古志平
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摘要：目前在海上建有大量的采油平台，在钻井和修井作业中，需要将钻井船精准的移动到设计位置，保证井口的全覆盖，其作业实质是在海上复杂的环境中，确定两个海上设施的相对位置关系，设计精度要求较高，本文将对两个海上设施就位原理及误差控制进行分析，提供可靠的就位方案及实施流程。
关键词：钻井船，导管架，精密就位
1.引言
在海洋石油开发过程中，浅水区的油田通常会建造采油平台，通过采油井口将石油从海底采出。采油平台安装完成后，需要自升式钻井船尾端靠近采油平台进行开井和修井作业，海上环境恶劣，钻井船在万吨级以上，稍微有点风浪，都会导致平台的漂移，但钻井船在漂浮状态下靠近平台的最近距离通常在5m以内，且钻井船没有动力，是靠锚链和拖轮船拖拽进行平台的靠泊作业，风险较大。一旦撞到采油平台，将会造成巨大损失。本文就如何在靠泊就位过程中进行两个平台的相对位置定位，提供实时可视化的导航图，并对海上恶劣环境下可达到的定位精度分析，有效可靠的降低平台就位过程中的风险。
2.钻井船靠泊采油平台技术设计
根据钻井船悬臂梁的覆盖范围，在保持两个平台安全距离的前提下，确保悬臂梁完全覆盖采油平台所有井口。考虑钻井船压载和升船可能的偏移，就位时横向纵向最大偏移距控制在±1.0米为佳。
初就位过程采用基于全球参考台站网络的Starfix.G2差分信号进行定位，可达到0.15m的实时定位精度，艏向采用测量罗经进行定向。精就位过程使用索佳SET2C全站仪进行测量，通过距离方位法反算钻井船位置进行定位，精度可达到毫米级。
初就位完成后，架设两台全站仪在钻井船尾部，利用全站仪测量导管架上预设观测目标，从而得到高精度的就位数据。此时，主导航系统采用全站仪距离方位导航方法，根据两台全站仪连续测得到导管架上各目标的距离和方向，计算出精确的、实时的平台相对位置和艏向。然后开始调整平台位置，通过调整锚缆，将钻井船移到距导管架参考点5米的地方，此时桩腿应该放到泥面的位置。当钻井船的三个桩腿与设计的桩脚印重合时，再次检查所有数据及系统参数是否准确。当确定所有数据准确无误时，即可将桩腿插入海底。桩腿插入海底时，需要继续跟踪平台位置变化,钻井船船底离开水面3米稳定后，采集数据，计算初步位置的就位分析数据。
压载时，由于可能出现钻井船倾斜，为了安全起见，将不会跟踪钻井船的相对位置和艏向，可通过DGPS定位观测船位的偏移状况。
3.定位原理及误差分析
3.1定位原理
自升式钻井平台精就位的主要目的，是把钻井船精确停靠在已有设施导管架边上，用于钻井和修井作业。具体方法是通过在钻井船船尾架设全站仪，通过实时观测导管架上已知点位置，通过坐标正算，连续计算出钻井船的相对位置，精度可达到毫米级，最终将钻井船准确停靠到设计位置上。
3.2误差分析及控制措施
精就位过程中，为满足作业需求，需要严格控制：钻井船与导管架的艏向偏差；钻井船到导管架的纵向距离；钻井船中线相对导管架中线的横向偏差。
精就位主要误差来源：
3.2.1全站仪架站点的偏移距量取不准确
由于钻井船上设施复杂，不能通视，需要多次测量才能求得架站点的偏移距，单次测量容易出现偏差，可通过全站仪和皮尺两种方法测量架站点的偏移距，交叉检核，如两次测量结果相差较大，需要重新测量，以确保偏移距的准确。
3.2.2全站仪对中误差
全站仪的对中不准确，会造成钻井船相对位置的整体偏移，该偏移量影响较小，但在高精度就位作业过程的，也需要严格控制。由于就位过程中，钻井船处于实时运动状态，容易造成全站仪滑动移位，需定时检查对中是否准确，确保就位精度。
3.2.3全站仪置零方向不准确
全站仪归零方向的不准确，会造成钻井船相对位置的整体偏移，可分别在0°和90°两个方向放置归零标准，用于双重检核，确保0方向的准确性。
3.2.4观测点瞄准偏差
当实际观测点和应观测点存在偏差时，但系统计算时仍当成是到应观测点的距离和方位来进行计算，最终导致钻井船整体偏移。可通过在观测点上贴反光片，两台全站仪同时观测，实时观察两套系统计算最终结果的差值来控制误差，如误差超限，及时通知观测人员复核。
3.2.5全站仪不水平
全站仪不水平会导致观测竖直角不准确，从而导致观测的距离产生误差，由于就位过程钻井船漂浮在水面，处于实时运动状态，全站仪不能一直保持水平。可通过定时整平对中，来确保就位精度。
3.2.6导管架艏向校准值不准确
导管架艏向校准的目的是使导管架的艏向和钻井船艏向归算到同一个系统下，但导管架的校准是在初就位时进行，此时钻井船距离导管架还有100多米，海上观测条件差，需要精准对准导管架基线方向，容易出现误差。可通过放置两台全站仪在两个观测点上，分别对导管架艏向进行校准，对比两组校准值来确保校准精度。
4.海上就位作业步骤
4.1作业前准备
在作业前，首先要对定位设备进行安装，安装调试完成后，精确测量天线安装位置和全站仪架站点的偏移值，并对罗经进行校准，添加最新的背景图及船型图，用于后期的精就位作业。
4.2钻井船拖航
自升式钻井船自身没有动力，通常靠拖轮将平台拖往采油平台进行就位，拖航过程中，主要采用差分DGPS进行定位，提供拖带船和钻井船的船型及实时船位船速航向等参数，并提供钻井船实时运动的导航显示，以确保拖航过程中平台安全情况。
4.3钻井船初就位
在钻井船到达目标位置附近后，会在距离就位设计位置100m左右进行初就位作业，钻井船先进行插装抛锚作业，待船位稳定后，在船尾位置架设全站仪，对导管架进行观测，通过钻井船艏向对平台艏向进行校准，确保两个结构物相对艏向匹配。
4.4钻井船精就位
初就位完成后，开始精就位作业，钻井船拔桩完成后，通过调整锚链的拉力和拖拽船的拉力，缓慢将钻井船靠往平台，在距离设计位置30m以外阶段采用DGPS对钻井船进行定位，待钻井船距离设计位置到30m以内后，切换到全站仪观测钻井平台参考点（通常是平台套管），由平台位置反推钻井船位置，进行定位，全站仪的精度为毫米级，可以精确获得钻井船和平台之间的相对位置关系。
4.5钻井船最终位置采集
在就位完成后，需要对钻井船的各个桩腿进行压载，压载过程中，可能会出现钻井船的倾斜或者滑移导致位置偏移，可通过DGPS对就位的初始位置进行实时监测，发现平台偏移后，及时通过调整压载桩腿对位置进行微调，压载完成后，对最终船位数据进行采集，检核最终采集的位置结果是否满足覆盖条件。由于桩腿在竖直方向上的不平行，在升船过程中还会出现一定的位置偏移，这就需要在精就位过程中尽可能的就位在设计位置，留出较大的误差余量。
5.结束语
目前在中国沿海地区已建设大量的采油平台，需要钻井及修井作业。本文对海上大型设施精密就位的定位原理进行了分析，通过实际就位作业，阐述了就位的方式方法以及精度控制措施，有效确保了海上精就位的定位误差累积，减少了就位风险。
参考文献：
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