半潜平台极地寒带地区作业适应性评估
新闻来源:中国船检
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刘圆 2017-12-21

北极地区是目前地球上最具潜力的油气资源开发地区。随着全球气温的上升和海上油气资源开采技术的进步,北冰洋等极地寒带地区不再是海上油气钻井作业的禁区。极地寒带地区勘探作业与其它地区相比有诸多困难之处,例如浮冰、超低温、生态环境脆弱等,普通钻井平台在极地海域很难正常作业。
近年来,随着中海油服海外钻井市场的开拓,开始涉足极地寒带地区钻井作业,例如2015年南海八号半潜平台赴鄂霍茨克海作业,2017年南海八号半潜平台赴俄罗斯喀拉海作业,该海域纬度高达75度,已经位于北极圈内。基于业主的特殊需求,中国船级社(CCS)海工技术中心积极开展相关研究,从规范标准适用性、载荷、结构强度、稳性以及机电设备、安全设备适用性等关键技术问题着手,比较系统地开发半潜平台寒带地区作业适应性评估技术服务产品,为业主开拓新的钻井市场提供强有力的技术支持。
在规范适用性方面,对于半潜平台在寒带作业适用性评估依据的规范标准除了常规的入级规范之外,例如CCS《海上移动平台入级规范》,还应考虑其作业环境的特殊性,重点参考防冰、防寒等相关规范标准。CCS2016年发布的《极地水域操作手册编写指南》重点提供了极地水域冰况以及危险冰况识别方法、低调看直播官网_NBA极速体育直播_jrs西甲直播冰区操纵方法、船上设备和系统低温环境操作控制程序措施,以及考虑冰、低温、偏远等因素的应急处置措施,为极地作业的平台操作手册编写提供了技术指导。
在结构适用性评估方面,对于寒带作业的平台结构评估主要包括四部分内容:钢材等级适用性评估、冰荷载作用下局部结构强度评估、整体结构强度评估和锚泊定位系统。
一是钢材等级适用性评估。对于在低温作业的平台,各个等级钢材等级对应的材料厚度满足预期最低设计温度的要求是保证结构安全的基本条件。钢材等级评估最主要依据的条件是构件的重要性和最低设计温度。基于构件类别和最低设计温度,依据CCS《海上移动平台入级规范》可以确定各钢材级别对应的材料厚度限制。对于平台结构,构件按照重要性可分为次要构件、主要构件和特殊构件,构件越重要,在相同的设计温度下要求的材料等级越高。最低设计温度通常以水线为界分为大气温度和海水温度,由所在海域的环境条件确定。需要特别注意的是,常规情况下海水温度可以假定为零度,但在极地海域,存在海水温度在零度以下的情况。
对于不满足钢材温度等级的构件应进行必要的改造措施,例如更换更高等级的钢材或者采取合理的加热、保温措施等。
二是冰荷载作用下局部强度评估。 在极地寒带作业的平台,在拖航期间都有可能浮冰冲击,因此,在水线附近的局部结构必须具备足够的强度抵御冰荷载。在局部强度评估中,关键点是确定冰荷载的大小及其作用范围。依据ABS MODU PART 3,对于夏季极地作业情况,拖航冰情等级通常确定为C0级,即在散冰海况下(Very Open Drift,冰密集度1/10至3/10)时对应冰厚度不大于0.6m,在疏冰海况下(Open Drift,冰密集度3/10至6/10)时对应冰厚度不大于0.3m。在此冰情下,可依据经验公式确定冰荷载的大小,并依据水位的变化确定冰载荷作用的范围。
对于局部强度校核,首先需要进行规范尺寸校核,依据相关规范的要求,在确定设计冰压后,针对不同部位的构件可以确定其容许的最小尺寸,与结构实际尺寸对比即可确定校核结果。除此之外,还有必要进行局部有限元强度校核,一般选取冰作用范围的构件作为校核目标,选用板壳单元建议局部结构有限元模型,施加冰载荷和边界条件,进行有限元分析。
对于局部强度不满足要求的构件应进行相应的加强或改造工作,例如更换更厚的板材或者增加骨材。
三是整体强度评估,通常情况下,极地寒带作业会选取夏季作为作业时间窗口,因此,在正常作业期间不考虑冰载荷的作用。平台结构的整体强度评估与常规情况类似,不再赘述。
四是锚泊定位系统评估。与整体结构强度评估类似,正常作业期间的锚泊定位系统也不考虑冰载荷的作业,因此锚泊定位系统评估与常规情况相同,不再赘述。