自升式平台的湿拖航安全性
自升式钻井平台结构形式及精度控制要点
自升式钻井平台结构形式及精度控制要点摘要：自升式钻井平台广泛应用于海上施工作业，常年处于风吹浪打的恶劣工作环境中，因此相较于别的海上作业设备而言，自升式钻井平台需要更高的强度、结构要更加的稳定、综合质量标准更高、建造的工艺更加的复杂。
尽管最近几年国内对船舶的建造精密度的控制程度越来越成熟，但是依然较难掌控像自升式钻井平台这样规模较大的建筑设施的精准度。
本文以国内某项自升式钻井平台为参考案例，对这类自升式钻井平台的结构形式进行介绍，并分析对其进行精度控制的要点，希望能为国内相关领域的设备建造工程提供一定的帮助。
关键词：桥梁施工；人工挖孔桩；技术应用随着国内经济的不断发展以及科学技术的持续创新，社会在能源方面的需求量正逐年增多，所以开始从更加广阔的范围勘探石油资源，石油资源的开采地从以前的陆地渐渐扩展到了海上。
但是海上石油资源开采相比陆路更具难度，而海上石油钻井平台则很好的解决了这一难题。
海上石油钻井平台通常分为两大类——固定式和移动式，本文介绍的自升式钻井平台属于移动式钻井平台的一类，主要由升降结构、桩腿、平台主体组成，具有升降功能，没有自动航行的功能。
自动升降钻井平台是我国海上石油开采作业的重要设备，因此我们需要不断的研究自升式钻井平台的精度控制要点以及结构形式。
1 主体平台结构形式以及精度的控制自升式钻井平台主体使用类似于三角形状态的箱体结构，从横舱壁和纵舱壁中将主体平台区分出多个小型的水密舱。
依据自升式钻井平台的受力特征，把3处围阱区结构和悬臂梁支撑结构进行了特殊强化。
左右与舯相距9米的左右两处横舱壁和纵舱壁以及两层底部、主体甲板一同组成主要的承受架构。
平台主体的甲板、舱底、船舷两侧以及横、纵舱壁都是平面的板架结构，按照不同的部位以及存在差异的荷载需求，可以将其规划成纵骨架式的结构或者横骨架式的结构，连接船舷两侧侧的外部挡外板和船身底板中间的部位使用直接连接法。
当自升式钻井平台在海上进行干拖时，必须要对平台的的凹形加部位的结构进行强化，并且要巩固箱体、楔块、拖航肘板等部位的结构稳定性。
自升式钻井平台技术发展趋势
自升式钻井平台技术发展趋势摘要：自升式钻井平台属于海上移动式平台，被广泛运用在现代海洋油气资源的开发，其定位能力强和作业稳定性好的特点使其在大陆架海域的油气勘探和开发中居重要地位。
自升式钻井平台适用于不同海底地层条件和较大水深范围，移动灵活方便且便于建造，在全球现有海上钻井平台中约占到40%。
工程实践中，自升式平台灾难性事故主要有:平台倾覆、桩腿入泥过深拔桩困难、桩腿穿刺等，这些与海洋地基承载力及其稳定性息息相关。
而在钻井平台插桩过程中，穿刺事故是钻井平台作业期间的最大风险因素，根据挪威HSE统计资料表明，穿刺事故约占平台总事故的53%。
自升式钻井平台插桩深度分析要求高，难度大，可检验性非常强。
已有的工程实践分析表明，钻孔的布置、场地的地质情况、土性评价和土质参数选用、计算模型的选择、地区经验、桩靴压载速率和荷载增量是影响钻井平台插桩分析准确与否的关键。
根据国内近海数百个井场的调查和分析发现，近海大部分区域插桩分析的预测结果与实际结果基本吻合，但是对于某些复杂地层，如两硬地层夹一软弱层、硬地层与软弱层反复交替出现等，仍存在预测不准的情况。
因此，钻井平台在复杂地层中的插桩深度分析及穿刺分析，是工程分析中的重点关注对象，也是钻井平台插桩作业时关注的焦点。
基于此，本篇文章对自升式钻井平台技术发展趋势进行研究，以供参考。
关键词：自升式；钻井平台技术；发展趋势引言自升式钻井平台带有能够自由升降的桩腿，作业时，桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船体，并使船体底部离开海面一定的距离，保证船体不承受波浪载荷，从而实现平台安全地钻井和采油等功能。
由于井口处海床地质复杂，土体强度非均匀系数等参数变化对桩靴承载力的影响，平台插桩后3个桩腿载荷分布不同，受力大的桩靴容易穿透海床黏土层而失稳侧倾，待主船体部分入水产生浮力，提供回复力矩，平台慢慢扶正。
在总结其技术的同时，提出了数字化、环保技术等等。
1自升式钻井平台技术1.1水深选型自升式钻井平台在海上被动航行，是被拖物，需要主拖船拖航。
自升式平台使用建议
自升式平台使用建议（CPOE-5自升式钻井平台南堡105-3井就位和插桩感言）环渤海湾浅海地带受不同水动力因素影响，海床冲蚀类型不一样,海底地貌地形复杂，地层沉积不均匀，岩性也有很大差别。
特别是冀东曹妃甸海域，地处渤海顶部，由渤海海峡过来的海流直接面对冲蚀，后往两侧转向形成沿岸环流，造成区域内海底多横向沙丘和沟壑,古河道纵布，形成了近距离范围内地层沉积深度不一和岩性差异，极不利于自升式平台的使用选择和规范性插桩。
近二年来，我公司自升式平台在该海域作业曾出现过多次高风险插桩使用事例，平台安全令人担忧，插桩不正常现象令人费解。
主要现象包括：1）、据现场所做海调资料分析，海床顶部不是最终持力层，但是桩腿却压载不入，只能处于简单站立海床状态下维持打井。
近两年在冀东海区打井已出现过几次这样的事例，桩靴式平台和孤立桩式平台都出现过这种现象，因由解释不清，实在是另人担忧和操心。
按照常规理论，对于无桩靴孤立桩腿平台，若插桩太浅（小于桩径），地层抗风倾力矩小，极不安全;另外，资料解释海床表面为一鸡蛋壳硬层（上硬下软），在穿不过的情形下勉强升起投入作业，作业期间风浪荷载冲击摇摆和钻机振动影响极易造成桩腿刺穿。
2）、同一井位处普遍认为属同一岩性层位，但实际插桩时各桩插入深度却不一样，而且是产生了类似今年元月中旬CPOE-5钻井平台在南堡105-3井位插桩中出现的首桩×12m（拔桩会有困难）、右尾桩×2.9m、左尾桩×4m插入深度不均匀和严重深度偏差现象。
海调资料中反映12．20m为持力层，承载力为88吨/平方米；2.1M处承载力为16吨/平方米；2.1-4.5M处承载力为32吨/平方米，而CPOE-5实际压载操作对地压力已高达近48吨/平方米，按道理插到12米左右应该是正常的，最起码后部两艉桩插入深度相同或许让人便于理解和放心一点。
这种插桩现象作业中极有刺穿风险，插深不一和插不到预定深度现象实在令人费解,能否升起作业一时难已表态决策，安全无把握令事业部主管领导非常担忧和操心。
自升式钻井平台的拖航风险分析及应急处置
3.1船舶：
船长应完善船舶拖航作业JSA任务单，制定预防措施，包括对动力系统、电力系统、控制系统、拖带系统，出现事故应急处理，系柱、滚筒、鲨鱼钳、甲板的连接操作，接挂拖，离场、平台上线、就位，进出港航渡、入场及应急状态。做成完整的JSA单，把控制落实到人，并在工作中有效执行，船长组织进行JSA评估，并制定相应的安全防范措施，并掌握作业程序及操作方法。
1.回顾拖航存在主要问题
1.1钻井平台沉没
1.1.1渤海2号1979年遇到大风沉没，主要原因预报6-7级，实际阵风9-10级，通风筒被海浪打掉4个，船舱进水，船舶稳性达不到要求造成平台沉没。
一再提醒我们好的气象时间窗口是满足钻井平台安全作业的重要条件。
1.2碰撞平台
2012年1月某拖轮在渤海拖带钻井平台去渤海中部，平台压载，在大风浪中解拖过程中造成船舶碰撞平台，几个原因的叠加造成碰撞平台，1、钻井平台的过桥缆只有9米长，按照拖航规定应在10至30米，船舶回旋余地小，2、因为大风船舶临时解拖，当时潮流较大，风流不合，涌浪较大推挤到平台尾部，3、安全评估，船长没有做好有效的安全评估。找好接近平台最佳的船首向，试靠能不能安全，缺乏对环境载荷已经超过船舶控制力的有效判断。
2.3作业环境
a）风浪的影响；
b）河流的影响；
c）海底底质/海底障碍物/海底管线：参加作业人员熟悉周围海底底质，确认给船舶提供有效的海管图；
d）作业周围船舶/海上设施密度；
e）信息指令传达的有效性；
f）能见度的影响/雾航：起拖和就位期间能见度大于1海里；
g）航警发布是否会对拖航计划有影响；
h）良好的气象、潮汐的时间窗口的选择（满足拖航需求）：现在自生式钻井平台拖航对于气象要求遵守《钻井平台拖航与就位作业规范》海况要求包括：
基于工作安全分析和风险矩阵法的自升式平台拖航作业风险评估
中 国 安 全 生 产 科 学 技 术
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ． １ Ｏ Ｏｃ ｔ ．２０１ ３
要： 工作安全分析法 （ Ｊ Ｓ Ａ） 将所选择作业按顺序划分若干个步骤 ， 对作业步骤逐步进 行风险识
别和分析 ， 在 工程 中得到广泛应 用。由于 Ｊ Ｓ Ａ法是 一种定 性风 险分析 方法 ， 仅能从定 性角 度分析 作业过程 中存在 的潜在 风险 ， 无法量化其 可能性和严 重度 。将风 险矩阵评估 方 法（ Ｒ ｉ ｓ ｋ Ｍａ ｔ ｉ ｒ ｘ ） 引 入Ｊ Ｓ Ａ分析过程 ， 结合 自升式海洋平 台拖航 作业及行 业评 价指标 特点 ， 利用 风险矩 阵计算 风险 因
Ｒｉ ｓ ｋ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｔ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｊ ａ ｃ ｋ ・ ｕ ｐ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｊ ｏ ｂ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｉ ｓ ｋ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ，ｔ ｈｅ ｉｓ ｒ ｋ ｍａ ｔ ｉｘ ｒ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉｓ ｒ ｋ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｆ ｒ ｉ ｓ ｋ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
Ｗ ＡＮＧ Ｇａ ｎ ｇ，ＸＵ Ｃｈ ａ ｎ ｇ — ｈａ ｎ ｇ，ＣＨＥＮ Ｇｕｏ — ｍｉ ｎ ｇ
海洋平台升降试验风险分析和安全措施
海洋平台升降试验风险分析和安全措施作者：周卫呜来源：《科技创新导报》2013年第03期摘要：该文介绍了海洋自升式平台在升降试验中存在的风险，并对其原因进行了分析，在风险分析的基础上阐述了相应的防范措施。
关键词：海洋平台风险措施随着海洋油气资源在全球油气资源中所占份额的逐步增长，海洋平台作为进行海洋油气勘探必不可少的装置，已经越来越受到油气开发商的重视，而自升式海洋平台以其稳定性好，适应能力强，作业范围广等优点成为其中的佼佼者。
根据RIGZONE的统计，目前全球投入运营的自升式钻井平台已达385条之多。
自升式平台依靠升降装置使平台主体沿桩腿爬升或下降，并可支撑于其有效工作行程内任一点。
钻井平台的升降装置有液压和电动两种，传动方式也主要有销孔和齿轮齿条传动两种。
不论采用何种方式的海洋平台，在平台建造完成、更换桩腿或升降机构后，为验证桩腿建造尺寸公差的控制精度及平台的升降能力，一般都需要采取升降试验来进行验证。
升降试验充满着诸多不确定因素，建造船厂多不具备模拟作业现场的实际环境，升降试验具备一定的风险。
为保证升降试验的顺利完成，必须对潜在的危险因素进行分析，落实可靠的安全措施，确保升降试验的顺利进行。
1 升降试验潜在风险自升式海洋平台在升降试验过程中，当平台爬升至最高点时，其设计稳定性和抗倾覆能力是无容置疑的。
根据CCS入级规范的要求，自升式平台在站立状态时，由平台重量产生的反倾覆力矩与设计环境载荷产生的倾覆力矩之比对于独立桩腿为1.1，沉垫型桩腿为1.3，因此在正常的环境状态下进行升降试验，理论上不存在倾覆的危险，但从目前平台在升降试验中发生事故的频繁程度来看，最主要的潜在风险是桩靴损坏、平台倾斜、升降卡滞等问题。
1.1 桩靴损坏桩靴在桩腿的最底部，是一个直径大于桩腿的箱体，其目的是增大下部着地面积，为平台提供支撑力。
平台主体及桩腿的巨大重量造成桩靴底部单位面积上的压力非常大，有的超过40吨/平方米。
自升式
自升式钻井平台定义：使用平台自身的升降机构将桩腿插入海底泥面以下的设计深度，平台升离海平面一定高度钻井作业的可移动装置。
带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船壳，并使船壳底部离开海面一定的距离（气隙）。
拖航时桩腿收回，船壳处于漂浮状态。
作业水深范围从12/14 英尺直至550 英尺。
大多数自升式钻井平台的作业水深在250至300 英尺范围内。
自升式钻井平台有两种型式，独立桩腿式和沉垫式。
平台稳定站立后，大多数悬臂梁可以将钻台外伸到固定平台。
在风大浪急的海面不能进行拖航。
1.支撑型式：桩靴式；沉垫式2.升降装置：液压缸升降(插桩式)；齿条/齿轮箱3.桩腿结构型式：筒型；绗架4.桩腿数量：3腿；4腿5.槽口：有槽口；无槽口6.生活楼的布置：横向布置；周边布置自升式钻井平台，又称为桩脚式钻井平台，是目前国内外应用最为广泛的钻井平台。
自升式钻井平台可分为三大部分；船体，桩脚和升降机构。
需要打井时，将桩脚插入或坐入海底，船体还可顺着桩腿上爬，离开海面，工作时可不受海水运动的影响。
打完井后，船体可顺着桩腿爬下来，浮在海面上，再将桩脚拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。
1.自升式钻井平台。
由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。
1953年美国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总数的1／2。
工作时桩腿下放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。
完井后平台降到海面，拔出桩腿并全部提起，整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。
2.半潜式钻井平台。
上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。
工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小，波浪影响小，稳定性好、自持力强、工作水深大，新发展的动力定位技术用于半潜式平台后，工作水深可达900～1200米。
独立圆柱桩腿自升式钻井平台浅水区拖航作业程序及注意事项
《装备维修技术》2021年第13期独立圆柱桩腿自升式钻井平台浅水区拖航作业程序及注意事项靳从升1 郭晓亮2 徐宣锋3 孟庆树4（中国石油集团海洋工程有限公司，天津 300280）摘 要：自升式钻井平台是目前海洋石油勘探开发的常用船舶设备，钢质非自航，需借助船舶移动，具有移位方便、适应水深广泛等优点，目前被广泛应用于浅水区的石油勘探开发中，因此了解自升式钻井平台的拖航程序及相应的注意事项，对确保自升式钻井平台的安全作业有着重要的指导意义。
关键词：自升式钻井平台；浅水区；托航程序引言：中油海7平台为独立圆柱桩腿自升式钻井平台。
平台作业范围为渤海湾地区水深5～40m内泥砂质及淤泥质海域或相似条件的其他海域。
平台主体为箱形结构，平面形状接近三角形。
平台自重6204吨，空船平均吃水2.9米；平台设有3根桩腿，桩腿为圆柱形，艉二艏一，桩腿下端设有桩靴（桩腿区域甲板下船体有足够空间，拖航时桩靴可完全收回到平台体内），浅水区一般指基准水深在2.3-2.5米，高潮位时水深可达4.7-5米，平台移位只能通过等待合适的潮位差才能进行的作业区域，本文主要以中油海7自升式钻井平台为例进行详细说明。
1 浅水区作业拖航前的准备工作1.1减载物资：中油海7平台钻完井后的物资减载一般包括钻具、防喷器、燃烧臂及其他备用重量较大的物资，物资减载一般需要2-3天，需要两条2000HP的船舶。
1.2办理船舶进出港签证：拖航进入进出港区时一般提前4小时向海事局申请办理进出港签证。
1.3聘请拖航船长：拖航船长主要负责平台的定位及拖轮的协调工作。
1.4编写拖航文件：编写拖航应急预案并向项目部或运行科进行申请批准，同时申请拖航计划书。
1.5一般拖航前3-5天申请具有资质的船级社上平台进行拖航检验：包括但不限于拖曳系统检验、稳性计算、消防救生设备检验、平台物资固定等并发适拖证书。
1.6船舶选定：根据浅水区拖航作业水深及拖航距离选择好合适的船型。
1.7检查压载设备、舱室水密、冲桩系统、应急物资、升降系统、通讯、拖曳系统等是否完好或功能正常。
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中国船检 CHINA SHIP SURVEY 2012.10
94afety & Security
安 全 观 察
自升式平台的湿拖航安全性
新要求的背景
截止目前，在全球已发生的所有海洋工程装置事故中，自升式平台所占比例最高。
在这些事故中，因平台在湿拖过程中遭遇强风暴导致结构受损、舱室进水致使稳性不足最终倾覆沉没的例子占据了较大比例，例如：1976年的Ocean Express、1977年的Ocean Master II、1979年的渤海2号、1983年的Key Biscayne、1988年的Rowan Gorilla I、1989年的Interocean II、1990年的West Gamma、1998年的Mr. Bice 以及2011年的Kolskaya 等。
通过对这些事故的调查研究，发现在自升式平台湿拖过程中遭遇强风暴的倾覆事故几乎有着相同的发展模
CCS海工技术中心 李 凌
国际海事组织（IMO）在其出版的《2009年海上移动式钻井平台构造和设备规则》(以下简称“MODU Code”)中新增了对自升式平台破损残余稳性的要求(3.4.1)，已于2012年1月1日生效。
就在新版MODU Code 生效前十几天，俄罗斯在役的最大自升式钻井平台之一Kolskaya 于2011年12月18日中午在从西勘察加半岛前往库页岛Zyryanskaya 海湾湿拖过程中遭遇风暴，最终由于风浪打破舷窗导致平台中部舱室进水沉没。
此次自升式平台的倾覆沉没事故再次引起世界范围对自升式平台破损稳性不足所导致的拖航安全问题的高度关注。
本文将以IMO 新增要求为中心，介绍其产生的背景、特点及影响。
式，从拖缆断裂丧失航向控制能力，到主甲板水密完整性丧志、舱室进水最终倾覆。
自升式平台倾覆事故发生的频率之高，尤其是1988年至1990年连续三年共损失了三座平台的惨痛教训，促成了平台拖航安全技术工作组（JSIT）于1991年成立。
该工作组由英国卫生与安全管理局（UK HSE）、挪威海事局（NMD）、船级社、油公司、钻井承包商、平台业主、设计公司和船厂等组成。
在1991年至1995年间，该工作组做了大量工作，主要包括对以往平台在湿拖过程中发生倾覆事故的调查分析、对当时业界稳性规范标准的研究、及对自升式平台适拖性及风险分析研究等。
通过这些研究工作，工作组得到一些重要的结论，
栏目编辑：刘萧 liuxiao@
图1 新要求对应静稳性曲线示意图
新要求在形式上较简单，但具有鲜明的特点，通过对这些特点的分析，可使我们更加深入地体会和理解新要求的内涵及自升式平台稳性的特点。
新要求以对剩余稳性最小要求的形式来对平台舱室
CHINA SHIP SURVEY 2012.10
更加合理地减小这两个舱室的体积，则其对应平台的破损稳性许用重心高度将会有所提升，即在平台实际重心高度不变的前提下，将提高平台的抗倾覆能力。
图2 J1破损稳性许用重心高度曲线 图3 J2破损稳性许用重心高度曲线图4 J1基于新要求的破损状态许用重心高度决定舱室
图5 J2基于新要求的破损状态许用重心高度的决定舱室
IMO 对自升式平台破损稳性的新标准以简单的形式和便于使用操作的特点，合理、有效地加强了规范标准对自升式平台中部舱室划分的指导，也必将对今后自升式平台的设计发展产生较大的影响。