深水钻井船应用现状与关键技术

深水钻井船运动性能分析

第２４卷第３期（总第１４１期）　２０１３年６月　船　舶　ＳＨＩＰ＆ＢＯＡＴ　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ，２０１３　

［研究与设计］　

深水钻井船运动陛能分析　

刘学勤　张海彬　

（中国船舶及海洋Ｘ－程设计研究院　上海２０００１１）　

［摘　要］采用数值计算与模型试验相结合的方式研究深水钻井船的运动性能。对某钻井船的垂荡、横摇和纵摇运动进行短期　预报，并衡量钻井船在特定海况下的钻井作业能力；同时，针对钻井船具有较大月池开口这一特点，分析研究了月池开口对钻　井船运动性能的影响。　［关键词］钻井船；运动性能；月池开ＶＩ；横摇；模型试验　［中图分类号］Ｕ６６１．３　［文献标志码］Ａ　［文章编号］１００１—９８５５（２０１３）０３—００１２—０５　

ｓ　０ｆ　一　；ｆｒｏ　ｆ０ｒ　ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　ｄｒｉｌｉｎｇ　ｓｈｉｐＡｎａｌｙｓｉｓ　ｍｏｔｉｏｎ　ｐｅｒ￣ｏｒｍａｎｃｅ　ａ　ａｅｅｐｗａｔｅｒ　ｒｉｌｌｉｎｇ　Ｓｌｌｉｐ　０Ｉ　１０ｒ　

ＬＩＵ　Ｘｕｅ—ｑｉｎ　ＺＨＡＮＧ　Ｈａｉ－ｂｉｎ　

（Ｍａｒｉｎｅ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００１　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｍｏｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａ　ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｓｈｉｐ　ｂｙ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｌ　

ｔｅｓｔ．Ｉｔ　ｐｒｅｄｉｃｔｓ　ｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｅ，ｒｏｌｌ，ａｎｄ　ｐｉｔｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｓｈｉｐ，ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅｓ　ｉｔｓ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｇｉｖｅｎ　ｓｅａ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｏｎｐｏｏｌ　

深海海洋工程装备技术发展现状与趋势论文

深海海洋工程装备技术发展现状与趋势研究

【摘要】随着全人类科技与经济的飞速发展，世界各国对各种天然资源的需求日渐旺盛。地球陆地天然资源的有限性，趋使人们往深

海寻找人类需要的各种天然资源，如石油、天然气等重要工业能源；这些能源在我国工业、农业生产以及军事方面和人民生活中都有着极

为广泛的运用。本文对海洋油气钻采平台以及海洋油气储存设施等工

程装备的现状进行了介绍分析；以海洋工程装备技术中的半潜式平台、张力腿平台、立柱式平台等技术为切入点，对海洋工程装备技术

未来发展趋势做了相应的研究。海洋工程是一个复杂又庞大的科技工程项目，其需要先进的技

术，和针对海洋开采的工程设备，主要包括：海洋石油天然气钻井开

采采平台、海洋石油天然气储存装备设施、海洋钻井船。在陆地油气资源有限，人类对石油和天然气的需求又不断攀升的

矛盾中，海洋深海钻井开采平台是海洋油气开采的基础设施保障；在广博的大海上，天气变化快，风浪和海流等因素对海上钻井平台造成

一定的安全威胁，为有效避免这些潜在的危险，就需要在不同的自然

条件下采用不同的钻井平台。目前海洋深海钻井开采平台主要分为固定式平台和移动式平台。其中固定式平台包括重力式平台和桩式平台

（导管架式）；移动式平台包括了浮式平台、座底式平台、顺应式平台。海上钻采平台不仅要保证正常的油气钻采工作，还需要提供给钻

采人员日常生活的平台。

海上油气短期储存设备FPSO（浮式生产储油卸油轮），其用油轮

和驳船改装或者完全新建而成，设备主要功能是采油和储油。

2.海洋工程装备技术未来发展趋势近年，随着海洋科技的发展，各类新型的平台也不断涌现出来，

这里主要探讨一下三种不同的海上钻采平台技术。 2.1半潜式平台技术发展简述

半潜式钻井平台这种作业平台采用锚泊定位或者动力定位，作业

时处于半潜状态，通常用于作业水深60-3050米的海洋区域，但是随着科学技术技的不断革新和进步，深海作业的水深越来越深。此种海

洋钻采平台深受世界各国欢迎，占全球已有钻采平台的六分之一，其对科学技术水平要求高，造价也较高；其优点是海上抗风能力达到

世界海洋油气勘探开发技术与装备览观(下)——深海开发技术及装备

新知・装备知识　

洋油气勘探开发技术与装备览观（下）　

口江怀友／中国石油经济技术研究院　齐仁理鞠斌山李龙／中国地质大学　江良冀／延安大学　

普通水深的油气勘探开发技　

术、工艺与装备的发展，提供了向　

深水和超深水迈进必要的条件。随　

着电子技术、宇航技术、造船工　

业、机械工业等的飞速发展，促进　

了海洋石油钻采平台逐年从浅水向　

深水推移，相应配套装备如先进的　

深潜器、机器人和深海钻探船等带　

动了海洋油气勘探开发技术的迅速　

发展。　

深水油气钻井关键技术包括动　

力定位技术、海上大型自升式钻井　

船技术、３０００ｍ水深半潜式钻井平台　

和深水浮式钻井船关键技术、钻井　

液和完井液以及水下施工技术等。　

深水油气开发技术包括深海采油技　

术、深水平台技术、浮式生产系统　

技术、深海油气田总体开发技术、　

深海海底管道、电缆设计技术、水　

下作业技术等等。所有这些都需要　

特别的高新技术和特殊手段进行应　

对，每向海底深入一米，对技术的　

要求就更高一层。　

深海油气钻采平台　

半潜式平台半潜式平台的上层　

１　２６　石油与装备Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　甲板位于水面之上不受波浪侵袭，　

提供浮力的浮体沉于水面之下可以　

减小波浪的扰动力，连接于其间的　

小水线面立柱受到的风浪力较小，　

因此，这种平台在波浪中的运动响　

应较小，具有较好的深海钻井开采　

工作性能。现有的深海半潜式钻井　

平台的额定作业水深在５００￣３，０５０　

米不等，其中４５％的平台能够从事超　

深海钻井。在建中的半潜式钻井平　

台的额定作业水深在７５０￣３，８００米　

不等，大部分超过３，０００米，适合深　

海钻井，绝大部分能进行超深海钻　

井。其中，有１６座的额定作业水深达　

Ｎ３，０５０米，有２座达到３，８００米。　

现有的深海半潜式钻井平台的　

钻深能力，介于６，００Ｏ～１１，４３０米之　间，都能钻超深井，个别的能钻井　

深超１０，０００米的深井；在建的钻深能　

力都达到或超过９，０００米。　

200英尺自升式钻井船半潜下水实践

５２卷增刊２　中　闽　造　船　２０１　１年９月　ＳＨＩＰＢｕＩＬＤＩＮＧ　ＯＦ　ＣＨＩＮＡ　Ｖｏ１．５２　Ｓｐｅｃｉａｌ　２　Ｓｅｐ．２０ｌ１　文章编号：１　０００．４８８２（２０　１　ｌ　１Ｓ２—００７６—０８　

２００英尺自升式钻井船半潜下水实践　

黄山田，李怀亮，刘克建，樊之夏，王浩臣　

（海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５２）　

摘要　钻井船通常在船坞建造，但受船坞资源可获得性和建造工期等诸多因素影响，“海洋石油９２Ｉ／９２２”两艘　２００英尺自升式钻井船选择在青岛场地３号滑道上建造。在码头建造完工后，先拖拉装船到半潜驳，再以半　潜方式下水。２０１０年５月，“海洋石＂￣９２１／９２２”两艘钻井船相继在青岛场地码头前４５ｍｆｆ￣港池由半潜驳“德浮２　号”下水。通过介绍钻井船半潜下水的关键技术，为以后类ｑ＇￣Ｓ－程提供借鉴和参考。　

关　键　词：钻井船；半潜下水；半潜驳　

０　引　言　

中海油服委托海油工程建造四艘２００英尺自升式钻井船，这四艘钻井船为同一船型，最大作业水　

深６０．９ｍ，最大钻井深度可达６０００ｍ。由于海油工程青岛场地的新建船坞不满足“海洋石油９２１／９２２”　两艘钻井船下水工期要求，为此，“海洋石油９２１／９２２”两艘钻井船选择在青岛场地３号滑道建造，另　

外两艘在青岛场地新建船坞中建造。“海洋石油９２１／９２２”的主要参数如表１所示。　

表ｌ“海洋石油９２１／９２２”主要参数　

本项目为海油』＝程首次承揽钻井船建造业务，为了保证建造质量和进度，要求在码头滑道上完成　

“海洋石油９２１／９２２”两艘钻井船的结构施工、设备安装和桩腿升降、压载、锚泊等关键系统调试工作。　码头建造完工程度高使钻井船的重量和吃水增加，使船舶资源选择、方案设计和实施难度成倍增加，　

其中，要求半潜驳主甲板吃水５．７ｍ为“德浮２号”的设计最大吃水。两艘钻井船的Ｊ　Ｊｌ￣ｌＪ半潜下水，标　志着海油工程己初步具备浮体半潜下水能力，为深水浮式平台半潜下水奠定了基础。　

移动式钻井平台的介绍

移动式海上钻井平台介绍及新技术的运用

一，概述海洋占地球表面积70. 9%,平均深度约为3 730 m, 90%以上的水深为200 m~6 000 m,大量海

域面积的资源尚待开发,尤其是石油、天然气等重要经济、战略物资。据地质学家预测,海底石油天然气总储

量约2 500亿吨。我国是一个海洋大国，在约300万平方公里的海洋辖域内蕴藏着丰富的石油和其它重要资源。加强开发我国海底石油资源对我国的经济发展有着十分重要的意义。这就需要一批适合我国海洋石

油开采的装备，所以首先对海上石油开采装备，即海上钻井平台进行初步了解显得很必要。二，平台类型介绍在海上油田的勘探开发过程中，不论是在勘探阶段钻勘探井，还是在开发阶段钻

生产井，均要在海上石油钻井平台上进行作业。海上石油钻井平台大体上可分为固定式和移动式两大类。

固定式钻井装置包括：桩基（导管架）式平台和重力式平台，用于深水作业的顺应式平台，如牵索（绷绳）

塔式平台、张力腿式平台、浮力塔式平台；用于浅水作业的人工岛。移动式钻井装置包括坐底式钻井平台、

自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船、张力腿式平台和牵索塔式平台。鉴于我国的海上石油钻井平台大多采用移动式平台，所以重点对各种移动式平台的特点进行探讨。 1，坐底式钻井平台是一种由沉垫（浮箱）、立柱、上层平台（甲板）和抗滑桩等部分组成的移动式平

台。坐底式钻井平台工作时，先由拖轮将其拖至井位，然后灌水下沉，沉垫坐底后，打好抗滑桩，就可钻

井作业。由于坐底式平台甲板高度固定，其工作水深较浅（一般为5m到30m），因而适宜在极浅海区打探

井。这种平台钻垫坐在海底，只要海底土壤密实、平坦无严重冲刷，是比较稳定的，另外平台上设有抗滑桩，可提高平台的坐底稳定性。坐底式钻井平台的优点是能提供稳定的钻井场地，移动性能好，而且改装

后可作为采油平台、储油平台、生活与动力平台等。缺点是上层平台高度固定，不能调节，工作水深有限；

拖航时阻力大；当海底冲刷严重时，钻井易移位，需要采取防滑移、防冲刷及防淘空等措施。我国现有自

“蓝鲸1号”半潜式深水钻井平台

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“蓝鲸1号”半潜式深水钻井平台

作者：任辉

来源：《百科探秘·海底世界》2019年第08期

细数 2017年我国的重大科技成果，“在南海神狐海域首次成功试开采可燃冰”必占有一席之地。自2017年5月10日正式出气，至7月9日封井，我国科技和工程人员创造了人类可燃冰开发领域的诸多第一。而在这些丰硕成果的背后，一座体量庞大的钻井平台分外抢眼，这就是保障此次可燃冰试开采工程圆满成功的“蓝鲸1号”半潜式深水钻井平台。

“蓝鲸1号”半潜式深水钻井平台由烟台中集来福士海洋工程有限公司建造，長117米，宽92.7米，高118米，最大作业水深3658米，最大钻井深度15250米，是目前全球作业水深、钻井深度最深的半潜式钻井平台，适用于全球深海作业。与传统单钻塔平台相比，“蓝鲸1号”配置了高效的液压双钻塔和全球领先的西门子闭环动力系统，可提升30%的作业效率，节省11%的燃料消耗。

人类使用石油、天然气等化石能源由来已久。然而随着全球经济的发展，原油和天然气的消耗量剧增，陆地上的油气田资源陆续枯竭。于是，人们将目光投向了海洋。20世纪20年代，美国人率先在美国西海岸发现了油田，拉开了人们从海上挖掘油气的序幕。如今，在大西洋的北海、墨西哥湾，印度洋的波斯湾以及太平洋的中国海域，都发现并投产了许多海上油田。龙源期刊网

这些近海的油田大多位于水深很浅的地方，所以早期的钻井平台大多是固定式的，将支架埋入海底，支撑起水面上的甲板和甲板上的设备，结构比较简单，造价和建设难度都较低。但随着不断的勘探开发，浅海地区的油气田资源也越来越少，人们又把勘探的重点转向了深海，在最近几年，全球 70%的重大油气田都发现于水深超过1000米的深海海底。除此之外，一种同样蕴藏在深海的高效且清洁的新能源引起了全世界的关注。那便是一种天然气水合物，即可燃冰，其99%的成分都是可以燃烧的甲烷，能量比相同体积的石油高出10倍。我国境内已探明的可燃冰储量，能满足100年的能源使用需求。因此，对可燃冰的开采利用意义长远。

海洋石油钻采工程技术与装备——深水钻井采油技术与装备(上)

新知・装备知识　

海洋石油钻井、完井采油工程装备，是勘探、开发井的钻井、完井采油必需的关键手段；掌握这些装备的技术及钻井、　完井采油工艺技术，是获取海洋油气的关键所在。笔者积近四十年海洋石油勘探、开发装备设计、制造与工程管理的实践经　验总结编撰成书并分期在我刊独家刊登，希望对我国近一步扩大海洋油气勘探、开发有所帮助。该《海洋石油钻采工程技　术与装备》一书，已于２０１０年Ｏ６月由中国石化出版社出版发行。全书共八章４８．２２７字，本刊将分期筒摘相关各章部分文字概　要，以飨读者。以下内容节选自该书最后一章“深水钻井采油技术与装备”（分上、中、下三期介绍）。　

海洋石油钻采工程技术与装备　

深水钻井采油技术与装备（上）　

口廖谟圣／中国石油和石化工程研究会海洋石油和化工工程专业委员会　

深水钻井采油技术与装备的深水　

是一个包括超深水的泛指。如前所　

述，深水（简称ＤＷ）、超深水（简称　

ＵＤＷ）和深井钻井（简称ＤＤ）、超深　

井钻井（简称ＵＤＤ），是近十余年来　

海洋石油钻井不断向深水和深地层　

钻井而形成、用以界别普通水深和　普通钻井井深区别的概念。一般以　

≥４００ｍ～≤１５００ｍ为ＤＷ，≥１５００ｍ（或　

５，０００ｆｔ）为ＵＤＷ；一般钻井深度能力　

≥４，５００ｍ（或１５，０００ｆｔ）～≤７，０００ｍ　

（相当２５，０００ｆｔ）为ＤＤ：≥７，０００ｍ　

（相当２５，０００ｆｔ）为ＵＤＤ。鉴于Ｄｗ、　

ＵＤＷ￣ＨＤＤ、ＵＤＤ在技术与装备上与普通　

水深和一般钻井深度在技术与装备　

上虽然有很大共性，但也有其特殊　

的技术与难度，故本文将对此进行　

讨论。　

深水海洋钻井采油与装备概述　

深水和超深水钻井采油是当前世　

界海洋油气开发发展的必然。　

世界海洋油气开发必然向深水　

１　１　２　石油与装备Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　和超深水迈进的五大因素是：深水　

和超深水占了海洋面积的绝大部　

分。如前所述，地球的表面积为　５．１ｌ￣Ｌｋｍ２，其中海洋表面积为３．６２　

南海深水钻井井控技术难点及应对措施

叶吉华;刘正礼;罗俊丰;畅元江

【摘要】深水钻井井控存在着海床不稳定、地层破裂压力低、地层压力窗口窄、以及存在浅层气、浅层水流、气体水合物和海底低温等诸多问题。在对国内外深水井控技术充分调研的基础上，针对南海深水钻井井控特点和难点，结合近年南海深水钻井设计和作业实践经验，详细分析了深水钻井井控存在的地层压力窗口窄、溢流监测困难、压井难度大和压井作业时间长、井控设备复杂、存在水合物风险等问题，研究提出了有针对性的解决方案，并以南海深水井为例介绍了深水井控的具体措施。%Due to the differences in sedimentary environment, deepwater

drilling environment, and well control equipment of deepwater strata, the

well control of deepwater drilling is trapped in many problems such as

seabed instability, low formation fracture pressure, narrow formation

pressure vessel, and the presence of shallow gas and shallow lfow, gas

hydrates, and subsea low temperature. Building on a full investigation

about well control of domestic and foreign deepwater drilling and

considering the characteristics and dififculties of well control of deepwater

深海钻井平台的设计与结构分析

随着能源需求的不断增长，深海钻井作为一项相对较新的技术，正逐渐成为开发海底油气资源的重要手段。深海钻井平台的设计和结构分析，是保证钻井操作的安全和顺利进行的关键。

一、深海钻井的背景与挑战

深海钻井是指在水深超过500米的海域进行的钻井活动。与浅海钻井相比，深海钻井面临着诸多挑战。首先，深海环境复杂，水压、温度、盐度等因素都会对钻井操作产生影响。此外，深水中的海流、风浪以及地震等自然力量的作用，也增加了钻井平台的稳定性要求。因此，设计和结构分析的任务变得尤为重要。

二、钻井平台的设计原则

在深海钻井平台的设计中，有几项原则需要遵循。首先，平台的结构要具备足够的强度和稳定性，能够抵御海流、风浪和地震等力量的作用。其次，平台的设计要兼顾船体的浮力和稳定性，确保能够在海洋中自由浮动，同时又能够保持稳定的姿态。此外，平台还要具备良好的维修和适应性，能够容纳各种钻井设备和工具，并进行相关的维护和修复。

三、钻井平台的主要结构

深海钻井平台的主要结构包括船体、钻井塔和钻井井口等部分。船体是平台的主要支撑部分，它通过均匀分布的浮力，使整个平台能够在水中浮起，并且保持水平稳定。钻井塔是用于固定钻杆、提升井下设备和进行钻井操作的核心部分，它要具备足够的强度和稳定性，并且能够承受水流和风浪的冲击。钻井井口是通过在平台上开设井眼，将钻头送入地下进行钻井操作的出入口，它要能够与海底井眼实现有效的连接，并保持密封状态。

四、平台结构的优化与分析为了提高平台的结构强度和稳定性，可以通过对平台结构的优化与分析进行改进。一种常见的方法是利用有限元分析来评估平台的结构参数。有限元分析可以将平台分解为有限个小单元，并通过数值计算来模拟平台受力和变形的情况，从而判断是否满足设计要求。此外，还可以借助计算流体力学模拟来研究平台在海流和风浪等自然力量作用下的行为，以及如何调整结构来提高平台的稳定性。通过结构的优化与分析，可以使平台在复杂的海洋环境中更好地承受各种力量的作用，从而保证钻井操作的安全和顺利进行。

对海上钻井技术的几点分析

【摘要】本文介绍了国内外海洋石油钻井平台发展的现状，并对我国海洋石油钻井平台技术特点做了介绍，也简单说明海上钻井技术特点，最后提出展望。

【关键词】海洋，石油，钻井，现状，展望

一.海上钻井发展及现状

（一）海上钻井可及水深方面的发展历程

正规的海上石油工业始于20世纪40年代，此后用了近20年的时间实现了在水深100m的区域钻井并生产油气，又用了20多年达到水深近2000m的海域钻井，而最近几年钻井作业已进入水深3000m的区域。图1显示了海洋钻井可及水深的变化趋势。20世纪70年代以后深水海域的钻井迅速发展起来。在短短的几年内深水的定义发生了很大变化。最初水深超过200m的井就称为深水井；1998年“深水”的界限从200m扩展到300m，第十七届世界石油大会上将深海水域石油勘探开发以水深分为：400m以下水域为常规水深作业，水深400～1500m为深水作业，大于1500m则称为超深水作业；而现在大部分人已将500m作为“深水”的界限。

（二）海上移动式钻井装置世界拥有量变化状况

自20世纪50年代初第一座自升式钻井平台“德朗1号”建立以来，海上移动式钻井装置增长很快，图2显示了海上移动式钻井装置世界拥有量变化趋势。1986年巅峰时海上移动式钻井装置拥有量达到750座左右。1986年世界油价暴跌5成，海洋石油勘探一蹶不振，持续了很长时间，新建的海上移动式钻井装置几乎没有。由于出售流失和改装（钻井平台改装为采油平台），其数量逐年减少。1996年为567座，其中自升式平台357座，半潜式平台132座，钻井船63座，坐底式平台15座。此后逐渐走出低谷，至2010年，全世界海上可移动钻井装置共有800多座，主要分布在墨西哥湾、西非、北海、拉丁美洲、中东等海域，其中自升式钻井平台510座，半潜式钻井平台280座，钻井船（包括驳船）130艘，钻井装置的使用率在83%左右。目前，海上装置的使用率已达86%。