三桩腿自升式海上钻井平台引航操纵要点浅析

郭佃生，姜春国

（烟台港引航站，山东 烟台 264012）

三桩腿自升式海上钻井平台是目前国内外应用最为广泛的钻井平台，在我国近海作业范围广，数量多，进出港口频繁，因其平台形状为不规则的三角形，被引航员俗称为“三角钻井平台”。其具有结构复杂、一般无自航能力、拖轮协助操纵易旋转和引领难度系数大的特点。本文以引领该类钻井平台“胜利新一号”离烟台来福士七号泊位出港后装载到半潜母船“振华34”为例（见图1），从制定引航方案开始到引航任务完成，针对平台结构特点、水文气象条件、航道通航环境、拖轮配备方案、引航员指派和分工等方面的关键性操作细节，总结出的一些引航操纵体会，为类似引航作业提供参考。

图1 “胜利新一号”装载到母船“振华34”轮俯视图

1 引航任务关键性信息

（1）引航任务。将“新胜利一号”离泊烟台中集来福士七号泊位后，由拖轮拖航至港外油轮过驳锚地西侧，在母船“振华34”轮下风侧30 米处停留，带好上风侧两根缆绳后利用缆绳配合协助拖轮完成装载作业。

（2）平台资料。“胜利新一号”总长78.5 米，总宽54 米，型深5.5 米，吃水3.43 米，无自航能力，三根柱体式桩腿高度82 米，平台重量7536 吨，最大作业水深50 米，最大钻井深度7000 米。

（3）港口水文资料。烟台中集来福士码头位于烟台芝罘岛南侧芝罘湾内，西邻打捞局港，东临东口码头，船舶可通过打捞局航道或者来福士深水航道、烟台港三期航道和北航道进出港口，港池内、泊位前沿和旋回水域水深从-15.0 米到-18.0 米不等。港区属于正规半日潮港，潮差一般在2 米以内，属于弱潮差港，港池内流速较小。

2 引航方案的制定

该平台属于烟台港引航站引领船舶中的重点船舶，引航方案应包含但不局限于拖轮配置、引航员指派、航线制定、引航应急预案等重要内容。

2.1 拖力计算，确定拖轮配置方案

在制定初步引航方案前，一是要实地查看导缆孔、缆桩等系缆设备，平台舷外管线、锚架、小平台等凸出结构，确定拖轮顶推和带缆位置；二是对钻井平台各种阻力、拖航方案进行数据分析，计算平台总阻力，评估在海上拖航标准环境条件下的拖航方案是否可行，总系柱拖力是否足够；三是确定最终拖轮配置方案。此次引航任务计划使用3 艘烟台港拖轮，各拖轮具体参数见表1。

表1 拖轮船舶资料

根据中国船级社《海上拖航指南2011》附录2 第2项之规定，“胜利新一号”属于受风面积特别庞大的钻井平台或其他水上建筑的范畴，其拖航阻力可按经验公式计算:

式（1）中：Rf为钻井平台的摩擦阻力，kN；RB为钻井平台的剩余阻力，kN；Ra为钻井平台的空气阻力，kN。

钻井平台和拖轮（无法获得拖轮资料）的阻力均按如下近似方法确定：

式（2）（3）中：A1 为钻井平台水下湿表面积，m2；A2 为浸水部分的船中横剖面积，m2；V 为拖航速度，设定4 节，2.0578m/s；δ 为方形系数。

钻井平台空气阻力按下列公式计算确定：

式（4）中：ρ 为空气密度，kg/m3，按1.22 计算；Vs 为风速，m/s，按20.6 计算；Cs为受风面积Ai 的形状系数，按钻井架1.25 计算；Ai 受风面积，m/s，按顶风计算。

经过计算，当风速为20.6m/s，“胜利新一号”的总阻力约为882.83 kN，三艘拖轮的总阻力约为28.14kN。三艘拖轮的总系柱拖力为1206.1kN，假定拖轮由于船龄、水文气象、驾驶员操纵水平等因素导致有效输出功率降至总功率的80%，则总剩余系柱拖力936.74kN，仍大于“胜利新一号”的阻力，证明钻井平台可以在静水中以拖航速度为4Kn 航行，满足中国船级社的规范要求。

《烟台港引航站操纵规范》中关于此类重点船引航作业时风力气象条件限制为10.7m/s，风速要求远高于标准气象和海况条件下的计算被拖船阻力设定的20.6m/s，所以此拖轮配置方案可以保障引航作业安全。同时笔者认为拖航速度越快，拖船和被拖船的阻力会呈几何倍数增加，拖航速度越慢，阻力会相应成倍的递减，在狭窄航道、水流多变、通航环境比较复杂的港内拖航时很难达到4 节的拖航速度，多次引航操纵经验也证明了这一点，一般港内拖航速度在2Kn 以内。且海上拖航一般只有一条主拖，距离远，时间长，气象变化不定，天气预报精度相对较低，很难把握航线附近潮流流向和流速，海况差等多种不利状况存在，因此拖轮系柱拖力要求更高；港内拖航一般除了主拖还有2—3 条辅拖，以便协助被拖船转向、保向、减速等操纵，距离相对较短，作业时间短，可选择天气、海况相对较好的时间段，选择余地大，如遇大风、大雾等突发天气状况，随时可以停止作业，就地锚泊、申请增加拖轮数量等手段以保证作业安全，拖轮系柱拖力相对要求低一些。因此用此数据验证拖轮拖力，在港内拖航作业的安全系数会更高。

2.2 拖轮系缆布置方案

T23 主机功率最大，有两台缆车，操纵灵活，配置为主拖。负责拖航、控速、转向及横移。在船头系八字缆，长度约100 米。两根拖缆分别系在平台首部的导缆缆桩上，调整两根缆绳使其长度相同，确保拖轮拖力可平均分配在两根缆绳上。T14、T15 功率较小，船首宽度小，船首高度较低，可选择的顶推位置多，配置为辅拖，拖缆分别系在左舷船尾和右舷船尾，负责拖航过程中的减速、抑制偏转和控制船位的作用。

2.3 引航员的安排及分工

指派主领引航员1 名，站立在最上层甲板视野开阔处，行使总指挥权并承担安全主体责任；副领引航员2名，站位分别在左右舷尾端视野开阔处，协助、提醒和提出操纵建议的责任和义务。

2.4 航线的选择

该平台离港吃水仅为3.43 米，受烟台港区附近自然水深限制较小，可以不局限于航道内航行，但需要密切注意航标、东口养殖区及所航经海域碍航物，做到早让宽让。

3 引航过程中的风险点、难点及应对措施

（1）该类型平台尺度相对较小，结构复杂，各种管线附着在船壳外，托锚架等凸出物多，导缆孔、缆桩等系缆设备数量少，船壳干舷高度小于拖轮船头悬空高度，可供拖轮顶推的位置少，有时需要加装顶推钢板，局限性多，没有选择的余地。某三桩腿自升式海上钻井平台左舷（见图2）。

图2 某三桩腿自升式海上钻井平台尾靠来福士深水泊位图

（2）该类型平台上层建筑复杂、受风面积大，盲区大。引航操纵过程中受风的影响显著，风压力成为影响平台操纵过程中的最主要不利因素。同时仅凭主领引航员一人难以做到正规了望，无法保证引航作业安全。

（3）尽管“胜利新一号”自重7536 吨，当利用主机功率3600Hp 的拖轮协助操纵时，由于功率/自重比较大，无论顶推还是拖拽，存在“一顶就快”或“一拖就慢”的现象，因此操纵时注意惯性的控制。

4 引航操纵体会

该类型平台由于其平台形状不规则的特殊性，重心比较高，引航操纵方法不同于有动力的常规船舶，也不同于无动力的形状规则船舶。之所以利用三艘拖轮协助三桩腿自升式海上钻井平台操纵易产生旋转的运动，根本原因在于这两个作用力或者三个作用力力矩矢量和没有作用在转心点上，合力转船力矩和≠0，多种因素导致了均衡力遭到破坏，导致钻井平台作旋转运动。这些因素包括拖轮功率不同、拖轮驾驶员水平不同、拖轮顶推方向不同、拖轮作用点无法选择等。

例如在该类型平台尾靠泊过程中（见图3），利用拖轮2 和拖轮3 控制拢速，拖轮2 和拖轮3 都是顶在斜面上，和平台中线存在一定夹角，因此拖轮2 产生的顶推力Y2 可分解为纵向分量Y2x 和横向分量Y2y，拖轮3 产生的顶推力Y3 可分解为纵向分量Y3x 和横向分量Y3y，假设拖轮2 和拖轮2 顶推位置左右对称，功率一样，则两艘拖轮产生的横向分量大小相等，方向相反，可以抵消；纵向分量方向相同，大小叠加；此时平台将在合力的作用下产生船尾方向的单一纵向速度，这种情况下不会产生转船效应。一旦这种合力平衡因为被破坏，平台会在合力矩的作用下产生转船效应，使平台发生旋转。

图3 尾靠泊时顶推受力分析图

5 靠泊方式和注意事项

5.1 尾部靠泊

尾部靠泊（见图2和图4）。尾部靠泊是该类钻井平台最常用的靠泊方式。优点一是因为钻井平台最长的直边是船尾，且上方无直升飞机平台等障碍物，靠在码头上更安全和便于船厂作业；二是因为拖轮可以对称的系缆在钻井平台左右两舷，离转心的距离几乎相同，两个力的合力更容易作用在转心上，在垂直拢向码头的过程中，只要左右两舷的拖轮功率相同，顶推角度相同，朝向码头方向的分力重叠，朝向两舷的分力相互抵消，从而产生朝码头方向单一的直线运动，更便于引航员操纵作业。

图4 钻井平台尾靠泊

靠泊时，主拖（拖轮1）将钻井平台拖到距泊位较近且宽阔的水域，解掉主拖缆后根据需要系缆在左舷或右舷船尾便于顶推处，利用三条拖轮协助将该钻井平台移动到泊位外200 米处，首先利用拖轮2 和拖轮3 进行试验性的操纵，目的是检验在拢向码头过程中如何操作拖轮才能使钻井平台保持直线运动；然后再慢慢拢向码头。在拢向码头的过程中，利用拖轮2 和拖轮3 控制好拢速，利用拖轮1 控制船延码头方向的位置。离码头十米左右时将船停住，带好左右两舷尾缆，调整好位置后再拢靠码头。

5.2 舷侧靠泊

舷侧靠泊（见图5）是指该类钻井平台左舷或者右舷长的斜边靠在码头上的靠泊方式。舷侧靠泊和尾部靠泊主要区别在于拖轮的系缆位置和顶推角度上，引航操纵 难度更大。在拢向码头的过程中，利用拖轮1 和拖轮2 控制拢速，利用拖轮3 控制钻井平台沿码头方向的位置。由于拖轮1 顶推作用点处是斜边和钻井平台“头轻脚重”的特殊构造，拖轮1 会产生使平台作旋转运动的分力，导致钻井平台旋转。因此在舷侧靠泊时，应多做几次试验性操纵，拢速尽量慢，找到适合拖轮的顶推角度，在拖轮1 和拖轮2 之间找到平衡作用点使钻井平台作直线运动。

图5 钻井平台舷侧靠泊

5.3 靠泊注意事项

一是多数情况下不可以直接靠在码头上。钻井平台甲板的高度往往小于碰垫或者码头的高度，为了防止在潮起潮落期间损坏平台外围结构或者碰垫，应在平台和码头之间放置一相同或低于平台甲板高度的浮箱，浮箱位置（见图2）。二是该类钻井平台在拢向码头的过程中，应在浮箱外小于十米的位置停住，移动好和浮箱的相对位置后，再慢慢拢向浮箱，注意观察外部结构和碰垫是否无碍，禁止平台沿着浮箱移动。三是该类钻井平台在靠离泊过程中，除了利用拖轮协助减速，如果海底地质、水深符、航速等符合作业要求，也可使用一根或者三根桩腿插入海底一定深度增加阻力而达到减速效果；当一根桩腿插入海底时，还可以把桩腿当做支点，使钻井平台围绕该桩腿旋转，以达到引航操纵靠泊需求。

6 结束语

引航员引领操纵三桩腿自升式海上钻井平台进出港是一个具有引航程序复杂、引航过程漫长、引航风险点高等多个特点的过程，要求引航员具备船舶操纵技术水平高、引航员间团队协作密切和拖轮驾驶员间沟通顺畅等多种能力，善于把控引航操纵过程中各种关键性操纵的本领。本文总结了一些引航作业中的关键性、实践性操作并作了细致的阐述，希望能对日后类似引航任务提供参考、改进或者帮助。