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救助案例
 
 
航道内大型钻井平台拖航作业浅析

  ---以“东海救117”轮拖航“H1369”钻井平台为例

Analysis of towing operation of large scale drilling platform in the fairway

杨崇高 张亮

(交通运输部东海救助局)

摘要:本文以拖航无自航能力的“H1369”自升式钻井平台为实例。该平台于20164月由上海宝山锚地拖航至临港码头附近区域。本文主要从主拖拖轮角度入手,分析、总结航道内船舶拖航作业,以此为航道内拖航作业安全提供参考。

关键词: 拖航 航道内

Abstract:An example of towing non-propulsion Platform "H1369". "H1369" was towed from Shanghai Baoshan anchorage to Lingang Port in April 2016. This article mainly from the main tow tug angle of analysis, summarize towing operations in the channel, in order for the channel in towing operation safety.

Key words:towing   in the channel

 

0引言

   随着人类对油气资源开发利用的深化,油气勘探开发从陆地转入海洋,而海上钻井平台成为了主要用于海上油气勘探开发的海上结构物。体型庞大,质量大,阻力大,结构形状特殊,无自航能力的海上钻井平台一般需要拖船拖航或半潜船运载至指定地点。船舶拖航作业程序繁琐、操作相对复杂、作业风险较大,特别是在航道、繁忙水道内进行拖航作业,拖航作业的安全对于海上作业安全、平台安全、航道航行安全、海洋环境安全至关重要。

本文以拖航无自航能力的“H1369”自升式钻井平台为实例。该平台于20164月由上海宝山锚地拖航至临港码头附近区域。本文主要从主拖拖轮角度入手,分析、总结航道内船舶拖航作业,以此为航道内拖航作业安全提供参考。

 

1拖物和拖船的情况

1.1被拖物

钻井平台用于海上油气田生产生活的海上设施,按照结构可分为坐地式平台、自升式平台、半潜式钻井平台、牵索塔式钻井平台等,我国海域多使用自升式钻井平台。但不同结构的钻井平台有一些共同特点:形状特殊,体积大,排水大,拖航惯性大,拖航阻力比一般船体结构的被拖物的拖航阻力大;上层结构高大,受风面积大;水下结构不规则,方形系数大。另外,钻井平台受力位置难以控制,易发生偏转,不易拖带。

H1369”为一自升式钻井平台,自升式钻井平台一般有平台、桩腿和升降机构组成,可以将桩腿插入海底,固定平台,并将平台抬起到离海面一定高度。自升式钻井平台在降船、拔桩、起拖、升船以及到达目的地插桩着底时,需要良好海况下进行,拖航计划应给予考虑。“H1369”平台型长65.25m, 型宽62.00m,型深8.00m, 吃水4.5m,高度75.00m,排水量:14,241T。“H1369”俯视图如图(1):

图(1

62.00m

65.25m

H1369

 


1.2拖轮

    主拖船“东海救117”轮,功率9,000 KW,船长99.35M,系柱拖力150.0T,总吨3,700,

是国内最先进的大型救助拖轮,配有24500KWCPP推进器,2支舵,多套操舵装置,2部推力18T艏侧推,1部推力20T尾侧推。动力配置强大,足够满足在静水中拖航自升式钻井平台“H1369的拖航速度不小于4KN的要求。另外有24,500匹马力全回转的港作拖船,发挥启拖和伴拖作用。

2航道情况

2.1概况

上海港是世界十大港口之一,港口货物吞吐良世界排名第一,是世界上最繁忙的港口。上海港自黄浦江上游至长江口以及外海的洋山岛划分为:黄埔江上游港区、黄浦江中游港区、黄浦江下游港区、宝山港区、外高桥港区、崇明三岛港区、洋山港区、杭州湾港区。

2.2水文气象

上海港长江口水域潮汐属于非正规半日潮,一天内高高潮与低高潮可相差0.5m-1.5m,落潮历时约6.5h-8.5h,自河口往上游沿程递增;涨潮历时约4-6h,往上游递减。而长江口水域潮流,为顺时针方向回转流。最大涨潮流流速约3.8节,发生在中浚高潮前4小时,为西北流;最大落潮流流速约4.8节左右,发生在中浚高潮后2小时,为东南流。上海港风的季节性明显,春、夏和初秋多为南东南风和东南风,晚秋和冬季多为北西北风和北东北风。3月到5月雾天较多,其中4月最多。长江口水域有九段沙、圆圆沙、吴淞口、宝山等警戒区。


2.3航线。

本次拖航是从从宝山北锚地(31°3209.4N/121°2231.7E)拖航至上海外高桥造船海洋工程有限公司(SLO)临港码头区域(约30°505N/121°4904E),总航程约122海里。

 

2.4航道影响拖航的因素。

航道的允许航行宽度,水深,弯道,潮汐等自然因素对拖航作业都有直接影响,拖航过程中,风、浪、流等因素可能造成钻井平台不可避免的偏航,特别是转弯处,航道太窄就要考虑岸壁效应的影响;水深、潮高对拖航作业的影响也应考虑,富余水深太小,可能造成浅水效应,使拖缆张力增大,拖船主机负荷增高,或拖缆拖底等情况。这次拖航作业中,航路要经过九段沙水域,在S19号灯浮附近水域海图水深浅,控制拖速保证在安全潮位通过此区域,并在通过此区域时,应该合理减速、收短主拖缆等措施,减小浅水效应影响,且预防拖缆拖底。

       航道内交通对拖航作业的影响。交通密度、交通流对拖航安全影响很大,特别是上海港是世界上最繁忙的港口,附近航行作业船舶数量非常大,高频特别嘈杂,通报效果不佳,并且有很多小型船舶AIS信息无法读取,无法获得船名等信息,并且船位很近,给沟通协调带来很多困难;有多个港区,多条航道,航道之间有多个交汇处,如圆圆沙灯船、九段沙灯船、南槽灯船附近都是多个交通流交汇处,因此,应多次发送拖航的航行警告,提前做好沟通协调。

3拖带方式

这次主要使用单拖,“东海救117”轮主拖“H1369”,另外1条港作拖轮在平台艉部右后方吊拖,协助控制平台位置,另1艘港作拖轮在船队前方机动,清理航道。示意图如图(2)

                                     (2)

主拖轮接拖方式是两根6m长直径64mm的龙须链连接150T三角板,然后通过25m长的直径为60mm的短缆连接三角板和主拖缆。示意图如图(3)

(3)

这种接拖方式可以在钻井平台受到外力时,三角板位置相对固定,一根龙须链将受到较大的作用力,而另一根龙须链将受到较小的作用力,从而有效地抑制钻井平台的偏荡。

4拖航可操作性的演算

4.1拖缆长度。

拖缆长度不易过短,特别是启拖或加速时,容易造成拖缆出水、断缆或拔出被拖物缆桩等情况;亦不易过长,过长会拖底,摩擦拖缆损坏拖缆,且被拖物偏荡严重。因此,选择适当长度的拖缆有利于缓解拖船和被拖物之间的相对运动产生的冲力,也有利被拖物偏荡和拖缆安全。港内拖航,主要考虑作业水域空间、水深等限制,一般拖缆长度选为50-150m。而外海水域,根据经验拖缆长度公式:

S为拖缆长度(m),K为经验系数,一般取1.5-2.0 分别为拖船长度和被拖物长度(m)。拖速大时,K取大值。

4.2拖缆悬垂量。

质量大,长度大的拖缆,在拖船和被拖物之间形成了悬垂链,起到了缓冲作用,有效地防止拖缆受到冲击造成了断缆。然而拖缆长度过长,悬垂量过大,可能会拖缆拖底,磨损主拖缆而断缆。根据悬链线计算公式:

   

    d为悬垂量(m);

S为拖缆长度(m);

R为被拖物阻力(t),可根据公式(1)计算,以可参考主拖缆机上的张力读数;

W为每米拖缆在水中的重量(t/m),一般取空气中的87%

控制拖缆有适当的悬垂量,有利于缓解拖船和被拖船相对运动产生的冲击张力,因此估算悬垂量的大小,直接影响到拖缆的受力、及拖航的安全。

4.3拖航阻力估算。

根据中国船级社出版的《海上拖航指南》,可知钻井平台阻力计算公式如下,取大值:

*              公式(1

为被拖航阻力;

为被拖物摩擦阻力;

为被拖物剩余阻力;

为拖船摩擦力;

*

其中V为拖航速度, 为风速,一般取20m/s计算,单位均为m/s 为方形系数; 为空气密度,一般取1.22kg/ 为受风面积形状系数,具体见下表; 为船舶或水上建筑物的浸水表面积, 为浸水部分的船中横剖面积, 为钻井平台受风面积,单位均为 。钻井平台的浸水表面积 =L*(B+2d),其中L为船长,B为船宽,d为拖航平均吃水。自升式钻井平台的尾倾量应不小于0.3米。

经验估算方法是:R=

D为被拖物排水量,单位T;V为拖航速度,单位m/sK为系数,取3000-4000,拖航速度大时,取小值。

拖航总阻力 =+ ),其中R为平台阻力, 为拖船阻力,是拖轮摩擦阻力和剩余阻力的和,可查询资料得知,若无资料,也可以计算求得。

 


5拖航中实际操作

 在实际操作中,拖缆机配有张力显示,可直观地看到拖缆受力情况。

“东海救117”轮拖航“H1369”自升式平台作业的起拖放缆时,使拖缆张力受力15T左右,一定的受力有利于拖缆放出。将拖缆放至预定360米,因钻井平台阻力大,足够长的拖缆可以缓冲拖轮和钻井平台之间的冲力,在港内拖航,拖缆不能放太长,太长容易拖底,也不利于航行安全。放出时张力情况如图(4)

                                     (4)

放至360米,加车起拖阶段,拖缆最大张力为120T左右。拖航至过九段浅点后,航行水域宽敞,富余水深较大,拖轮慢车减速,拖缆受力在15T左右,将拖缆放至500米;放妥至500米后,再逐渐加车,拖缆张力在110T左右,港作拖轮解绑,开始港外拖航。图(5)为拖缆放至500米、港外拖航时张力显示:

                                   (5)

进入临港航道前,拖轮慢车减速,港作拖轮开始辅助,拖缆张力控制在15T左右,将拖缆收至250米。到达指定位置后,待自升式钻井平台插桩妥当,拖缆解掉,拖缆收回拖缆,拖航任务结束。

 

结束语

随着对开发海洋资源的发展,大型钻井平台数量在极速增长,拖航大型钻井平台的任务量也同步增长,安全完成大型拖航任务有助于推动经济发展、保障人民财产安全、海洋环境安全。本文是著者一些个人经验,可能有不妥之处,望读者可以一起交流探讨。

 
参考文献:

1《海上拖航指南》中国船级社2011

2《中国港口指南》中华人民共和国解放军海军司令部航海保证部2009

3《海上救助实用指导手册》人民交通出版社,救助打捞局著

4洪倍光,船舶操作. 大连:大连海事出版社,2008

5孙光春、戴冉、白春江,航海技术《船舶拖航作业要点浅析》

6东海救助局《H1369拖航技术方案》

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