固定平台方位设计探讨

刘　飞

(中海油研究总院, 北京100027)



固定平台方位设计探讨

刘飞

(中海油研究总院, 北京100027)

摘要：基于影响海洋石油固定平台方位设计的关键因素分析，分别对新建单个平台、新平台与已建平台栈桥连接及浮托法安装三种工况展开深入探讨，分析了主导环境因素、靠船方式及安装等因素对平台方位设计的影响，并给出了各工况下平台方位设计的推荐做法和设计建议。

关键词：固定平台；平台方位；影响因素；船舶靠离

0引言

图1　某平台方位示意图

广义的平台方位是指平台的朝向和坐标位置。井口平台和非井口平台坐标位置的确定方法不同，井口平台的坐标位置通常由钻井工程师根据油藏靶点坐标及钻井轨迹设计来确定。而不含井口的生产处理平台、综合平台及生活支持平台的坐标位置与钻井无关，通常选择工程投资最为经济、工程作业最为便捷的位置。该文所讨论的平台方位为狭义的平台方位，就是指平台的朝向，即平台向北朝向(平台北)与平台所在海域真北(大地北)的相对关系，与平台的长边垂直的方向表示平台北[1]。图1为某平台方位的示意图，其平台北与真北的夹角为45°。

平台方位的确定关系到平台直升机甲板、靠船设施与平台吊机、火炬和安全泄压系统、逃生系统、海管、电缆及立管布置的设计。平台方位的设计失误将直接影响平台整个生命周期内的生产安全性和操作可靠性。平台方位确定须综合考虑平台所在海域常年主导风向、主导表层海流(海浪)方向、海域已建设施的方位和安装等因素。在油气田开发工程前期研究阶段，应做好平台方位研究工作，特别是对于已建平台、管道、电缆等设施错综复杂的老油田调整项目，应妥善处理好新建平台与依托设施之间的方位关系。此外，对采用浮托法安装的平台方位，设计时也需要进行特别考虑。

1新建单个平台的工况

1.1主导环境条件

平台所在海域常年主导风向、主导表层海流(海浪)方向是平台方位设计的重要依据，主流向和主浪向直接影响了平台的供应船靠船。主风向影响平台的组块上部设施总体设计，如：平台生活区应布置在平台的上风向、 直升机需要迎风或侧顶风起降、井口区火炬和安全泄压系统及逃生系统应布置在下风向等[2]。平台方位设计需要综合考虑供应船靠船和主风向的影响。图2为风(流)玫瑰图，通过风(流)玫瑰图可以清晰地看出该海域全年或某一时段内的主风(流)向。

图2　风(流)玫瑰图

在不同的海域，影响平台方位的主导环境因素不同，在设计过程中需要区别对待。在渤海海域，表层海流呈现明显的往复流特征，海流对供应船靠平台的影响比较直接，因此在平台方位设计时，海流是主导环境因素，在设计平台方位时应主要考虑海流对供应船靠船的影响，同时兼顾考虑主风向对平台组块总体布置的影响。而在开阔的外海，如东海海域和南海东部海域，海流的作用相对较弱，由季风引起的海浪对供应船的靠船影响更为明显。在这种情况下，主风向成为影响平台方位的主导环境因素，而海流的影响可以忽略。对于渤海海域来说，其地形条件复杂，辽东湾和渤海海峡口的海流方向差别较大，设计时应根据油田所在的具体位置，选取准确的环境条件数据。表1为我国主要近海海域环境条件及典型平台方位。

表1　我国主要近海海域环境条件及典型平台方位

1.2靠船方式分析

供应船靠离平台的方式选择旁靠还是艉靠也是影响平台方位的重要因素。因为无论选择旁靠还是艉靠，供应船靠离平台时均需与风浪方向一致，即顶风或顺风。因此，以旁靠为主的平台方位布置和以尾靠为主的平台方位布置将差别很大。这两种靠船方式各有特点，根据已建平台作业习惯的不同，渤海海域以尾靠为主，南海海域这两种靠船方式均有采用。新平台设计之前，需与作业区了解该平台所在海域惯用的靠船方式。

表2　几种靠船方式的比较

根据主导表层海流方向和季风确定平台的主要靠船设施布置位置，使靠船免受主要逼近海流和海浪的影响，并有助于避免停泊船只撞击平台。实际运用中，重要的生产平台均采用对称布置靠船设施。

2与已建平台栈桥相连的工况

2.1主要影响因素分析

对于新建平台与已建平台栈桥连接的情况，比在新海域新建单个井口平台更为复杂。除了上述提到的主导环境因素之外，通常已建设施(包括已建平台和海底管缆)的方位会成为新建平台方位的直接影响因素。因此，新建平台时需考虑以下几个方面：

(1) 新建平台的导管架下水作业时不能与已建的海底管线和海底电缆干涉，即新建平台必须离已有的海底管线和海底电缆有足够的安全距离。

(2) 需考虑供应船靠离新建平台时的船舶操纵要求和抛锚点的位置，通常抛锚点距离海底管道的最小距离要求不小于100 m[3]。

(3) 应尽可能使新、老平台靠船作业角度最大化。从靠船角度分析，理想的平台方位应当是平台艏艉相连，呈“一”字形连接，此时两平台的靠船作业互不影响。

(4) 应满足直升机起降的安全要求。新建平台方位应当避开已建平台的直升机起降方向，即不在已建平台直升机甲板210°扇形区域内。同时，新建平台的直升机起降方向应避开已建平台高耸的井架、透平排烟管等障碍物。有时，对于栈桥相连的多座平台的直升机甲板，难以同时满足直升机起降的障碍物限制条件，此时需要对不满足起降要求的直升机甲板飞行进行限制，只要有一个直升机甲板满足起降条件即可。此外，已建平台直升机甲板仍可满足起降要求时，新建平台上可以不设直升机甲板。

(5) 对于采用自升式钻井船修井和后期打调整井的井口平台，后期在其旁边新建栈桥连接的平台时，要避开自升式钻井船就位的空间。

(6) 应考虑钻井船或安装船的锚泊要求。在靠平台作业时通常需要抛锚，对于栈桥相连接的平台，钻井船或安装船靠近其中一个平台作业时，有时因为抛锚角度不理想，需要为其中一个平台的导管桩腿带缆，而另一个平台的方位会对带缆角度产生直接影响。

2.2案例分析

以渤海某项目新建平台方位设计进行说明。在已建井口平台WHPA(以下简称“A”)旁边新建一座井口平台WHPB(以下简称“B”)并与其通过栈桥连接，两座井口平台功能类似，均为渤海常规井口平台，其上设有修井机、30人生活楼及直升机甲板，后期打调整井作业均使用自升式钻井船完成。图3和图4为新建B平台的两种方位布置方案，方案1中新建B平台位于A平台东北侧，方案2中B平台位于A平台的西南侧，栈桥长度约40 m，表3为两个布置方案的比较。

图3　WHPB布置方位(方案1)　　　　　　　　　　　　图4　WHPB布置方位(方案2)

表3　两布置方案的比较

通过两个方案的比较可以看出：方案1中A平台钻井船后期就位时锚泊存在问题，不满足要求；而方案2中B平台建成后，A 平台的直升机甲板不能满足起飞和降落的障碍物限制条件。但因为两座平台通过栈桥连接，直升飞机可以起降B平台，A平台可以利用新建B平台直升机甲板进行正常倒休及紧急工况下的人员输送。因此，推荐采用方案2开展下一步设计工作。

3浮托法安装的工况

浮托法安装具有对浮吊能力要求低、海上连接调试时间短等优势，近年来在渤海已得到广泛应用，南海也有平台开始采用浮托法进行安装。对于采用浮托法安装的平台方位设计，除了需要考虑风浪对于平台上部组块总体设计、平台供应船靠船及直升机起降等生产、操作因素以外，还需要考虑安装因素，即浮托进船方向。

浮托法安装期间，对于风浪环境有严格的要求，浮托船舶对于横向(垂直于船长方向)浪尤为敏感。横浪会造成浮托船舶的垂向摆动，垂向摆动幅度过大会造成甲板支撑单元(DSU)上受力过大而失效。上部模块的桩腿对接单元(LMU)结构与导管架结构之间会留有一定间隙，但垂向摆动过大也同样会产生碰撞[4]。因此，选择合适的进船方向会大大降低浮托安装风险。

对于采用浮托法安装的平台，在设计平台方位时，要充分了解浮托安装窗口期内的海况条件，依据浮托安装对于海况的要求，对事先依据生产、操作等因素确定好的平台方位加以修正。总体的原则是在生产操作方便和安装风险可控两个方面做到一个较好的平衡。在浮托安装风险可控的情况下，通过适当增加浮托安装的待机时间，选择满足生产、操作方面最优的平台方位是比较可取的。而对于海况条件比较好的海域或海上安装时间窗内海况条件比较好的情况，平台方位设计时可以不考虑浮托进船方向。

4结论

该文主要针对三种不同工况下的固定平台方位设计展开研究，主要研究结论如下：

(1)平台方位设计影响到平台的生产、操作和安装等多个方面，在做前期研究阶段要认真分析平台所在海域的环境条件，对平台上部组块设备设施的平面布置、供应船靠船和直升机甲板起降做好方案研究。根据平台所在海域的风、浪、流等环境条件，使用要求及安全要求, 平衡好各影响因素之间的利弊关系，确定合理的平台方位。

(2)对于新建平台与已建平台栈桥连接的情况，要及时跟踪获取准确的已建设施及其周边的管缆布置情况，并综合处理好两个平台之间直升机甲板起降和供应船靠船的需求。

(3)对于采用浮托法安装的情况，平台方位设计需要在生产操作方便和安装风险可控上做到一个较好的平衡，推荐在浮托安装风险可控的前提下，适当增加浮托安装的待机时间，选择满足生产、操作方面最优的平台方位。

参考文献

[1]《海洋石油工程设计指南》编委会.海洋石油工程设计概论与工艺设计[M].北京：石油工业出版社,2007.

[2]能源部.《海上固定平台安全规则》(试行)[S].1992.

[3]任宪峰,蒋六甲.船舶靠离海上石油平台的安全操纵[J].航海技术，2005,29(3)：11-13.

[4]许鑫,杨建民,李欣.浮托法安装的发展及其关键技术[J].中国海洋平台，2012,27(1)：44-49.

收稿日期：2015-04-27

作者简介：刘飞(1984-)，男，工程师。

文章编号：1001-4500(2016)03-0019-05

中图分类号:P75

文献标识码：A

Discussion on the Orientation of the Fixed Platform

LIU Fei

(CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China)

Abstract：Three conditions of fixed platform orientation design, including one single platform, one new platform connecting to built platform by bridge and using float-over installation method condition were all discussed in this article. In every condition, the fixed platform orientation influence factors were researched, including the environmental factors, styles of supplying boat berthing the platform, and the installation factors. Several design recommendations were proposed in every condition.

Keywords：fixed platform; platform orientation; float-over; boat berthing