300ft自升自航式修井船（LIFTBOAT）的研制

2015-03-25周启智王志华陈朝俊

广东造船 2015年3期

周启智，王志华，陈朝俊，王平，黄波

（广新海事重工股份有限公司，中山528437）

1 引言

中东和东南亚等地区对LIFTBOAT需求正在不断增加，这一船型有望最终取代居住工作驳船。该地区受11月至3月季风季节的影响，海域状况不稳定，而居住工作驳船无法在这种情况下运营。因此，该地区季风季节经常出现由气候原因造成的工作延期，由此带来大量的资金损失。相比之下，LIFTBOAT能够在季风季节更加安全地工作，因而石油公司更倾向于使用LIFTBOAT。恶劣天气造成的昂贵延迟以及LIFTBOAT所能提供的更高安全性，是推动石油公司选择LIFTBOAT的重要原因。

2 主要功能及技术参数

该船为双壳、双机、双桨、全回转舵桨推进、带4个圆柱形桩腿、齿轮齿条升降的自升自航式钢质修井船，由主船体（带上层建筑）、桩腿及其相关结构（带桩靴）、升降系统、推进装置和高压泥浆系统等主要部分组成。母型船长55 m、宽43 m，该LIFTBOAT根据中东船东的作业要求，并结合我司船坞的特点，最终优化后选取船长69.6 m、型宽38 m，现主船体为长方体，首尾随推进器布置有平缓过渡，平行中体占船长约80%，主船体为纵骨架式，首部设4层甲板室上层建筑，提供巨大的住宿空间；船体的升降系由齿轮齿条驱动4跟圆柱形桩腿实现，升降系统由VFD变频电动控制，桩靴为圆形。

该LIFTBOAT主要适用于水深5～60 m范围海域的油田，为各种工作平台、钻井平台提供修井业务。主甲板提供1 000 m2甲板面积，配备大型API桁架式起重吊机，能完成各功能橇块在海上运输、吊运以及组装，为钻修机提供迅速、经济的运输和作业区域，实现近距离快速搬迁和工作，可变载荷达到1 400 t；自带航行推进器与控制系统，航速大于6 kn；通过4锚绞车定位系统，能够固定在海上平台及其他海上结构旁边，并满足II类危险区工作要求。该船可满足150人住宿、就餐、医疗、办公的要求。

该LIFTBOAT是根据美国船级社（ABS）的相关规范及IMO对LIFTBOAT的相关要求进行设计、建造和检验。

2.1 主要技术参数

2.2 作业海区的自然环境条件及设计标准

见表1。

表1 作业海区的自然环境条件及设计标准

2.3 环境条件参数

3 总布置

主船体采用纵骨架式结构，舷侧纵横舱壁及两端封板采用横骨架式结构，桩腿采用圆形结构，设5道水密分隔。桩腿外部设有齿条，内部设有纵向桁材和撑杆（与齿条对齐）。

该LIFTBOAT总布置见图1。船上设2道纵向水密分隔、4道横向水密分隔，将主甲板下舱室从首至尾依次划分为5个区域：首部首侧推舱；起居处所；泥浆泵舱；机舱和尾部舵机舱。其中：首侧推舱布置8 t隧道式侧推器；主甲板下起居处所布置更衣室、厨房、餐厅、食品冷库、健身房、会议室和电影室；泥浆泵舱布置泥浆舱、高压泥浆系统；机舱布置主要的机械设备，如2台主机、4台柴油发电机、油水分离器，泵浦和污水处理器等辅助设备，舵机舱布置2套全回转舵桨推进器。主体四角分别布置4条圆形桩腿及其升降系统及其机构，起升系统布置在遮蔽的起升系统控制站，

主甲板以上上布置4层甲板室，其中主甲板、首楼甲板和上首楼甲板布置12个单人间、17个双人间、26个4人间；顶层甲板室为驾驶室和候机室；4套救生艇布置在上首楼集合站两旁；直升机平台布置在驾驶室顶部前方。

主甲板布置2台海工吊机，其中左舷尾部布置1台200t绕桩式海工吊机，右舷FR55处布置1台20 t吊机，2台吊机能完全覆盖主甲板工作区域，满足修井包吊运组装及货物对内对外移位吊运作业；主甲板四角布置4台定位绞车系统，通过4锚绞车定位系统，LIFTBOAT能够固定在海上平台及其他海上结构旁边，承担繁重的工作。

图1 LIFTBOAT侧视示意图

4 推进系统及船舶电站

基于母型船的资料，对该LIFTBOAT的推进系统及船舶电站进行优化，双机、双桨、全回转舵桨推进。配置2台额定功率1 700 kW的高速主机，通过船体内中间轴连接2台额定功率1 700 kW的全回转舵桨推进器；首部配置1台约500 kW导管式推进器；机舱设有4台1 000 kW的柴油发电机，上建安装1台400 kW应急柴油发电机。

5 起升系统

该LIFTBOAT升降装置采用4个圆柱形桩腿，桩腿两侧布置齿条，桩腿为电控驱动齿条的升降系统，具备自升式的升降功能，能将LIFTBOAT起升到合适高度，配合钻井平台完成各功能橇块在海上运输以及组装，提供迅速、经济的运输和作业平台，实现近距离快速搬迁和工作。该LIFTBOAT的可变载荷高达1 400 t，通过优化设计及配置，比同类型LIFTBOAT高40%，具有更好的经济性及更强的核心竞争力。桩腿长度达到300 ft（91.44 m），可以满足中东等海域的恶劣海况及环境要求，自存最大的风速达到100 kn，作业最大风速70 kn，设计环境要求满足IMO对船舶要求的接近极限热带环境要求，能够在酷热的环境中连续工作。

起升系统使用变频电动控制驱动系统，相比液压控制驱动系统，安全可靠，设备体积小，输出功率大，操作和维护方便，无需串油，施工工艺简单，而且变频控制驱动比常规的启动方式更加平滑，对电站的冲击很小，有利于延长设备的使用寿命。虽然前期的投入成本比液压驱动系统要贵，但现场安装工艺简单，节省安装成本和投产后操作维护的成本。而且变频系统采用集成优化设计，将起升系统与高压泥浆系统的变频系统集成在一起，共用变频系统的整流部分，将泥浆泵逆变器独立，简化了控制流程，节约了安装空间，减少日后维护的工作量。而且设备的布置按照操作功能进行相对集中化布置和控制设计，设计成集成化组合屏，实现空间布局的节约和操控的方便性。

6 高压泥浆系统

该LIFTBOAT优化配置一套高压泥浆系统，可配合钻井平台作业。泥浆系统由高压泥浆泵、混合泵、灌注泵、混合漏斗、泥浆舱和搅拌器等主要设备组成，可分为高压系统和低压系统两部分：高压系统压力达到7 500 psi，主要配合钻井平台作业，实现洗井、钻井、修井等作业；低压系统主要用于不同密度泥浆的配比，可通过加入淡水、盐水或油，配成水基泥浆或油基泥浆，实现泥浆混合和泥浆循环。

输灰过程是半自动输灰，包装水泥、砂石等原材料在储存仓堆放，通过履带或叉车运输到混合漏斗上，进入混合漏斗混合成泥浆。淡水、盐水或油通过管线输进入泥浆混合系统，通过阀件控制其用量。

泥浆混合的流程为:散装水泥、砂石等原材料在混合漏斗中混合，混合泵将混合漏斗中初步混合后原料通过高压管线输入入泥浆舱，泥浆舱内设泥浆搅拌器，将原料搅拌混合成泥浆，混合泵同时起循环的作用不停搅拌循环；或者可通过主甲板加注站从平台供应船上将泥浆注入泥浆舱。泥浆舱分普通泥浆舱和重金属泥浆舱，共4个泥浆舱，可存放不同密度的泥浆，供钻井/修井作业使用。低压泥浆系统中，采用总管形式，每个泥浆舱设注入口和吸入口，分别连到总管上。总管形式比较易于维护，方便清洗和维修更换，灌注泵和混合泵通过管线优化设计实现互为备用功能，甚至在紧急的情况下，高压泥浆泵可起到灌注泵和混合泵的临时备用的作用。

泥浆输送的流程：灌注泵从泥浆舱中吸入泥浆，输入高压泥浆泵，通过高压泥浆泵加压后从高压出口送到主甲板作业区管线接口，通过GANGWAY步桥架输送到钻井平台上供钻井平台作业需要。高压泥浆泵出口另设中压冲桩分支管系, 分别4个桩腿及桩靴, 供平台拔桩时冲桩使用。

另外，泥浆系统配冲洗系统，接入海水管线实现泥浆系统清洗，可通过文丘里喷嘴对泥浆舱内残留的泥浆进行高压冲洗。

7 主要特点

（1）自升自航功能

该LIFTBOAT配置2台1 700 kW全回转推进器和500 kW首侧推进器，航速达到6 kn，可在海洋作业区内移动。为满足定位和作业需求，设计4条圆形齿条式桩腿，电控驱动，速度约为常规钻井平台的1.5～2倍。中东海域作业水深在60 m以下，该LIFTBOAT满足其作业需求，桩腿设计长度91.44 m（300英尺）。

（2）自带动力货物供应

该LIFTBOAT配置4台1 000 kW发电机和1台400 kW应急发电机，可满足各种工况作业的动力需求，同时其还配置泥浆、盐水、压载水、淡水、燃油等舱室及系统，为钻井和修井作业提供所需的油、水、气电等通过管线和电缆输送到生产平台。

（3）集成化设计

按海洋工程的操作习惯及要求，将起升系统和泥浆系统的变频驱动系统进行集成优化设计，简化了控制流程，优化设备的配置，节约了安装空间和成本。

（4）起升系统和泥浆系统采用电控VFD变频系统

该LIFTBOAT配置西门子电控VFD变频系统，采用12脉整流技术，相比国内配套的液压系统或6脉整流系统，能极大减低电网谐波干扰。对关键控制模块采用冗余配置方案，提高其电控系统的可靠性和先进性，满足ABS船级社的要求。