近海自升式钻井平台设计方案研究
自升式钻井平台作业设计研究
491 引言自升式钻井平台以其机动能力强、定位方便、稳定性好等突出优点[1]，成为目前海洋浅水油气开发中应用最为广泛的移动式钻井设施[2-3]。
自升式钻井平台除了广泛用于探井作业外，对于没有模块钻机的固定式导管架平台通常也采用自升式钻井平台进行钻完井作业，如果固定式导管架平台既没有模块钻机也没有修井机，平台生产过程中的修井作业通常也需要采用自升式钻井平台进行作业。
固定式导管架平台确定采用自升式钻井平台进行钻完井或修井作业后，需要进行相应的作业方案设计，主要包括从技术可行性方面对自升式钻井平台资源的筛选以及从经济评价方面对可行的自升式钻井平台资源的比选。
本文主要从技术方面对设计工作需要考虑的问题进行研究。
自升式钻井平台作业设计需要考虑的问题主要有作业海域水深、插桩承载力、井槽覆盖能力、设备作业能力、就位分析等。
本文研究的自升式钻井平台只针对带有悬臂梁的自升式钻井平台。
2 自升式钻井平台作业设计影响因素分析2.1 作业海域水深自升式钻井平台在设计时都有一个适用水深范围，平台的最大作业水深受限于桩腿长度以及作业环境状态下的稳定性；最小作业水深受限于自升式钻井平台采用湿拖拖航时船体吃水及桩靴回收形式。
在拿到作业海域环境参数文件后需要根据文件里的水深参数及波浪参数初选可以适用于该海域的自升式钻井平台资源。
通常只有当自升式钻井平台的最大适用水深大于作业海域的最大水深，同时拖航路线的水深大于自升式钻井平台的最小适用水深，相应的自升式钻井平台才能被作为可用于该海域的候选资源，如果自升式钻井平台采用干拖，拖航路线的水深需要大于干拖驳船的吃水深度，才能满足将自升式钻井平台拖航到目标海域的要求。
2.2 插桩承载力插桩承载力需要根据作业海域的土质资料、自升式钻井平台的桩靴尺寸、压载量等参数进行计算，得到桩靴承载力与桩靴入泥深度的关系曲线。
通过曲线可以得到自升式钻井平台在该海域插桩作业时，需要的最小桩靴入泥深度，并判断是否存在穿刺风险。
自升式钻井平台
船型及设计
主要船型有新加坡吉宝船厂的Keppel Fels B Class,美国F&G公司的Super M2以及JU2000/JU2000E，荷兰 MSC公司的Gusto CJ系列（CJ46/CJ50/CJ70，设计作业水深不同），
分类
沉垫式桩靴式
圆柱式
沉垫式将自升式钻井平台的所有桩腿固定在一个桩基系统上。沉垫式桩基结构主要有两大优势：第一，面积 更大，因此所受轴向压力小于桩靴结构，这在土质不能承受较大轴向压力时显得尤为重要。第二，在漂浮拖航模 式下，沉垫式桩基提供更大浮力，相应提高了钻井平台的载重能力。
沉垫式桩基结构的主要缺点是对于不平坦或具有较大斜面的海底并不适用。
带有独立桩靴的桩基结构的桩靴数量与桩腿数量相同。桩靴式桩基结构最大的优势在于能够适应不同的海底 地形。除此之外，桩靴的压载并没有严格的顺序要求。
目前，主流自升式平台多采用桩靴式桩基系统，避免了在软土层地区作业时桩腿插入太长影响作业深度，同 时也提高了插桩和拔桩作业时安全性，一般这种桩靴底部会做成突起的过渡形状，像一个小锥形的头部，方便入 泥的功用，桩靴上一般自身带有冲桩系统。
美国Letourneau公司的Letourneau 116系列等。我国自升式钻井平台起步较晚，少数设计公司在此方面取 得一定进展，例如由深圳惠尔海洋工程有限公司完成的HYSY936自升式钻井平台设计项目是由中国人对深水自升 式钻井平台首次进行完整的详细设计，整个设计达到了世界一流水平。
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自升式钻井平台
用于海洋油气勘探开发的自升式平台
01 平台介绍
03 作业模式
自升式海上勘探平台设计要点研究
- 102 -工 程 技 术０ 引言与传统的勘探船相比，自升式海上勘探平台可营造陆地勘探环境，可使海上地质勘探作业不受风、浪、涌的影响，提高了勘探精度和效率，改善了作业人员的工作环境。
与其他自升式平台相比，该平台的设计重点在于安全性、经济性、操作便利性和舒适性[1]。
１ 平台设计目标该平台主要用于江苏、浙江沿海及福建沿海一带，这些区域水文环境复杂，海床地质差异极大，为了提升勘探作业的效率，要求平台具有能在恶劣海况下工作的能力，从而加大海上勘探作业的窗口期。
经过综合考虑多方面因素，最终确定为四桩腿自升式非自航平台。
该平台长29 m，宽22 m，型深3.5 m，可变载荷280 t，桩腿长度56 m，最大作业水深35 m，可供25人居住。
另外，该平台采用液压齿轮齿条式升降系统，配备2台180 kW 主发电机组和一台64 kW 应急兼停泊发电机组。
在首部工作甲板区域设有两个月池，可实现一次站桩多点勘探，减少平台移位次数，可在7级风时正常进行勘探作业，同时在面临极端恶劣风暴状况时，该平台可在18 m 水深抗不大于100节暴风。
２ 平台整体规划平台的总布置以工作安全、整体布局合理为原则，综合考虑平台的各类功能舱室布置、四点锚泊、固桩架、救生艇和起重机等的布置要求[2]。
平台定员为25人，主甲板以上分两个功能区域，尾部的生活区和首部的工作区。
其中尾部的生活区以功能分层和简洁实用为原则，共计分3层，其中最下一层为功能舱室，设有实验室、厨房、餐厅等；第二层为人员居住处所，设有人员住舱、厕所和盥洗室；第三层为控制处所，设有控制室和会议室。
主甲板以下主要设有机舱、辅机舱、燃油舱、淡水舱、压载舱等，其中为机舱和辅机舱集中布置在平台中部，既体现了功能舱室的集中布置原则，也使得设备处所远离居住区，减小了设备噪声的影响，給平台上的工作人员提供了良好的休息环境。
主甲板的前部为工作区，尾部为生活区，升降系统和四点锚泊布置在平台四角，起重吊和潜水泵靠边布置，该布置在体现功能分区的原则上，尽可能增大了作业甲板的净面积。
浅谈自升式钻井平台生活区设计要点
浅谈自升式钻井平台生活区设计要点随着世界经济和技术的发展，海洋开发已成为全球新技术革命的重要组成部分，而海洋油气开发又是当今海洋开发工程的主要内容之一。
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。
自升式钻井平台作为一个可移动的“海上小区”，工作人员长期工作生活在上面，因此，无论是从船员居住角度还是船厂施工角度，生活区设计的合理性显得尤为重要。
标签：自升式钻井平台；生活区；详细设计0 前言在自升式平台的设计过程中，生活区为平台工作人员提供工作、休息、娱乐场所，是自升平台必不可缺的一个重要模块。
编者通过一系列400尺自升式钻井平台结构详细设计经验及查阅大量规范，总结归纳出生活区在设计过程中需要注意的一些细节，通过归纳总结，在后续项目中及时避免，从而达到节约材料，降低成本的目的。
1 自升式钻井平台主要特点及生活区的布置就钻井的工艺方法而论，海上与陆上基本相同。
但海上移动式钻井装置和海底井口之间可能存在深达上千米的海水，而这些海水不停地运动着。
由于波浪、海流、潮汐与冰等对钻井装备及其设备（包括水下设备）的作用必然引起钻井装置（这里指半潜式钻井平台与钻井船）与海底井口之间的相对运动，因此，钻井装置还必须配备与水下设备相适应的运动补偿装置和张紧装置，以补偿钻具在孔内钻井时免受钻井装置运动的影响。
对于自升式钻井平台，因为平台的井口和海底的井口是相对固定的，只要将类似于陆上钻井的井口装置中的导管适当加长，把海底井口与平台连接起来，就可形成泥浆返回所需的环形空间，从而解决了隔开海水的问题。
防喷器可以装在水面以上的平台甲板上，形成所谓的水上井口装置。
这种井口装置与陆上的井口装置差别不大，比较简单。
自升式平台生活区布置有横向现在基本采用周边布置，即将平台生活区移到船艏，采用挑出式与包络式设计，既可减少悬臂梁钻井作业发生事故时，对船员造成的伤害，也可以腾出甲板中部空间给作业堆料。
另一方面，悬臂梁悬挑作业时，会将平台整体重心往船艉移动。
探析自升式钻井平台的结构和功能
般 自升 式钻井 平 台的桩腿 和桩 靴结构都是 由钢结 构组成 ， 当钻井 平台处 于 座底模 式 时 ， 桩 腿和 桩靴 的支撑作 用表 现的 最为 重要 ， 其不 仅要 能够支 撑该
—
平 台系统 ， 同 时也需要 实现侧 向荷 载的 抵御 ￡ 靴结 构的运用 ， 使 得平 台系 统周
围的土壤结 构在受 力面积上 有了较大 的增加 ， 这就 有效 的降低 了对 土壤强 度 的 要求 ， 以此来达到 系统 本身的 稳定 性。 在坐底 状态 下， 桩腿 的刚度直 接影 响着整 个 钻井 船系 统 的刚度 ， 进 而影 响整个 系统 的横 荡及 自然周期 。 ３ ． 预压 载及插 桩深 度 当 自升 式钻井平 台到达一个 指定 的海域之后 ， 需要 通过预压 载系统 来保证 其 正常 的工作 桩 腿 的插入深 度 与海底 土壤的 特性 、 桩腿 自身 的应力 以及 桩基 范 围等 都有着 直接 的关 系。 通 常情 况下 ， 在 土壤特性 和桩 腿 自身应 力相对 稳定
一
缸 和 圈梁复 位 ， 再开 始下 一个 工作 循环 。 ２ 齿轮 齿条 式升 降系统 海洋石 油的作业条 件通常都 十分恶 劣 ， 因此对 于钻井 平台在升 降方面所 需
要 的时 间有 着较 多的要求 ， 而且升 降时 间的掌握与 工程 的成 本费用 也有着紧 密 的联 系 ， 所 以从这 方 面考 虑 ， 使用齿轮齿 条式升 降系统 的较多 ， 其主要 是利用 不 同位置上 的齿轮齿 条所 产生 的举升 能力和平 台总和 的要 求进行 确定 ， 然后带 动
理论 广 角
Ｃ ｈｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏｌ ｏｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
自升式钻井平台方案设计系统分析和结构模型
自升式钻井平台方案设计系统分析和结构模型
王运龙;林焰;纪卓尚
【期刊名称】《中国造船》
【年(卷),期】2009(050)004
【摘要】分析了自升式钻井平台方案设计阶段结构体系及设计流程.针对自升式钻井平台方案设计的具体情况,将系统工程的理论和方法用于其方案设计过程,提出了方案设计的系统分析步骤.根据霍尔三维结构模型,结合平台方案设计系统的任务特点,提出了平台方案设计系统三维结构模型,用于指导自升式钻井平台方案设计的实现.将该方法应用于300英尺作业水深的自升式钻井平台的方案设计中,验证了该方法的有效性.
【总页数】7页(P149-155)
【作者】王运龙;林焰;纪卓尚
【作者单位】大连理工大学,船舶CAD工程中心,大连116024;大连理工大学,船舶CAD工程中心,大连116024;大连理工大学,船舶CAD工程中心,大连116024【正文语种】中文
【中图分类】U661.4;U674.38~+1
【相关文献】
1.BHCP-400型自升式钻井平台岩屑处理系统方案设计 [J], 史楠楠;赵娜;高永杰;李文彪;张兴莲
2.自升式钻井平台的阀门遥控系统分析 [J], 史卫波;安浩;王波;潘志杰;穆庆林
3.一种自升式钻井平台防喷器吊装移运方案设计和应用 [J], 杜渊;穆庆林;周莹;刘军;罗佩豪;曹会宁
4.一种自升式钻井平台防喷器吊装移运方案设计和应用 [J], 杜渊;穆庆林;周莹;刘军;罗佩豪;曹会宁;
5.自升式钻井平台主机冷却系统分析 [J], 冯大力
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自升式钻井平台设计规范与技术研究
自升式钻井平台设计规范与技术研究周佳;任铁;龚诗【摘要】自升式钻井平台广泛应用于近海油气资源开发.随着设计开发和研究的不断深入,其应用已逐步向中等水深过渡.与此同时,船级社的规范要求也伴随着审查和检验经验的丰富,不断贴合实际并增补内容.此外,设计技术和计算能力的发展,也为自升式钻井平台的开发提供了有力保证.以往通过经验性或估算的设计值,现在可以通过数值分析取得更准确合理的评估结果.文中跟踪主流船级社自升式平台规范的发展和更新,结合JU2000E和CJ50型平台设计开发经验,对自升式钻井平台的设计开发技术进行对比讨论.相关结论可供海洋工程设计者参考.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2017(028)001【总页数】5页(P16-20)【关键词】自升式钻井平台;设计;规范【作者】周佳;任铁;龚诗【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;上海外高桥船舶及海洋工程设计研究院上海200137【正文语种】中文【中图分类】U674.38+1自升式钻井平台最先出现在美国。
其作业区已由浅滩发展至浅水，目前正不断向深水甚至极地等环境条件恶劣的区域拓展。
当今，主流新开发的自升式平台作业水深已超百米，甚至某些高等级平台称其作业水深已达到约200 m［1］。
自升式钻井平台通常为方形（四桩腿）或三角形（三桩腿）主船体，通过升降及锁紧机构与桩腿相连。
桩腿通常分为壳体式和桁架式两类，壳体式桩腿（圆柱或方柱）一般只用于60～70 m以下的水深，而深水自升式平台一般都使用桁架式桩腿。
平台就位后，桩腿从围井区下放，桩靴（或沉垫）插入海底，主船体抬升离开水面并预留一定气隙。
平台工作时，悬臂梁结构外伸配合钻台就位，实施钻探作业。
悬臂梁主体一般为框架结构，井架和钻台均安装于悬臂梁，悬臂梁通过轨道及滑动装置与主甲板连接。
在各类离岸钻采装备中，由于自升式平台的大型结构部件之间经常发生相对移动，需各部分协同配合，因此设计难度很大，建造精度要求也最高。
自升式钻井平台BOP移运系统方案分析
设计与研究1自升式钻井平台BOP移运系统方案分析李磊赵世刚夏立超李进军(兰州兰石能源装备工程研究院有限公司（青岛分院），青岛266500)摘要：BOP移运系统是用来储存、连接、安装、测试及维修防喷器的设备组合，是海洋钻井平台的重要配 套设备之一。
详细介绍了海洋自升式钻井平台采用的两种经典BOP移运系统及其工作流程，并采用对比分析法 总结两种组合法的优缺点，提出BOP移运系统的国产化建议。
关键词：钻井自升式平台BOP移运系统结构特点引言海洋自升式钻井平台投资小、维护保养费用低、定位能 力强，钻井和工作稳定性好，是目前世界海洋石油钻采中使 用数量最多的钻井平台。
目前，我国已经具备研发和制造海 洋自升式钻井平台的能力，关键配套设备正逐步国产化[m]。
B O P移运系统是海洋自升式钻井平台的重要配套设备，其功 能为存储、维护保养、连接、测试、安装和拆解B0P。
海洋钻井平台使用的B0P组主要包括两个双闸板防喷 器、一个环形防喷器组成或一个单闸板防喷器、一个双闸板 防喷器和一个环形防喷器。
不使用时，单个防喷器存储在悬 臂梁内滑移小车附近的专用区域，定期维护和保养。
使用时，单个防喷器联接成B0P组，自下而上分别为两个双闸板防喷 器和环形防喷器，防喷器使用螺栓螺母联接。
B0P组移运至 井口，与隔水管、套管联接，完成B0P组的安装。
上述安装 过程可分解为：存储一组装一测试一移运一吊运一旋转，自升式平台需要B0P移运系统完成上述动作。
国内对B0P移运系统研宄起步较晚，相关的技术文献少。
因项目研发实际需要，作者通过实地考察和调研，重点介 绍了两种B0P移运系统方案，最终选择了比较高端的托盘 式B0P移运系统方案。
1BOP移运系统方案分析海洋自升式钻井平台B0P移运系统的配置根据平台实 际使用工况、钻台面井口布置、悬臂梁尺寸大小和客户要 求定制。
以JU2000E平台类型为例，B0P移运系统有两种经 典配置：托盘式B0P移运系统和环链式B0P移运系统。
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１ ７ ． ０ ７ １ ４ ７ ０ １ ． Ｏ １ ４ ． ０ ２ ４ ． ５ ７ ２ ７ １ ３ ３
１ ９ ． ５ １ １ ４ １ ０ ０ １ ． Ｏ １ ５ ． ８ ５ ４ ． ５ ７ ２ ４ ９ ０ ９
国家或行业现有法律法规及标 准规 范的相关要求 ， 设计 了悬 臂梁与钻井系统 、 固桩与升降系统 、 吊机与 甲板 机械 系统 、 动力与 消防救生 系统等 ， 并给 出了该平 台的可变载荷 、 钻井 载荷和最大提升能力等 。该平 台的设计 方案研
究 为后续设计奠定基础 ， 为我 国近海 自升式平 台的研 发提供 了船型储备和相关技术 积累。
３ ． ９ ６ ｍ， 钻 台的 尺度 为 ｌ ９ ． ５ １ Ｉ ｎ×１ ５ ． ５ ４ ｍ。悬 臂 梁 最 大 可 以移动 至 钻 盘 中心线 距 船 体 尾 封 板 ２ １ ． ３ ４ ｍ
表 ３给 出升船工 况 和预 压工 况 的升 降装 置负 荷 。
表 ２ 舱 室存 储 能 力
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ － ０ １ ０７ －
图１ 坐 标 系 定 义 及 桩 腿 序 号
２ ． ２ 平台 总体布 置 自升式 钻井 平 台设 有 机械 甲板 和主 甲板 ２层 甲
作者简介 ： 高潮（ １ ９ ５ ８ 一） ， 女， 教授 ， 主要从事 土木工程研究 ； 蒋晓宁
计 方 案是 近海 工程 装 备 研 发 的主 要 研 究 内容 之 一 ，
本 文 的研 究 内容对 该类 型平 台的后续 设计 与 制造 提 供 了优选 的船 型 和关键 技术 储 备 。
表 面 流 速／ ｋ ｎ 气 隙／ Ｉ Ｔ Ｉ 桩靴入泥深度／ ｍ 可 变 载 荷 （ 不 含 钻井 负荷 ） ／ ｋ Ｎ
（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 硕士研究生 ， 主要从事港 口、 海 岸 及 近 海 工 程 设计 。
板， 在船体的双层底布置 了淡水舱、 钻井水舱 、 燃油
舱 等各 种液 舱 。双层 底 布置 图如 图 ２所示 。
４
江 苏 船 舶
第３ ２卷
要 配 电设备 、 定 位 系统 。 平 台悬 臂 梁 的 长 ３ ７ ．１ ９ ｍ， 宽 １ ７ ． ０ ７ ｍ， 高
１ 环 境 载 荷 与 设 计 条 件
通 过对 我 国渤海 湾 、 沿 海 和近 海 的调 研 ， 在 收集 整 理资料 的基础 上 ， 设 计 出适 合 我 国 沿海 与近 海 海
域 石油 钻井 需求 的 自升式 钻井 平 台 。该 平 台必须 满 足 在空 气 温度 ０～ ４ ０ 、 空气湿度 １ ０ ０ ％ 和 海 水 温
第３ ２卷 第 ２期 ２ ０ １ ５年 ４月
江苏船舶
Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｓ Ｕ Ｓ ＨＩ Ｐ
Ｖｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． ２
Ａｐｒ ． ２ ０１ ５
近 海 自升 式 钻 井 平 台设 计 方 案研 究
高 潮 ， 蒋晓 宁
（ 大 连 海 洋 大学 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ４ ）
生产 作 业环 境 条件 风暴 自存 环 境 条 件
９ １ ． ４ ４ ９ １ ． ４ ４
版 权 的 自升 式 钻井 平 台 ， 提 出满 足 作 业 需 求 的钻 井
平 台主要 尺度 、 总体布置 、 系统配置 ， 以及 优选 的设
最 大 浪 高／ ｍ 波浪周期／ ｓ 最 大 风 速
表 １ 环境 条 件
主要 参 数
水移 ｍ
海 洋石 油能 源勘 探 的 主 要装 备 ， 自升 式钻 井 平 台 的 结 构形 式和 布置 特点 取决 于其 作业 海 区 的地质 条件 和 环境 条件 ， 如 何针 对我 国沿 海 和近海 的具 体条 件 ，
以及相 关设 计 与建 造 规 范 ， 研 究 开 发 具 有 自主知 识
６ ３ ． ４ ｍ， 型深 ７ ． ６ ２ ｍ。３号桩 腿 布 置 在 １号 、 ２号 ２
个 桩腿 中心 线 的垂 直平 分线 上 。平 台桩靴 的直 径 为 １ ４ ｍ。该 平 台 的 最 大设 计 作 业 水 深 为 ９ １ ． ４ ４ ｍ， 最
大钻井 深度 为 ７ ６ ２ ０ ｍ。桩 腿总 长 １ ４ ８ ｍ， 其 中包括 桩靴在内。
类 型 预 压 水
燃 油 淡 水 钻 井 水 泥 浆
摘
要： 在调研 的基础上 ， 给出 中国沿海及近海 区域的环境条件和作业需求 。研究 自升式平 台的主要 尺度要素 ，
提 出由 １ 个 三角式船体和 ３个 三角桁架桩腿 、 桩靴以及悬臂梁组成 的平 台结构 。对平 台 的双层底 、 机 械 甲板 、 主
甲板 和 钻 台 、 生 活 区 甲板 以 及 直 升 机 甲板 等 进 行 了优 化 布 置 ， 给 出 了 自升 式 平 台 总 体 布 置 设 计 优 选 方 案 。按 照
度 ０～３ ６ ｏ Ｃ 下 的工作 条 件 ， 以及 表 １给 出 的平 台生 产 作业 环境 条 件和 风暴 自存 工况 下 的环境 条件 。
２ 主 尺 度 要 素 与 பைடு நூலகம் 布 置 方 案
２ ． １ 平 台主 尺度
平 台的坐 标 系及桩 腿序 号如 图 １所示 。 自升式
钻 井 平 台 由 １个 三角式 船体 和 ３个 三角桁 架桩 腿组 成， 桩 腿 的下 端 安 装 桩 靴 。船 体 型 长 ７ １ ． ３ ｍ， 型 宽
关键词 ： 近海 工 程 ； 自升式 钻 井 平 台 ； 船 舶 总布 置 ； 设 计 方 案 中图分类号 ： Ｕ ６ ６ ２ ． ２ 文献 标 志 码 ： Ａ
Ｕ 引 罱
我 国海 岸 线 长 ， 在 沿 海 和 近海 区域 蕴藏 着 丰 富
的海 底石 油 和天 然气 资源 。海 洋 自升式 钻井 平 台是