上海港大型钻井平台拖带安全风险分析及预控

陈丹平

（上海港引航站，上海 200082）

0 引言

1963 年，我国建造第一座浮筒式钻井平台，至今已逐步形成各类钻井平台的设计和建造能力，并向海洋工程装备设计、建造和应用大国迈进[1]。近年来，上海造船企业和江苏多家海工装备制造企业纷纷开始建造钻井平台，完工后需拖带出口。在繁忙的港内航道从事钻井平台拖带作业安全风险极高，如何做好相关安全风险和预控成为倍受关注的问题。

1 拖带安全风险

经上海港的钻井平台主要以自升式钻井平台为主，本文就远洋拖船“德惠”轮拖带自升式钻井平台“东方龙”操纵实践为例，对影响拖带安全的因素进行分析。“德惠”轮长89.96 m，型宽17.2 m，吃水6.5 m，功率2×6500 kW，方形系数0.6，纵剖面系数0.97，系柱拖力2080 kN。

1.1 钻井平台的特别之处

钻井平台总长101.8 m，水线长度70.36 m，型宽76 m，型深9.45 m，吃水6.4 m，方形系数1.0，桩腿高度166.98 m，水线以上受风面积3149 m3。

钻井平台主体为近似三角箱形，带有三条三角桁架式桩腿，桩腿能够自由升降，可下伸至海底站立在海床上，从而托起船壳并使其底部离开海面一定的距离[1]。拖带时桩腿收起，钻井平台漂浮在水面上，船体呈现出没有任何载重线形变化的箱型，水阻力大，拖带时易形成较大的涡旋阻力；其上层建筑除生活区外，还有大型钻井设备和3 条百米多高的桩腿，受风面积大。钻井平台拖带总阻力较普通商船大，易受外界因素影响其航向稳定性，且钻井平台舷侧布设有管路，辅助拖船无法实施旁拖、顶推等操纵，不能有效抑制钻井平台的偏航。

1.2 水文气象

上海港属正规浅海半日潮，一般落潮流强于涨潮流。波浪运动主要以风浪为主，且明显受季风影响，冬季浪向偏东北，夏季浪向偏东南。受地形及径流影响，属中等强度的潮汐河口，中浚潮位站多年平均潮差2.67 m，最大潮差为4.62 m,涨潮流平均流速90～240 cm/s，落潮流平均流速210～230 cm/s[2]。较普通商船而言，拖带速度较低的箱型结构钻井平台，其所受浪与流的影响程度更显著。

上海港常风向为ESE，其次为E、ENE 和NNE；冬季盛行NE、NW 风，夏季盛行SE 风；强风向为ENE。钻井平台上层建筑受风面积大，强风时船位难以控制。春冬季易出现大雾天气，且持续时间较长；夏季多强对流且伴有雷雨大风，最大风力可达10 级以上；冬季受冷空气影响，刮偏北大风。恶劣的气象条件对拖带安全造成极大威胁。

1.3 通航环境

1）航道情况

上海港航道宽度有限，航标密集，如突遇强风，主拖船和钻井平台由于其结构不同，钻井平台向下风侧漂移量大于主拖船，如未及时修正风流压差，可能会发生碰擦航标的事故。以拖带“东方龙”为例，拖带总长近400 m，当风流压差为5°时，主拖船与钻井平台间的船位横向偏差达57.4 m，如船位掌控不当，存在碰擦航标的风险。

2）航道水深

依据《长江口深水航道通航安全管理办法》，拖带船队禁止在长江口深水航道及两侧水域航行，钻井平台只能经南槽航道拖带出口。南槽航道水深较浅，九段灯船附近最浅水深约5 m。当低潮时，航道水深无法满足主拖船与钻井平台对富余水深的要求，如操纵不当，易造成搁浅、拖底、拖缆断裂等事故。

3）交通环境

上海港水域船舶流量大，通航环境复杂。以圆圆沙警戒区为例，其是长江口深水航道和南槽航道船舶流交会区域，通航密度大，可航水域小，且VHF 嘈杂，难以进行有效沟通，该水域船舶会遇态势极其复杂，圆圆沙警戒区常规的交通流向有十几种之多。拖带船队总长度长，航迹带宽度大，拖带速度慢，操纵困难，采取避让行动的能力严重受限。

1.4 人为因素

研究表明80%以上的事故与人的行为因素有关。人为失误的种类包括：疏忽与遗漏、基于规则的错误、基于知识的错误、文化条件和违反安全惯例等。疏忽与遗漏包括精力涣散和偏见、正常可预见环境的变化、压力和疲劳等[3]。船舶碰撞是各类水上交通事故中最易受到人为因素影响的一类事故[4]。

拖带作业时间长，压力大，工作内容相对单调，人易产生疲劳，从而引发人为失误。这些人为失误包括人员沟通上的不协调、对于某些重要拖带部件的误操纵或违规操纵、对船位及船速的控制不当、对当时的环境和情况的判断和避让失误等。

2 安全可行性分析

拖带前应根据气象、潮汐、拖船和被拖钻井平台的资料，对拖带方案做安全可行性分析。

2.1 拖带钻井平台所需拖力的计算

按中国船级社发布的《海上拖航指南》附录2 中关于海上拖带阻力估算方法，拖带的总阻力可按以下经验公式计算：

式中：R 为拖带总阻力，kN；Rf为被拖船摩擦阻力，kN；Rb为被拖船剩余阻力，kN；Rft为拖船摩擦阻力，kN；Rbt为拖船剩余阻力，kN。

被拖船阻力按如下近似方法确定：

式中：A1为水下湿表面积，m2；V 为航速，m/s；Cbt为方形系数；A2为浸水部分舯横剖面积，m2。

其中：湿表面积A1如无详细资料，可按如下方法求得：

式中：L、B、d 分别为船长、船宽和吃水，m。

对于受风面积特别庞大的钻井平台，其拖带阻力尚应按下式计算，取2 种算法的较大值：

式中：Ra为空气阻力，kN；ρ 为空气密度，kg/m3，按1.22 kg/m3计算；V 为风速，m/s；CSAi为水面以上纵向受风面积，m2。

拖船阻力可使用拖船设计资料，如无资料可按公式（2）、（3）、（4）近似公式计算。

以“德惠”拖带“东方龙”出港为例，由浏河口警戒区至南槽引航船总航程约56 nmile，按白天拖带要求，平均拖速需达5 kn。取航速5 kn、迎风风速18 m/s，按公式（1）～（5）估算可得拖带总阻力795 kN，按公式（6）、（7）计算可得拖带总阻力1119 kN，取较大值1119 kN。主拖船拖力2080 kN，大于1119 kN 拖带总阻力，满足所需拖力要求。

2.2 拖带船队编队及拖船布置

引航员根据钻井平台的特殊结构，合理配置拖船并构建拖带船队。以“德惠”拖带“东方龙”出港为例，采取“德惠”吊拖，提供前进的动力；钻井平台后部两侧各系带一艘全旋回拖船A 和B，协助“德惠”控制钻井平台航行姿态，在遇紧急情况时可协助钻井平台减速、稳定船位及协助转向。因船舶交通流复杂，再安排一艘拖船C 为船队护航，也可作为主拖船或辅助拖船故障时应急处置。综合考虑船队操纵能力与航道情况，主拖缆长度取185 m。图1 为拖带船队拖船布置图

图1 拖带船队拖船布置图

2.3 所需单向航道宽度的查核

根据《海港总体设计规范》JTS 165-2013 第6.4.2 款规定，航道有限宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道边的富裕宽度组成，单向航道宽度按下列公式确定：

式中：A 为航迹带宽度，m；C 为船舶与航道边富裕宽度，m；W 为单向航道宽度，m；r 为风流压偏角，（°）；n 为船舶漂移倍数；B 为船舶间宽度，m。

当取风流压偏角为10°，n 为1.59，船舶与航道边富裕宽度为0.75 倍船宽，根据公式（8）、（9）计算可得钻井平台拖带船队所需单向航道宽度为344 m。上海港出口航道宽度约在400～800 m 间，满足钻井平台“东方龙”拖带船队对所需单向航道宽度要求。

3 安全风险预控

3.1 发挥团队引航作用

对于安全风险高、操纵难度大的船舶引航需发挥团队力量。钻井平台拖带需要驾驶台成员在不同位置上各尽所能，与其他成员协调配合完成工作，主拖船、钻井平台、辅助拖船各团队间需把个体目标与船队目标协调统一，以达到团队工作效率最大化。定时检查主缆、各连接部件的受力及磨损情况、核实与他船的会遇意图等，通过团队成员的交叉检查，有效减少人为因素带来的安全风险，提高引航工作安全系数。引航应协同岸基支持，岸基人员通过电子设备得到完善的数据分析，提供实时的气象信息、船舶交通流情况等，实时跟踪并提供专业指导，降低引航风险。

3.2 时间节点

时间节点的合理控制是钻井平台拖带顺利与否的关键。引航员应分析相关资料，合理选择拖带起始时间和经过九段浅滩时间，制定通过各重要航段的时间节点。引航员还应掌握各航段船舶通航规律，预判各航段可能的通航情况。通常钻井平台拖航应选择潮差在1.84～2.74 m 间、最大流速小于2.5 kn 的日期。综合考虑在白天拖航、流对航速影响和过九段浅滩时富余水深要求等因素，拖航日期以选择农历初六至初八或二十到二十二为佳，晨昏蒙影时经浏河口警戒区下行出口航经各复杂航段遭遇船舶高峰流的机率较小，安全风险较低，同时有效利用落潮流提升航速，为航经九段浅滩留有足够时间余量。

3.3 拖带航行操纵

起航前召开航前会，合理规划航线，确定拖带时间节点、通信联系频道、明确拖带总指挥与辅助拖船分指挥的各自职责，确保拖带作业安全。主拖船除正常拖带所需连接装置外，另备一套主拖带连接装置和一套应急拖带连接装置，并处于随时应急使用状态。

航行中，参加拖带作业船舶应使用专用频道保持内部通讯畅通，按规定显示号灯、号型，正确开启AIS 设备，严格遵守相关规定，确保船队航行在计划航线上。引航员应熟知各航段潮汐变化规律，及时接收气象信息，根据专业判断预配风流压角以抵消钻井平台漂移的影响。晨昏蒙影时，应使用探照灯照射主拖缆警示对方船勿从主拖船与钻井平台之间穿越。加减速操纵时应逐级进行，每次增减幅度不超过主机负荷的5%为宜，并注意拖缆受力情况。大角度转向操纵应分多次完成，每次改向不超过5°为宜，并注意主缆受力角度。

拖带船队航行中拖缆是保障航行安全的重要因素，需经常核查拖缆状况，根据航道的宽度、水深等适时调整主拖缆长度，主拖缆悬垂量以拖缆在水面呈若隐若现为佳。

3.4 应急预案

拖带可能出现的紧急情况包括，遇恶劣天气、断缆等，需对可能的紧急情况制定应急预案，主拖船负责现场救助组织与协调，协助钻井平台实施应急处置，并及时进行报告。遇恶劣天气，在应急锚地临时插桩升船；主拖缆断缆，接应急拖缆，辅助拖船迅速做好风险评估和准备随时实施接拖。

4 结语

大型钻井平台拖带操纵无论是在狭水道或海上都属困难操纵，特别是在有着“黄金水道”之称的上海港水道。凡事预则立，通过分析钻井平台拖带安全风险，认真做好相应安全风险预控工作，操纵时小心谨慎，上海港钻井平台拖带的安全才有所保障。