楊淅銘

摘? ? 要：重量重心控制是海洋工程項目管理的重要內容，它關乎海工產品是否符合規(guī)范要求及達到額定性能。本文基于某海上鉆井平臺的實船項目為研究對象，闡述海上鉆井平臺在設計、建造過程中重量重心控制的重要性，分析重量重心控制的要點和方法。相比于船舶項目，鉆井平臺特殊的結構和設備在重量重心控制過程中將體現(xiàn)其差異性。

關鍵詞：海洋工程;海上鉆井平臺;重量重心控制;設計和建造

中圖分類號：TE37? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： The weight and center of gravity control is an important part of the ocean engineering project management， and is is related to whether engineering products meet the requirements of the rules and achieve rated performance. Based on the actual project of an offshore drilling platform， this paper expounds the importance of weight and center of gravity control in the design and construction of the offshore drilling platform， and analyzes the key points and methods of weight and center of gravity control. Compared with ships， the special structure and equipment of the offshore platform will show its difference in the process of weight and center of gravity control.

Key words： Ocean engineering; Offshore drilling platform; Weight and center of gravity control; Design and construction

1? ? ?前言

豐富的海底能源（石油和天然氣）需要先進的海洋工程裝備去勘探和開采[1]，鉆井平臺是能源開發(fā)的重要硬件支持。鉆井平臺在海上作業(yè)時面臨惡劣的環(huán)境和復雜的工況，其重量重心控制在項目周期內均顯得尤為關鍵。平臺重量變化會影響甲板載荷指數(shù)，該指數(shù)決定了影響鉆井效率的鉆桿堆放數(shù)量;同時，重量重心變化也會影響平臺的漂浮穩(wěn)性，以及插樁和升船時升降系統(tǒng)的工作狀況。鉆井平臺對于空船的重量重心數(shù)據要求極為嚴苛，其數(shù)值的變化直接影響平臺的性能和效率。

2? ? ?項目簡介

“TS-CJ46”項目是XX鉆井公司委托招商重工設計、建造的CJ46-X100-D型號自升式鉆井平臺，項目總工期為22個月，平臺完工后如圖1所示。該鉆井平臺是一艘用于海上石油和天然氣勘探、開采工程作業(yè)的鉆井平臺，適合于世界范圍內15～114.3 m水深各種海域環(huán)境條件的鉆井作業(yè)，是典型的三條桁架式樁腿形式，樁腿長度153.4 m、最大鉆井深度9 144 m。

該平臺基本參數(shù)為：總長65.25 m、型寬62.0 m、型深8.0～7.75 m、設計吃水4.5 m;鉆臺位于懸臂梁尾部，懸臂梁采用X-Y雙方向可滑動式，最大縱向移動范圍為21.34 m、橫向移動范圍為6.1m;該平臺設有四層生活區(qū)，可提供120人的就餐、住宿、醫(yī)療、辦公和娛樂空間;直升飛機平臺位于鉆井船軸線前部，可滿足停靠Sikorsky S-61N型直升飛機要求。

X-Y型懸臂梁滑移范圍較廣，平臺的三條樁腿與升降裝置在升船工況下對全船穩(wěn)定性要求極高，一旦重心偏中就會使得升級設備與齒條直接的受力不均衡，增加設備負荷、降低工作壽命。

本項目規(guī)定了空船重量重心以基本設計方估算結果為基準，建造方在詳細設計及施工階段參照該預估值對全船的材料、設備重量進行監(jiān)測并對所有項目實施控制和調整;合同雙方明確了空船重量的衡準增加值的控制目標為100 t以下，建造方要編制重量重心控制計劃書，分項列出偏離情況及對重量和重心的影響程度;船東方對于本項目的重量重心控制極為關注，并將其列為驗收程序的重要部分，超出規(guī)定重量控制范圍之內的任何設備和材料都不能被送上船，除非調整空船的重量與船東認可的一致。

3? ? 重量重心控制的意義

3.1? ?重量的構成

鉆井平臺重量劃分為兩大部分：一是空船重量，即平臺建造完工時的重量，不含任何裝載重量;二是變動重量，如裝載的貨物、燃油、淡水、人員等，這部分重量會隨著裝載工況的不同而發(fā)生變化。本文所述的平臺重量為空船重量，包括船體鋼結構、舾裝、輪機設備、電氣設備、通風設備和機器運轉所需的液體燃料（燃油、潤滑油、液壓油），以及升降裝置、鉆井包、井架等特殊裝備[2]。

3.2? ?重量重心控制的重要性

海工項目的重量重心控制，是指控制其空船的重量重心達到設計要求的目標范圍[3]?？沾亓颗c變動重量是相互關聯(lián)的，若空船重量超出設計范圍，變動重量就無法達到目標值;如空船重量高于設計上限值，則甲板載荷將無法達到設計要求，影響鉆井作業(yè)的性能，使鉆井能力降低、鉆桿的堆放數(shù)量減少等。

若空船重量嚴重超標，則直接影響平臺插樁和升船作業(yè)，輕則導致升降裝置超負荷工作，嚴重影響其設備性能和壽命;重則平臺無法正常起升，需要重新調整平臺的結構和設備。

若重量重心嚴重超標，不僅影響平臺的穩(wěn)性，而且在升船和插樁的工況下，三條樁腿的受力均衡會被打破，導致個別樁腿局部受力過大，增加平臺作業(yè)的風險，長期過載工況也會縮短升降系統(tǒng)的壽命。因此，鉆井平臺的空船重量重心指數(shù)決定了其性能指標，與項目的經濟性、安全性息息相關，其重要性不言而喻。

4? ? 影響重量重心變化的因素

項目在基本設計和詳細設計階段計算重量重心的理論值，在生產設計階段通過建?？蓽蚀_導出計算值，待項目建造完工通過傾斜試驗數(shù)據計算出實際測量值。該數(shù)值與設計階段的理論值很難完全一致，但只要在合理的偏差范圍內即可滿足平臺的作業(yè)性能。

平臺重量重心的變動，其產生原因可歸納為以下幾點。

4.1? ?船級社審圖意見的修改

船廠依據規(guī)格書和基本設計資料，進行詳細設計并將圖紙送審船級社;船級社依據相關規(guī)范審核圖紙和計算報告，提出審圖意見，其中有部分修改意見會引起空船重量重心的變動，例如船板厚度調整、增加加強結構和開孔補強等。

4.2? ?生產設計的修改

考慮鋼板利用率和板材規(guī)格等因素，生產設計階段在整板（甲板、底板和外板等）劃分板縫環(huán)節(jié)上會與詳細設計有所區(qū)別，體現(xiàn)為厚板有可能加大尺寸，導致重量重心隨之變化;另外，生產設計會結合施工條件，進行結構工藝優(yōu)化和管路、風道和電纜的布置調整，也會導致重量重心的改變。

4.3? ?船東要求的修改

鉆井平臺的特殊性在于其設備的復雜化、多樣化，船東往往會全程參與到艙室綜合布置的設計過程中，并會提出一些修改意見，布置的調整直接影響全船的重量重心數(shù)據。

4.4? ?材料、設備重量的偏差

船體的重量重心理論值是依據鋼板厚度和型材規(guī)格計算而得，往往與實際采購的材料板厚存在誤差（規(guī)范要求是正公差），板厚偏差將導致平臺重量的增加。

鉆井平臺是一整套復雜機械、設備運轉作業(yè)的裝置，包括主輔機、泥漿泵、升降裝置、鉆井架等大型機械設備，其重量重心都是根據設備資料數(shù)據為基礎統(tǒng)計得出，而實際到貨設備的重量與資料數(shù)值往往存在一定的偏差，導致空船重量重心的變化。

4.5? ?傾斜試驗的可靠性

空船重量重心實際值是通過傾斜試驗的數(shù)據計算得出，傾斜試驗數(shù)據的可靠性是決定重量重心控制成功與否的主要因素。

5? ? 重量重心控制的方法

5.1? ?成立專項控制小組

重量重心控制涉及到項目設計、建造、監(jiān)理等工序，必須成立專項的控制小組。重量重心控制流程如下：詳細設計階段提出空船重量重心的控制目標，生產設計階段導出計算值，在建造過程中要根據現(xiàn)場反饋的修改信息重新進行重量重心的核算;專項組長收集各專業(yè)的計算值，匯總計算出全船重量重心并定期更新，提出下一階段的控制方向和要求;施工方嚴格按照設計圖紙和工藝執(zhí)行，將現(xiàn)場的修改及時反饋設計部;船東監(jiān)理方負責監(jiān)督控制過程的執(zhí)行，審核每期的重量重心報告。

5.2? ?評估設計修改的影響

設計修改是導致空船重量重心變化的主要因素，應對可能影響到其變化的設計修改進行評估，根據影響程度反推修改方案是否合理，才能起到有效的控制作用。但是，船級社提出的審圖意見是必須執(zhí)行的，在控制過程中應給予評估并記錄在案，為后期的重量重心計算提供數(shù)據基礎。

5.3? ?結構分段及設備稱重

由于鋼板板厚存在公差，以及建造過程的焊接、油漆等重量不穩(wěn)定因素，所以分段鋼結構在預舾裝完工后的實際重量與理論值會有一定的偏差，要求分段報驗后進行稱重記錄，以更新實船的重量重心;鉆井平臺的設備是多樣化的，往往這些大宗設備的實際重量與理論重量存在偏差，所以設備到廠后應對中大型設備進行稱重并記錄。一旦發(fā)現(xiàn)較大偏差要記錄在案，為傾斜試驗測得的實船重量重心偏差提供依據，并向船東監(jiān)理方作出合理的解釋。

5.4? ?編制重量重心報告書

編制報告書是實時了解重量重心信息的重要途徑。報告書應采用直觀的文字和圖表描述全船重量重心的分布、控制目標、當前狀態(tài)、變化趨勢、原因分析以及后續(xù)的控制方向和措施等;報告書應伴隨設計、施工流程進行定期更新，以便負責人掌控項目狀態(tài)，督促各方嚴格控制。

5.5? ?劃分重點區(qū)域

鉆井平臺根據作業(yè)工況的不同特點，劃分為主船體、樁靴和樁腿、懸臂梁和鉆臺三大區(qū)域：鉆井工況下，平臺長期處于升船狀態(tài)，此刻樁靴和樁腿對于重量重心沒有影響;反之，懸臂梁向外伸出主船體，鉆桿由井架鉆到海床下，鉆臺同時會受到很大的反作用力，所以懸臂梁及鉆臺的重量重心直接影響平臺的作業(yè)性能[5];主船體的重量則會影響甲板的載荷能力，即平臺裝載鉆桿的數(shù)量。總之，對于鉆井平臺作業(yè)性能和經濟效益的影響，由高到低的結構區(qū)域依次為：懸臂梁和鉆臺→主船體→樁靴和樁腿，重量重心控制工作主次分配應按此順序執(zhí)行。

6? ? 重量重心控制

平臺項目按專業(yè)劃分為：船體結構;輪機設備;電氣設備;管系和舾裝。各個專業(yè)重量重心控制目標匯總，如表1所列。

根據理論計算和傾斜試驗得到的空船重量重心數(shù)據，如表2所列。由表2可知，空船重量重心實際值均低于計算值，且處于目標值的控制范圍，故可判定本項目的重量重心控制是成功的，平臺的經濟和操縱性能均可滿足設計要求。

7? ? 總結

重量重心控制是海工項目設計、建造的一項重要工作，涉及面廣、周期漫長，需要得到相關各方足夠的重視。由于鉆井平臺的復雜性，引起重量重心變化的因素較多，其中主要因素是設計修改和施工修改，在設計和建造過程中要加強管控，及時反饋重量重心的變化，并采取有效的控制措施，確保項目的圓滿完工。

參考文獻

[1]? 王運龍. 自升式鉆井平臺方案設計技術研究[D]. 大連理工大學，2008.

[2]? 陶永宏. 我國海洋工程發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 中外船舶科技，2009（3）：16-25.

[3]? 邵國良，王新，彭飛等. 艦船重量重心控制系統(tǒng)設計[J]. 船海工程，2007，36（1）：11-13.

[4]? 龔閩，趙國良，彭震宇. “中海油62”平臺性能特點及重量重心控制[J]. 船舶工程，2012（5）：86-88.

[5]? 任憲剛，白勇，賈魯生. 自升式鉆井平臺懸臂梁研究[J]. 船舶力學，2011，15（4）：402-409.