自升式钻井平台拖航中的稳性问题
JU2000E钻井平台插拔桩技术要点分析
中外船舶科技2020年第4期JU2000E钻井平台插拔桩技术要点分析孙振华,杨含坤，唐莉(上海外高桥造船有限公司，上海200137)摘要：对J U2000E型自升式钻井平台在码头插、拔桩的过程进行分析，研究全部作业过程中存 在的风险以及相关技术要求，为后续J U2000E平台生产作业提供技术支撑。
关键词：自升式平台；插桩;拔桩；压栽中图分类号：TE951 文献标志码:A插拔桩作业是自升式钻井平台重要的工作之一，是其正常作业的重要组成部分。
插拔桩作业成功与否也是检验平台建造质量的重要标准[1<。
所谓插桩就是利用平台自身的升降机构将桩腿插至海底泥面以下的设计深度，并站立在海床上，利用桩腿托起船使船壳底部离开海平面一定距离的过程;拔桩就是平台完成预定工作后，利用自身升降机构将桩腿从海底收起拔出，使平台由支撑状态转为自由漂浮状态的过程。
JU2000E自升式钻井平台为3桩腿支撑的自升式钻井平台。
平台每条粧腿下端配有一个桩靴，桩靴的最大截面面积为254 m2,有效直径为18.0 m,高度13.7 111，体积66〇1113。
文中以11112000£型自升式钻井平台为例，对其插拔桩作业前的准备工作，作业过程中的压载情况、受力情况及注意事项进行分析研究。
1插粧压载前地质调查及地基承载力分析自升式钻井平台在海上作业时,除了平台自身 重力及平台上可变载荷外，还会受到风、浪、流的水 平作用力。
这些水平环境力在平台上会产生倾覆弯 矩，此弯矩会给下风方向的桩靴施加一个附加垂直 力，在恶劣风暴期间能引起桩腿的附加贯人,导致平 台倾覆。
图1为自升式钻井平台的受力情况。
作者简介:孙振华，主任设计师，研究方向为船体结构。
图1自升式平台受力平台压载的目的是通过较短时间的压载作用使 桩靴的稳定性达到风暴状态下的最大粧靴反作用力，模拟平台可能遇到的最大重力载荷和环境载荷。
在编制插桩压载作业方案前，需对插桩位置地 质进行取样，并计算好地基承载力[>4]。
自升式钻井平台结构形式及精度控制要点
自升式钻井平台结构形式及精度控制要点摘要：自升式钻井平台广泛应用于海上施工作业，常年处于风吹浪打的恶劣工作环境中，因此相较于别的海上作业设备而言，自升式钻井平台需要更高的强度、结构要更加的稳定、综合质量标准更高、建造的工艺更加的复杂。
尽管最近几年国内对船舶的建造精密度的控制程度越来越成熟，但是依然较难掌控像自升式钻井平台这样规模较大的建筑设施的精准度。
本文以国内某项自升式钻井平台为参考案例，对这类自升式钻井平台的结构形式进行介绍，并分析对其进行精度控制的要点，希望能为国内相关领域的设备建造工程提供一定的帮助。
关键词：桥梁施工；人工挖孔桩；技术应用随着国内经济的不断发展以及科学技术的持续创新，社会在能源方面的需求量正逐年增多，所以开始从更加广阔的范围勘探石油资源，石油资源的开采地从以前的陆地渐渐扩展到了海上。
但是海上石油资源开采相比陆路更具难度，而海上石油钻井平台则很好的解决了这一难题。
海上石油钻井平台通常分为两大类——固定式和移动式，本文介绍的自升式钻井平台属于移动式钻井平台的一类，主要由升降结构、桩腿、平台主体组成，具有升降功能，没有自动航行的功能。
自动升降钻井平台是我国海上石油开采作业的重要设备，因此我们需要不断的研究自升式钻井平台的精度控制要点以及结构形式。
1 主体平台结构形式以及精度的控制自升式钻井平台主体使用类似于三角形状态的箱体结构，从横舱壁和纵舱壁中将主体平台区分出多个小型的水密舱。
依据自升式钻井平台的受力特征，把3处围阱区结构和悬臂梁支撑结构进行了特殊强化。
左右与舯相距9米的左右两处横舱壁和纵舱壁以及两层底部、主体甲板一同组成主要的承受架构。
平台主体的甲板、舱底、船舷两侧以及横、纵舱壁都是平面的板架结构，按照不同的部位以及存在差异的荷载需求，可以将其规划成纵骨架式的结构或者横骨架式的结构，连接船舷两侧侧的外部挡外板和船身底板中间的部位使用直接连接法。
当自升式钻井平台在海上进行干拖时，必须要对平台的的凹形加部位的结构进行强化，并且要巩固箱体、楔块、拖航肘板等部位的结构稳定性。
自升式钻井平台技术发展趋势
自升式钻井平台技术发展趋势摘要：自升式钻井平台属于海上移动式平台，被广泛运用在现代海洋油气资源的开发，其定位能力强和作业稳定性好的特点使其在大陆架海域的油气勘探和开发中居重要地位。
自升式钻井平台适用于不同海底地层条件和较大水深范围，移动灵活方便且便于建造，在全球现有海上钻井平台中约占到40%。
工程实践中，自升式平台灾难性事故主要有:平台倾覆、桩腿入泥过深拔桩困难、桩腿穿刺等，这些与海洋地基承载力及其稳定性息息相关。
而在钻井平台插桩过程中，穿刺事故是钻井平台作业期间的最大风险因素，根据挪威HSE统计资料表明，穿刺事故约占平台总事故的53%。
自升式钻井平台插桩深度分析要求高，难度大，可检验性非常强。
已有的工程实践分析表明，钻孔的布置、场地的地质情况、土性评价和土质参数选用、计算模型的选择、地区经验、桩靴压载速率和荷载增量是影响钻井平台插桩分析准确与否的关键。
根据国内近海数百个井场的调查和分析发现，近海大部分区域插桩分析的预测结果与实际结果基本吻合，但是对于某些复杂地层，如两硬地层夹一软弱层、硬地层与软弱层反复交替出现等，仍存在预测不准的情况。
因此，钻井平台在复杂地层中的插桩深度分析及穿刺分析，是工程分析中的重点关注对象，也是钻井平台插桩作业时关注的焦点。
基于此，本篇文章对自升式钻井平台技术发展趋势进行研究，以供参考。
关键词：自升式；钻井平台技术；发展趋势引言自升式钻井平台带有能够自由升降的桩腿，作业时，桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船体，并使船体底部离开海面一定的距离，保证船体不承受波浪载荷，从而实现平台安全地钻井和采油等功能。
由于井口处海床地质复杂，土体强度非均匀系数等参数变化对桩靴承载力的影响，平台插桩后3个桩腿载荷分布不同，受力大的桩靴容易穿透海床黏土层而失稳侧倾，待主船体部分入水产生浮力，提供回复力矩，平台慢慢扶正。
在总结其技术的同时，提出了数字化、环保技术等等。
1自升式钻井平台技术1.1水深选型自升式钻井平台在海上被动航行，是被拖物，需要主拖船拖航。
上海市航海学会为拖带自升式钻井平台“勘探7 号”至东海作业点评估通航安全
NAVIGATION 航海25上海市航海学会为拖带自升式钻井平台“勘探7号”至东海作业点评估通航安全2018年4月20日，上海市航海学会在中远海运（上海）有限公司，召开《“勘探7号”自升式钻井平台从启东中远海运海洋工程有限公司拖航至东海作业点通航安全评估报告》专家评审会。
上海海事局指挥中心、吴淞海事局、崇明海事局、南通海事局、启东中远海运海洋工程有限公司和上海市航海学会等单位代表和特邀专家与会。
经研讨、答辩和评审，报告获得通过。
中国石油化工股份有限公司所属自升式钻井平台“勘探7号”，在启东经中远海运海洋工程有限公司修理完工后，计划拖航出港至东海作业点投入生产。
根据启东中远海运海洋工程有限公司的计划，将以中国石油化工股份有限公司“海洋石油679”轮为主拖，由启东中远海运海洋工程有限公司2艘大马力全回转拖船协助，于4月21日13时由北支1号浮起拖，于4月23日20时抵达东海作业地点（29°41'4"N 125°19'47"E）投入生产。
本航次拖航总距离约220海里。
启东中远海运海洋工程有限公司特委托上海市航海学会，就自升式钻井平台“勘探7号”自启东中远海运海洋工程有限公司拖航至东海作业点进行通航安全评估。
评估内容包括：（1）“勘探7号”自升式钻井平台拖航水域的通航安全状况；（2）“勘探7号”自升式钻井平台拖航对通航安全的影响；（3）“勘探7号”自升式钻井平台拖航期间的安全措施。
与会专家听取了学会对编制报告的汇报，经过研讨和分析，认为评估报告对拖航船队航经水域、通航环境进行了全面、客观的分析，制定的拖带方案较为合理，所提的安全措施是必要的、可行的，结论可信。
“勘探7号”自升式钻井平台拖航船队拖航通过北支水道前，应注意北支水道浅点水深对拖航安全的影响，并安排大马力拖船伴航至启东1号灯浮，严格按拖航计划实施拖带作业。
“勘探7号”自升式钻井平台拖航船队在北支水道拖航条件是：白天，风力小于等于6级，视程大于1海里，留有足够的富裕水深。
渤海油田自升式钻井平台就位精准选型技术
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中国海洋平台
第36 卷 第3 期
0引言
随着国家能源七年行动计划的实施，国内各大 石油公司加大了勘探开发力度。自升式钻井平台是 海上油气勘探开发的主要钻探设备％,在钻完井作 业中占据非常重要的地位，中国近海近80%的油 气井开发都是通过自升式钻井平台作业完成的2。 不同的自升式钻井平台在升船气隙、覆盖能力和插 桩能力等方面不一样，因此在自升式钻井平台就位 时需要对水深、升船气隙、生产平台顶甲板设施、 井口布局、插桩等情况进行详细计算和分析，才能 选择合适的钻井平台进行钻完井作业3。
关键词：自升式钻井平台；就位选型；覆盖；升船；避让
中图分类号：TE951
文献标志码：A
Precise Selection Technology of Jack-up Drilling Rig Positioning in Bohai Oilfield
ZHANG Baoping1, XU Jie2, XU Rongqiang1, YU Zhongtao1, SUN Xutong1, WANG J inming1
7 m以浅和120 m以深是进行海洋平台选型和
匹配的2个重要参考值。水深过浅容易导致主拖船 和钻井平台拖底搁浅；若水深过深，由于自升式钻
井平台桩腿长度有限，则在插桩过程中容易导致滑 移和桩腿变形8。船体和桩腿受涌浪影响非常大,
对自升式钻井平台的安全性和稳定性产生较大影
响，插桩和防碰风险陡增。在就位作业前须进行井 场调查，明确就位区域范围内水深随着潮汐和涌浪
±0. 3 m就位偏差)，m； L1为平台边缘至第一排
井口距离，m； Nz为整数，平台槽口列数减1; dc
为槽口纵向间距，m； Lc为悬臂梁纵向覆盖长度， m； a为船首向允许偏差；Lq为槽口至后方障碍物 距离，m； Lw为转盘中心至钻台尾部距离，m。
某自升式平台拖航断缆时的锚泊能力评估
某 自升式平 台拖航 断缆 时的锚泊 能力评估
吴 南 天 罔
（ 中海 油能源发展股份有 限公 司监督监理技术分公 司，天津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ）
摘
要
论 文介 绍 了非 自航 自升 式平 台锚 泊设备配备的必要性。平 台在拖 带过程 中，如果发 生断缆情况 ，必须 连接 应急拖缆 ，否则 ，平 台就 会失去控制 ，造成重 大风 险。在 二次挂 拖的 时 候 ，平 台保持相对稳定 的位置
和速度，拖轮才能成功挂拖。此时，需要采用单点系泊，来稳住平台的方向和速度。作者应用平台拖航断 缆时锚泊环境载荷计算的方法，评估了渤海 自立号平台现有锚泊设备的能力。
关
键
词： 非自 航；自 升Ａ－ Ｙ － ＃；拖航；锚
０ 引 言
在 拖 航 的过程 中 ，非 自航 自升 式平 台的拖 缆断裂 是 一种很 严 重 的事 故 ；事 故会 造成 被拖航 平 台失 控 ，有 时亦会 导致 平 台碰 撞 等严 重后 果［ ６ 】 。拖航 中断缆是 个 总称 ，其 中包 括 ：主 拖缆 、龙 须缆 、短 缆 、 连 接 卸扣 、三 角板等 的破 断 ，统称 断 缆【 ６ ｊ 。如果 发 生断缆 事故 ，被拖 的平 台应 迅速 抛 下临 时锚 ，控 制 船 位 ，才 能成 功二 次挂 拖 。这 时 ，平 台配 备 的锚泊 设备 起 了关键 性 的作用 【 ３ Ｊ 。 锚 泊 是船 舶停 泊最 常用 的一种方 式 ，其原 理就 是依 靠锚 的抓 力与海 底 （ 或江 、河 、湖 、港 底 ）联 接 起 来 ，将船 舶系 在港 内的港底 或海 岸外 泊地 的海 底 。根据 船舶 使用 要求 ，锚 设备 主要 有三种 ，即 ：
表２ 经 查 资 料 ， 式 中数 值 项目
自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析(1)
σb/MPa
164.909 156.011 37.866 174.737 155.798 40.124 131.496 146.097 35.974
σ/MPa
201.819 199.141 38.165 212.840 200.227 40.423 165.475 183.047 36.273
第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
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自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析
蒙占彬，田海庆，Biblioteka 敦秋（胜利石油管理局 钻井工艺研究院，山东 东营 257061） 摘要：以国内某自升式钻井平台为例，并对利用有限元分析软件 ANSYS 对自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析的方法 进行介绍，提出了一种考虑桩腿齿条等构件作用的改进计算方法。 关键词：桩腿；强度；稳定性分析
表 3 自存工况作用力（90°）
构件 厚度/mm 50 艏桩 45 36 50 左艉桩 45 36 50 右艉桩 45 36 弯矩 My（ / kN· m） 弯矩 M z / (kN· m) 2 324 1 692 373 1 305 950 209 1 143 742 163 60 809 51 789 9 736 64 467 51 737 10 322 56 828 48 518 9 255 轴力 Fx /kN 22 305 23 975 137 23 026 24 697 137 20 653 20 534 137
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第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
3.2.3 计算结果 将表 1、表 2 及表 3 的数据代入式（6）进行计算，得到桩腿不同壁厚最危险单元的计算轴向应力 σa、 计算弯曲应力 σb 及计算组合应力 σ，如表 4 所示。
独立圆柱桩腿自升式钻井平台浅水区拖航作业程序及注意事项
《装备维修技术》2021年第13期独立圆柱桩腿自升式钻井平台浅水区拖航作业程序及注意事项靳从升1 郭晓亮2 徐宣锋3 孟庆树4（中国石油集团海洋工程有限公司，天津 300280）摘 要：自升式钻井平台是目前海洋石油勘探开发的常用船舶设备，钢质非自航，需借助船舶移动，具有移位方便、适应水深广泛等优点，目前被广泛应用于浅水区的石油勘探开发中，因此了解自升式钻井平台的拖航程序及相应的注意事项，对确保自升式钻井平台的安全作业有着重要的指导意义。
关键词：自升式钻井平台；浅水区；托航程序引言：中油海7平台为独立圆柱桩腿自升式钻井平台。
平台作业范围为渤海湾地区水深5～40m内泥砂质及淤泥质海域或相似条件的其他海域。
平台主体为箱形结构，平面形状接近三角形。
平台自重6204吨，空船平均吃水2.9米；平台设有3根桩腿，桩腿为圆柱形，艉二艏一，桩腿下端设有桩靴（桩腿区域甲板下船体有足够空间，拖航时桩靴可完全收回到平台体内），浅水区一般指基准水深在2.3-2.5米，高潮位时水深可达4.7-5米，平台移位只能通过等待合适的潮位差才能进行的作业区域，本文主要以中油海7自升式钻井平台为例进行详细说明。
1 浅水区作业拖航前的准备工作1.1减载物资：中油海7平台钻完井后的物资减载一般包括钻具、防喷器、燃烧臂及其他备用重量较大的物资，物资减载一般需要2-3天，需要两条2000HP的船舶。
1.2办理船舶进出港签证：拖航进入进出港区时一般提前4小时向海事局申请办理进出港签证。
1.3聘请拖航船长：拖航船长主要负责平台的定位及拖轮的协调工作。
1.4编写拖航文件：编写拖航应急预案并向项目部或运行科进行申请批准，同时申请拖航计划书。
1.5一般拖航前3-5天申请具有资质的船级社上平台进行拖航检验：包括但不限于拖曳系统检验、稳性计算、消防救生设备检验、平台物资固定等并发适拖证书。
1.6船舶选定：根据浅水区拖航作业水深及拖航距离选择好合适的船型。
1.7检查压载设备、舱室水密、冲桩系统、应急物资、升降系统、通讯、拖曳系统等是否完好或功能正常。
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简析自升式钻井平台拖航中的稳性问题
AQUARIUSLW
摘要：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。
而平台拖航作业是存在较大风险的，自升式平台由于重心高、受风面积，在拖航过程中遭遇恶劣天气，必须保证平台的漂浮稳性能抵御外界环境载荷导致的倾覆力矩，在实际操作我们通常采用调整可变载荷、排除桩靴水和降桩的方法改善平台的稳性。
本文主要以CPOE10平台为模型，探讨实际操作对改善平台稳性的影响。
关键词：自升式平台稳性计算重心
1、引言
我国陆地油气资源勘探开发程度现已很高,油气资源正迅速
减少。
向海洋进军,开发新的油气资源已成必然趋势。
我国拥有漫长的海岸线和广阔的海域,油气资源十分丰富。
在渤海、南黄海、东海、南海已有发现并进入早期开采。
自升式钻井平台属于海上移动式平台,由于其定位能力强和作业稳定性好,在大陆架海域的油气勘探开发中居重要地位, 自升式平台投入使用的数量在不断增长。
但是自升式平台受风面积大、重心高且操作较之其它类型平台复杂, 它的拖航稳性一直为操作和检验部门所重视。
本文以CPOE10平台为模型，分析并计算了调整和排除可变载荷、桩靴灌水、桩腿下放等操作状态下的拖航稳性，为平台以后远距离拖航安全作业提供依据。
2、调整可变载荷，使得拖航平台稳性最优
平台稳性分析：
A、根据稳性计算表将计算出的排水量与操船手册给出的额定负载线排水量（9459T）进行比较，不得超载，如果计算出的排水量超过了负载线排水量，那么就必须从平台上进行减载。
B、平台的平稳性及对吃水差
a. 计算出的艏艉吃水差：保持适当的艉倾（即LCG> LCB），减小拖航阻力，拖带点一般都布置在船艏，拖力对平台产生的力矩使平台艏部下沉，所以保持适当的艉倾（约30cm）。
b. 计算出的左右舷吃水差：平台的横倾增大了一侧的受风面积，从而增大了倾覆力矩，平台倾覆主要是由于横倾造成的，所以要对平台进行调平以减小横倾，提高平台稳性。
C、确定平台垂心KG
KG=VCG+△（自由液面修正值）＜AKG=FS C×Density of Fluid in tank（见表一）
（表一）
在稳性汇总表中计算的KG不要超过最大可允许的KG。
只有当计算出的KG在可允许的KG曲线范围内时，才允许平台漂浮。
平台计算出的KG能够调整可变载荷来减少KG高度，如物体也可移到较低位置，将液体移到不同的舱中减少自由液面，一旦有舱室处于半满状态时，就要进行自由液面修正。
当平台处于纵摇或横摇时，由于舱内液体的移动会产生自由液面修正，会减少平台的稳性。
如果舱内没有液体或舱内液体为满舱时，舱内液体的重量就不会发生移动，因此该舱的自由液面力矩为零。
应尽可能使更多舱室保持空舱或满舱，以最小化自由液面的影响。
应检查舱底水舱、空舱和预压载舱。
这些舱中的液体必须被清空，或将这些液体计入到负载中。
建议：平台拖航前将压载舱的水全部排掉，减少自由液面对垂向重心的影响。
注意：当平台处于漂浮状态时，许多可变载荷（燃油、水、食物等）一直被消耗。
由于吃水减少和半满舱室而增加自由液面，导致平台稳性改变。
因此，漂浮时，进行调整KG是很有必要的，同时还应该提前做出这些调整的计划。
3、桩靴灌水对稳性的影响
由于桩靴位于平台下部，将桩靴中灌水．可以使平台重心降低，改善平台的稳性。
但是这一操作给平台带来两个变化：降低重心；增大吃水（即：减小了干舷）。
前者对稳性是明显有利的．而后者的影响则相对复杂。
4、下放桩腿对稳性的影响
CPOE10平台桩腿为桁架式桩腿，桩腿受风面积较大，总载荷保持不变，排水量基本保持不变，随着桩腿的下放, 平台重心降低，平台横稳心和纵稳心高度都随之降低（见下图），受风面积也随之减小, 风载荷作用中心距水面距离降低，使恢复力臂增大，另一方面倾覆力臂在减小，增加了平台的稳性。
下降桩腿对减小平台在波浪中的运动和桩腿上的惯性力也是有益的。
所以在恶劣天气拖航过程中只要航道允许, 可以将平台桩腿下降后进行拖航，保证平台拖航作业安全。