300ft自升自航式修井船(LIFTBOAT)的研制

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摘 要：为适应中东海域油田修井作业，进行300 ft自升自航式修井船（LIFTBOAT）研制。重点对船型及功能配置、起升系统的软硬件优化配置、自航系统选型及优化，高压泥浆系统优化配置及集成化设计等方面，对整船的核心技术进行分析研究。该船油田间航行和就位无需拖轮辅助，使用机动灵活，工作效率高，性价比高，经济效益好。

关键词：自升自航；修井船；起升系统；大吊机；LIFTBOAT

中图分类号：U674.22 文献标识码：A

Abstract： This paper describes the core technology of 300ft liftboat suitable for oil field operation in the middle east sea area by focusing on vessel function and principal dimension， jacking system propulsion system and HP liquid mud system.

Key words： Self jacking and self propulsion； Workover vessel； Jacking system；Llarge crane； Liftboat

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

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。

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。

8 结论

该LIFTBOAT作业灵活，作业成本低，降低了油田开发的综合成本；改变传统模式的平台作业方式，船上集成了各种功能和关键技术，是一个集自航、自升、辅助、修井、居住、吊运的船型，适用于无限航区，具有4锚定位功能，装载能力大，噪音振动小，可作业于恶劣环境。

参考文献

[1] 常双利. LIFTBOAT平台在海洋油田的应用分析[J]. 石油机械 ，2010， 38（1）.

[2] 何炎平，龚闽.一种自升自航式修井作业船的方案设计[J] .中国海上

油气工程，2002，14（5）.