海洋油气开发发展历史-船海讲座

自升式平台的结构组成
自升式平台的发展历程
1.4 钻井船的出现
20世界50年代，美国加州的石油公司大陆、联合， 壳牌、苏必利尔组成CUSS集团着手研制试验性的浮式 钻井船，希望将其适用于大陆架坡度陡峭海域的油气 开发。
1955年，他们从战争剩余物资中买了一条大 型甲板驳船，长260 英尺，宽88 英尺，加以改造。 在船的底部切出一块菱形的空间，上面安装钻机。 采用桅杆式井架。大钩的载重能力为55 万磅。每 2 根钻杆组成1 个单根。船上有3 块甲板，工作面 积达3 万多平方英尺。船到达井位后用6根 钢缆 锚定。设计了一套独特的立管和井口。实践证明， 这条船的设计是成功的。到1958 年，这条CUSS 一号船已经钻进10 万多英尺。其他一些公司以它 为范例设计，建造了几条浮式钻井船。
导管架平台又称桩 式平台，是由打入海底 的桩柱来支承整个平台， 能经受风、浪、流等外 力作用，可分为群桩式、 桩基式(导管架式)和腿 柱式。 钢质导管架平台由 导管架、桩基和顶部设 施（甲板结构和甲板模 块）组成。
早期固定式平台的发展历程
1.2 坐底式平台的出现
1949 年初，美国人约翰· 海沃德发明布伦顿一20 型坐底式钻 井驳船。该方案采用可沉没坐底的双甲板驳船。船的下部是水 舱，灌进水去，船就下沉，坐落在井位上；抽出水，船就上浮， 可以移动。甲板上安装钻机等设备。 它重2000 吨，吃水5 英尺，重心在龙骨上方30 英尺。它由3 条拖轮牵引，航行70 英里到达井位。中途遇到每小时25 英里的 大风，船安然无恙。它坐落到海底就得到了平衡。在井场4 个 月，钻成了一口深达10906 英尺的井。在此期间，它经受住了 每小时70 英里以上的大风。完井以后，此船顺利浮起，移往新 的井位。
早期的各类坐底式平台
我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等 向海中延伸的浅海海域，潮差大而海底坡度小，坐底式 平台仍有较大的发展前途。 80年代初，人们开始注意北极海域的石油开发，设 计、建造极区坐底式平台也引起海洋工程界的兴趣。目 前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底 ，然后在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成钻井后 可排出压载起浮，并移至另一井位。
铰接塔平台示意图
世界界上第一座用于采油的Baldpate铰接塔平台于1 998 年6 月建成，位于墨西湾Garden Banks 260区海域。 该平台工作水深5 0 2.3m ，塔高580 m 。设计油井数量18 口，是世界上第一座没有钢索、铰接安装在海床上 的顺 应式铰接塔平台。
Baldpate铰接塔平台基础安装
该公司采用固定平台和浮式驳船相结合的方法，钻机 安在平台上，其它设备安在驳船上。这样，就只需要建一 座小平台。建平台的ห้องสมุดไป่ตู้同给了布朗路特公司。这家公司在 井位上打了3 根试验桩，经过测试，每根直径24 英寸的钢 桩，打入海底104 英尺，可以承受48 吨载荷。他按科麦吉 的设计，打16 根钢桩和6 根经过防腐处理的木桩，打入海 底69 英尺，把上部平台支撑在低潮位以上20 英尺的高度， 平台大小为11.6米*21.6米。钢桩和木桩分别支撑平台的两 个部分。
海洋平台发展历史和海洋油 气工业发展趋势
船舶工程学院 深海工程技术研究中心 马山
主要内容
1、海洋平台发展历史 2、我国海洋钻井平台发展概况 3、油气工业发展的现在与将来
1、海洋平台发展历史
人类最早的海上石油开采，可以追溯到1887 年。 在加利福尼亚南部圣巴巴拉附近海域，人们采用木质 结构钻塔实施钻井（在海里打桩建造码头，在码头上 钻井，而后又发展成在海里修建木头栈桥，在栈桥上 钻井）。
半潜式钻井平台示意图
半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大， 移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的 水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。到目前为止 ，半潜式钻井平台已经历了第一代到第六代的历程。据统 计，目前世界范围内有深水自升式钻井平台65艘，大部分 工作在墨西哥湾和北海。其运营商主要为美国石油公司。
Baldpate铰接塔平台
整个平台主体包括基 础管架和铰接塔两部分 组成。
Baldpate铰接塔钢质导管架
铰接塔结构部分高1320英尺， 横截面尺寸为90x90英尺，重量为 20200吨，导管直径为128英寸。在 导管架的每个边角，有针脚与基础 管架顶端的套管托架配合。
基础管架结构高351 英尺，成六面体棱台， 棱台底部横截面为 140x140英尺，上部变细 为90x90英尺。基础重 8700吨，导管直径为144 英寸。在基础管架的每 个边角，连有三个裙桩 套管，裙桩通过套管打 入海底，嵌入深度达430 英尺。
Development of Semi-submersible
First Semi Drilling Platform
1961 by chance
Thunder Horse Platform
(The Largest Offshore Semi-submersible)
First Semi Production Platform
这一事件标志着当代海洋油气开发工业的开端，到 1949年时，在美国墨西哥湾已经开发了11个油气田、共计 44口勘探井。 自从美国墨西哥湾安装的第一个离岸固定式平台以来 的50年里，海洋油气业出现了很多创新的平台结构设计， 采用固定式或者浮动式形式，安装在越来越深的水域中， 受到的海洋环境也越来越恶劣。到1975年，离岸石油开采 的水深延伸到144米，在接下来的3年里，随着COGNAC固定 式平台的安装，离岸石油开采水深一下到了312米。直到 1991年， COGNAC平台一直保持着世界上最深的固定式海 上平台的记录。在二十世纪九十年代，5座固定式平台的 水深超过了328米，最深的一座是Shell石油公司的 Bullwinkle平台，安装水深达到了412米。
坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾 等30m以下的浅水域。坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作 甲板，安置生活舱室和设备，通过尾部开口借助悬臂结构钻井； 下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井 的基础。 两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到作业地点 后往沉垫内注水，使其着底。因此从稳性和结构方面看，作业 水深不但有限，而且也受到海底基础(平坦及坚实程度)的制约。 所以这种平台发展缓慢。
1961 by chance
平潜式平台综合了浮式钻井船和坐底式驳船的优点。浮在 水面作业，才能在较深的海域工作；船体灌入水，可以调节吃 水深度，保持船体稳定。它的下部是有相当容积的浮筒，上面 是若干个中空的立柱，支撑着上部平台，平台上面是全部钻井 装备和必要的生活设施。整个平台靠浮筒浮在水面，由拖轮牵 引而移动。到达井位后，向浮筒里灌入一定量的水，以增加吃 水，提高作业时的稳定性。并且用锚链固定。
第l 家试用德龙概念的是玛格诺利亚石油公司。1950 年建造了德龙l 号平台，可以在水深30 英尺（1英尺 =0.3048米）处作业，但是不能移动。 真正意义上的第1 艘自升式钻井平台，是海洋公司的 加利福尼亚l 号，于1954 年4 月投入使用。它的工作水深 是40 英尺。它用德龙的气压顶升器使支腿升降。海洋公司 对它非常满意，又订购了另一艘更大的。它有14 根直径2 英尺的支腿。每根支腿下部有一个直径16 英尺、高18 英 尺的沉箱。
我国胜利二号坐底式钻井平台
1.3 自升式平台的出现
与座底式钻井驳船相对应，一个名叫莱翁· 德龙的法 国人提出了一种全新的概念。他的方案是在平底驳船上 设几根可升降的支腿，船在航行时，支腿升起，就位后， 支腿下落，插入海底，把船体顶升到浪峰以上。这就是 后来广泛采用的自升式钻井平台。
中海油63号自升式平台
North Sea ARGYII Field
First Semi Production Platform 1975
Displacement : 130,000t Weight : 59,500t Cost : $ 1 Billion
WD: 79m
1.6 牵索塔和铰接塔平台的出现
到20世纪70 年代，在海洋大陆坡200 —2000m 范围内 发现了油气资源。导管架平台的作业水深已经达到300 米 , 接近它的经济极限，因此提出了顺应式平台的概念。 牵索塔平台与铰接塔平台均为顺应式平台。顺应式平台 随风浪运动，而不像固定式平台在风浪作下岿然不动， 与海洋载荷对扰。1954年，美国人Marsh 率先提出了倾 斜系泊索群固定牵索塔平台，第一座牵索塔平台是20 世 纪80年代初安装在墨西哥湾的Lena号，作业水深3 00米。
1.7 张力腿平台的出现
牵索塔平台与铰接塔的不足之处是随水深的增加，平台 运动的稳定性降低，因此在牵索塔平台的基础上发展了张力 腿平台（Tension Leg Platform)。1984年，Conoco公司在 欧洲北海157米水深的Hutton油田安装了世界上第一座张力 腿平台。
1962年，布鲁斯· 科里普发明了半潜式钻井平台。第1 座半潜式平台是“蓝水l 号” 。当年在墨西哥湾投入了使 用，可惜1964 年被飓风刮倒沉没。1964 年，凯撒公司为圣 菲国际公司制造的“蓝水2 号”半潜式钻井平台，它有4 条腿（立柱），工作水深达900 英尺。
First Semi Drilling Platform
牵索塔平台由甲板、塔体、牵索系统三部分组成。 塔体是一个类似于导管架的空间钢架结构，塔是顺应式的，随波浪的响 应稍微移动，其系泊系统能对塔提供足够的复原力，使其始终保持垂直 状态，设计时允许塔的倾斜度在20以内。
为了解决牵索安装施工难度大的问题，牵索塔平台去掉 了斜拉索，相应在塔柱水面附近增加浮力舱，此种结构形式 称为铰接塔，它可用于钻采平台、装载终端及单点系泊等。 1990 年，世界上第一座铰接塔作为单点系泊终端安装在澳大 利亚西北海岸的东帝汉海域。
自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台 能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海 底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进 行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平 台降到海面，拔出桩腿并全部提起，整个平台浮于海面， 由拖轮拖到新的井位。1953年美国建成第一座自升式平台， 这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快， 约占移动式钻井装置总数的1／2。