIFTBOAT平台相比常规的自升式平台，其升降作业更加频繁，每年的升降作业次数10~20倍于常规自升平台。

(4) 自带动力和物资供应、自存能力强。LIFTBOAT主机舱内的柴油发电机组和应急发电机组，可满足LIFTBOAT航行、吊机载荷及钻修机的动力需求。LIFTBOAT上还隔出一定数量的舱室供压载系统和钻井系统使用，钻、修井过程中所需要的油、水、气、电等均通过管线及电缆输送至生产平台。

2平台总体设计研究

2.1　主要尺度论证

通过LIFTBOAT工作特性和维修作业的技术要求，可确定平台的主要尺度。LIFTBOAT主体区域为方形或三角型箱体，上层建筑位于首部，中后部为开敞甲板区域，甲板以下为机械处所和液舱或储藏处所。再通过于平台作业密切相关的技术参数如甲板作业面积，居住人数等参数，就可确定LIFTBOAT平台主体部分需要的主尺度，本平台要求甲板面积大于1 000 m2，居住人数50~100人，即基本确定平台主体部分的主要尺度为长56.4 m、宽39.6 m，型深则通过漂浮状态下的重量估算和干舷核算来确定。

2.2　桩腿及桩靴

LIFTBOAT平台的主体依靠桩腿的支撑才得以升离水面，使平台处于站立作业状态。桩腿除支承平台的全部重量外，还需要承受各种环境外力的作用。桩腿的形式可分为壳体式和桁架式2种，壳体式是钢板焊制的封闭式结构，其截面形状有圆型和方形，桁架式桩腿的截面形态为三角型或四方形。壳体式桩腿的制造比较简单，结构坚固，而桁架式桩腿由于杆件节点较多，故制造比较复杂，但其结构特点为可减少作用在桩腿上的波浪力。壳体式桩腿的适用水深不超过60~70 m，水深更大则需用桁架式[2]。自升式平台通常采用3桩腿或4桩腿形式，从减轻钢料重量、减少桩腿数目、减少相应的升降装置的套数而言，3桩腿最为理想，但腿数减少，要求每根桩腿的举升能力越大，使升降装置的设计和制造更加困难，并且在预压和风暴中，若3桩腿中1根桩腿发生下陷，平台将随之倾斜，造成升降装置、桩腿、平台主体有关结构的破坏。由于四腿支承的平台具有较大的刚性，所以结合本平台的作业海域的环境条件和工作特点，本方案采用了4根圆柱桩腿形式。桩腿长度通过如下公式确定。

式中：h1为入泥深度；h2为设计水深；h3为设计波的波峰高度；h4为平台主体底板和波峰间的空隙；h5为平台主体深度；h6为固桩架高度；h7为设计裕量。

桩腿主要参数如下。

数量： 4。

形式： 圆柱。

直径： 3 200 mm。

桩腿长度： 90 m。

桩腿下端的结构是直接与海底相接触的，是支撑面和平台基础，主要形式为插桩式、箱型和沉垫式。插桩式适用于较硬的海底，箱型结构是在桩腿的下端附装一桩脚箱，通常称为桩靴，通过增大海底支承面积来减小桩腿插入海底深度，从而提高插桩和拔桩作业安全性，适用于软性地基。沉垫式是将几个桩腿下端固定在一个共同的大沉淀上，适用于软地基且海底平坦的区域。依据本平台作业于软性地基及承载力要求，设计采用桩靴形式，主要参数如下。

桩靴面积： 13 500×13 500 mm2。

桩靴高度： 2 m。

2.3　升降装置

升降装置安装在桩腿和平台主体的交接处，驱动升降装置使桩腿和主体作相对的上下运动；升降装置还有把平台主体固定在桩腿某一位置的作用，此时升降装置主要承载垂直力，水平力由固桩装置传递。常用的升降装置有齿轮齿条式和顶升插销式。齿轮齿条式工作连续可靠、升降速度快、控制简单、操作性能良好，多用于移位频繁的平台。其主要缺点是制造工艺要求较高。插销式升降系统升降速度较齿轮齿条式较慢，但能吸振、工作平稳、可靠，且不需要固桩装置，对桩腿制造工艺要求较低。针对LIFTBOAT平台升降作业频繁，且升降速度要求较高的工作特点，选取齿轮齿条升降系统。

升降系统的举升能力是升降操作对升降装置

的主要要求，举升能力受到齿轮齿条装置的动态强度的限制，举升能力和重量组合的关系是

举升能力=空载主体重量+可变载荷

平台的升降速度由升降工况的要求时间决定，一般自升平台的升降速度在0.15~0.3 m/min之间，LIFTBOAT由于升降更加频繁，要求缩短升降时间，故LIFTBOAT升降系统的升降速度变化范围在0.9~1.8 m/min。本平台升降系统主要参数如下。

数量： 56。

起升能力： 1 400 t。

升降速度(船体)： 0.0~0.9 m/min。

升降速度(桩腿)： 0.0~1.0 m/min。

2.4　总体布置

该平台采用齿轮齿条升降的四圆柱桩腿平台，平台主体采用矩形箱形结构，四桩腿艏艉对称布置，由3道纵舱壁和4道横舱壁，将箱型平台主体划分成若干水密舱，形成具有较大抗扭刚性的平台主体结构。平台主要形式和区域布局见图1。

图1　平台侧视图

平台总布置设计中，防火和放爆等安全问题是至关重要的，它涉及各类危险区的定义、划分；危险区的机械设备和电气装置的布置等。本项目LIFTBOAT平台的基本区域划分基于如下思路：将平台划分为3大区域，即作业区、生活区和机电设备和储存区域。平台主甲板首端为平台上建区域，由生活区域和驾驶控制区域组成，工程吊装维修区域位于平台甲板中后部，约1 100 m2装载甲板区域，在左右舷设有70 t吊机各1台，采用环绕桩腿形式，并设有机修间、CO2间，液压站间等。平台主体尾部主机及推进系统布置区域，首部为液舱、厨房和储藏室等生活配套区域。

3结语

LIFTBOAT作为具有独特工作特性的自升式平台，设计中应注意如下问题。

(1) 平台总体设计中，桩腿位置安全需合理，桩腿间距大，虽抗倾稳性好，但为保证平台整体刚度，需增加结构尺寸，使平台重量增加；若过小，则抗倾稳性不好，影响平台总体性能。

(2) 注意研究移动平台与海船规范规格差异。如移动平台救生艇允许挂舷外设专用平台直落式艇架，而海船不允许救生艇超出舷侧；3 000 t以上货船有船员房间面积和每室人数限制，而移动平台无限制要求，允许2人以上同室。

(3) 平台摇摆性能。自升式平台在海洋中拖航遭遇较大风浪时，存在共振可能性，应合理设计，改善平台摇摆性能[3]。

(4) 平台压载舱布局尽量对称均匀分布，合

理布局，满足每根桩腿的预压载要求。

LIFTBOAT具有尺度小、造价低，操作费用少，且就位容易、机动灵活等特点；具备自升式平台优点，海上作业时，桩腿立于海底，主体升至水面以上，工作稳定，可在较复杂环境下作业，作业时间长；可单独完成海上大部分安装维修作业任务，作业效率高，有效降低油田开发综合成本，从根本上改变了由于平台场地、动力、设备、安全设施等装备能力不足形成的传统作业方式，具有良好的应用价值。

参考文献

[1]常双利.LIFTBOAT平台在海洋油田的应用分析[J]. 石油机械,2010,38(1)：63-65.

[2]孙东昌，潘斌.海洋自升式移动平台设计与研究[M].上海：上海交通大学出版社,2008.

[3]孙永泰.海上自升式修井作业平台的设计与研究[C].第十届渤海湾浅(滩)海油气勘探开发技术研讨会.大连:中国石油学会.2005.

收稿日期：2015-03-21

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.058