深水导管架下水驳船适用性改造技术研究

崔广亮，何 敏，魏佳广，陈凯超，邱 炜

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

桩基式导管架平台是海上油气田开发应用最为广泛的固定式平台[1]。在我国，通过几十年的发展，对桩基式导管架平台的研究取得了长足的进步，积累了大量的设计施工经验。目前，我国已经能够完全掌握200 m水深桩基式导管架平台的设计、建造及安装技术。近年来，随着油气田的勘探开发逐步走向深水，200～300 m水深的可开采油藏被相继发现，从技术难度及经济性角度来看，此水深范围的油气田开发应用桩基式导管架平台仍旧是比较经济的选择[2]。

深水导管架建造完工后，采用下水驳船将导管架运输到油田施工现场，通过滑移下水的方式进行海上安装。由于深水导管架具有结构尺寸大、重量大及重心高等特点，因此对下水驳船有着较高的技术要求。以陆丰15-1DPP导管架为例，施工现场水深约286 m，导管架尺寸为95 m×95 m×300 m，设计质量约30 500 t，世界范围内有能力完成该导管架安装下水的驳船仅有荷兰的“H-851”船和我国的“海洋石油229”船，而“H-851”船在同时段另有施工计划，不能满足陆丰项目的工期要求，因此“海洋石油229”船将成为陆丰15-1DPP导管架海上安装的唯一驳船资源。

“海洋石油229”船是30 000 t级导管架下水驳船，运输陆丰15-1DPP导管架已达到船舶性能的极限。本项目以陆丰15-1DPP导管架为例，对“海洋石油229”船完成深水导管架运输下水的适用性进行分析，并对船舶局部改造进行可行性技术研究。

1 船舶主要技术参数

“海洋石油229”船为T型下水驳船，主要技术参数见表1[3]，驳船船体形式见图1。

表1 “海洋石油229”船主要参数

图1 “海洋石油229”下水驳船

2 “海洋石油229”船适用性分析

2.1 导管架装船布置

陆丰15-1DPP导管架采用卧式建造，总长度达到300 m，导管架装船布置方案如图2所示。装船时导管架底部需要探出船首，以减小船尾处导管架探出部分对船体的集中载荷。

图2 导管架装船布置示意

2.2 导管架运输工况稳性计算分析

依据导管架装船布置方案，应用MOSES专业计算软件对陆丰15-1DPP导管架及“海洋石油229”船进行建模，选取驳船首吃水8.0 m，纵倾角0.133°，风速100 kn为输入数据，对导管架运输工况船舶稳性进行计算分析，计算结果见表2。

表2 船舶稳性计算结果（运输工况）

上述计算分析表明，下水驳船在导管架运输工况下有良好的稳性，各项分析结果满足DNV规范要求。

2.3 导管架下水前工况稳性计算分析

导管架滑移下水前，驳船将通过调整各个舱室的压载水容量，使驳船调整至纵倾4.0°，此时船中吃水11.22 m，船舶吃水状态见图3。

图3 导管架下水前驳船吃水示意

根据DNV规范要求，选取50 kn风速作为环境输入工况，对导管架滑移下水前驳船的稳性进行计算分析，计算结果见表3。

表3 船舶稳性计算结果（下水前工况）

根据导管架下水前稳性计算分析结果可以看出：面积比为0.92，小于DNV规范要求。由此可知，导管架滑移下水前驳船的动稳性不足，“海洋石油229”船下水能力无法满足项目需求，应进行适用性改造。

2.4 “海洋石油229”船总纵强度计算分析

根据船舶稳性计算时的船舶吃水状态及环境条件，对“海洋石油229”船运输工况、导管架下水前工况以及导管架下水翻转工况进行总纵强度计算分析，计算结果见表4及表5。

表4 船舶弯矩计算结果

表5 船舶剪力计算结果

根据导管架下水前稳性计算分析结果可以看出：在下水翻转工况下驳船距离船头95 m位置最大弯矩值超出船舶设计许用值，船舶需进行适用性改造，改造中应当对总纵强度进行提升。

3 “海洋石油229”船适用性改造方案研究

影响船舶稳性的外因主要是倾斜力矩的作用，例如风浪作用、货物移动、拖船急牵以及船舶回转等；内因则主要是复原力矩，取决于排水量、重心和浮心的相对位置等因素[4]。在实际工程应用中，外因是不可避免且无法改变的，只能从内因的主要影响因素进行分析。陆丰15-1DPP导管架的长度和体积都较驳船大，调整装船位置对导管架自身结构强度影响较大，并且不能有效地改善运输稳性，因此只能通过增加船舶宽度和调整排水量来提高船舶稳性。“海洋石油229”船是独特的楔形结构，船尾宽度65 m，增加船尾的宽度会大幅增加运输过程中的拖航阻力，鉴于实际拖航船舶资源限制和安全考虑，因此考虑在船舶中部楔形型宽变化处增加临时浮箱以提高船舶稳性是更为合适的方案。通过多次迭代计算分析，在船舶左右两舷对称位置各增加一个长50 m、宽11.5 m、高14.25 m的浮箱，能够满足稳性要求。如图4所示：浮箱布置在船中部船宽过渡位置，关于中轴线对称分布，高度与型深相等，顶部与驳船甲板平齐，底部与驳船龙骨平齐，浮箱采用焊接方式与船体连接，同时新增浮箱分舱并兼作压载舱使用。新增浮箱正处于船舶弯矩值超出设计许用值位置，新增浮箱的结构形式应充分考虑能够提升船舶总纵强度。

图4 增加浮箱后的船舶总布置示意

3.1 驳船改造后导管架运输稳性计算分析

原有导管架装船布置方案不变，调整压载方案，使下水驳船船首吃水8.3 m，纵倾角0.133°。以风速100 kn为环境条件，对驳船改造后的导管架运输工况船舶稳性进行计算分析，计算结果见表6。

表6 驳船改造后稳性计算结果（运输工况）

上述计算分析表明：导管架运输工况下驳船稳性较改造前有所提高，各项分析结果能够满足DNV规范要求。

3.2 驳船改造后导管架下水前稳性计算分析

驳船改造后导管架下水前驳船浮态：驳船船中吃水11.22 m，纵倾角4.0°。选取50 kn风速作为环境输入工况，对导管架滑移下水前驳船的稳性进行计算分析，计算结果见表7。

表7 驳船改造后稳性计算结果（下水前工况）

上述计算分析表明：导管架下水前工况下驳船稳性较改造前明显提高，各项分析结果能够满足DNV规范要求。

3.3 驳船改造后导管架下水翻转时稳性计算分析

驳船改造后导管架下水翻转时驳船状态：驳船纵倾8.78°，船舶吃水状态如图5所示。选取50kn风速作为环境输入工况，对导管架滑移下水翻转时驳船的稳性进行计算分析，计算结果见表8。

图5 导管架翻转时驳船吃水示意

表8 驳船改造后稳性计算结果—翻转工况

上述计算分析表明，导管架翻转工况下驳船稳性能够满足DNV规范要求。

3.4 驳船改造总纵强度计算分析

新增浮箱结构形式参照原船边舱结构设计方案，通过对驳船总纵强度进行计算分析。下水翻转工况下，驳船距离船头95 m位置弯矩最大，许用值由5 941 387 kN·m提升至9 166 695 kN·m，大于弯矩理论值，百分比为70.9%，新增浮箱后的船舶总纵强度能够满足设计要求。

4 结语

导管架下水驳船的船舶能力是制约深水导管架安装的一个关键因素。本文以陆丰15-1DPP导管架为例，对30 000 t级导管架下水驳船“海洋石油229”船进行了可行性研究，并针对“海洋石油229”船稳性及总纵强度提升方案进行了可行性分析，为“海洋石油229”船运输陆丰15-1DPP导管架提供了理论依据。除此之外，在改造设计实施阶段还需对“海洋石油229”船的局部强度进行有限元分析，并对船体薄弱位置进行针对性加强。目前，此项技术研究已经作为技术基础应用到“海洋石油229”船升级改造项目中，用于指导“海洋石油229”船升级改造详细设计的开展。

深水导管架下水驳船适用性改造技术研究旨在提升现有船舶装备的能力，有效地解决船舶资源制约海洋工程发展的问题，使深水导管架下水驳船发挥更大的效能，更好为深水导管架安装服务[5]。