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。

我国现有自行设计建造的“胜利二号”、“胜利三号”和从国外购进、国内改装的“胜利四号”等坐底式钻井平台，仍用于海上作业。

2，自升式钻井平台是一种由驳船形船体（上层平台）和数根能够升降的桩腿（带沉垫或不带沉垫）组成的移动式平台。

自升式钻井平台工作时，先由拖轮拖至井位，抛锚定位，通过桩腿升降装置（机构）将桩腿插入海底，进行预压后，再用升降装置把船体上升到海面以上一定高度，便可钻井。

完成一个井位的钻井作业后，船体降至海面，拔起桩腿并将其升至拖航位置，整座平台便可用拖轮拖到新井位。

为适应不同的工作水深，需由升降装置完成升降船和升降桩的工作，在着底作业时，应保持平台位置固定；在拖航时，应保持桩腿位置固定。

整个升降装置系统包括动力系统、船体升降机械、桩腿的升降结构和固桩结构。

升降装置目前常用的有气动、液压和电动齿轮齿条几种传动方式。

通常桁架桩腿采用电动齿轮齿条传动方式，圆形或方形管柱桩腿采用气动或液压方式。

自升式钻井平台主要用于打探井，也可用于打生产井和作为早期生产中的钻采平台，而且可进行修井作业。

自升式钻井平台工作时靠其桩腿支撑站立在海底，因而能够提供稳定的钻井场地。

它适用于不同的海底土壤条件和百米的水深范围。

这种钻井平台具有机动灵活，移动性能好的特点。

另外不带沉垫的自升式平台用钢量较少，造价较低，便于建造。

自升式钻井平台的缺点是：拖航较困难，在拖航时抵御风暴袭击的能力差；平台定位或离位时操作复杂，且对波浪很敏感；由于带沉垫的自升式平台受海底冲刷而使基础破坏，容易造成整个装置的滑移；当工作水深加大时，桩腿的长度、截面尺寸、重量均将迅速增大，同时使平台在拖航状态和工作状态的稳定性变差，因而不适于在水深大的海区工作（一般最大工作水深在100m左右）；大型自升式平台的桩腿存在振动问题。

由于目前正开发的油田大部分水深均不大（一般都在100m以内），因而自升式平台仍被广泛应用。

世界各国正在使用中的自升式平台约占移动式钻井装置总数的60%以上。

我国海上钻井作业大多数也是使用自升式平台，如：“渤海四号”“渤海五号”“渤海七号”“渤海八号”“渤海十号”“南海三号”“南海四号”“勘探二号”“胜利五号”“胜利六号”等自升式钻井平台。

其中“渤海五号”“渤海七号”是我国自行设计建造的自升式钻井平台。

3，半潜式钻井平台是类似于坐底式平台的一种移动式钻井装置。

这种平台由上层平台、立柱、下船体（浮靴）、锚泊系统等部分组成。

上层平台提供作业场地以及生产和生活设施；立柱连接上层平台和下船体，提供浮力，保证平台的浮性和稳性，立柱间由撑杆结构互相连接；下船体（浮靴）能提供浮力，内设压载水舱，通过排水和灌水可将平台升起或下沉；锚泊系统的作用是使钻井装置保持在井位上，有锚泊定位和动力定位两种方式。

当半潜式钻井平台自航或拖航到井位时，先锚泊住，然后向下船体和立柱内灌水，待平台下沉到一定设计深度呈半潜状态后，就可进行钻井作业。

钻井时，由于平台在风浪作用下产生升沉、摇摆、漂移等运动，影响钻井作业，因此半潜式钻井平台在钻井作业前需要先下水下器具，并采用升沉补偿装置、减摇设施和动力定位系统等多种措施来保持平台在海面上的位置，方可进行钻井作业。

半潜式钻井平台主要用于钻勘探井，也可以钻生产井，并且可作生产平台用于油田的早期开发，在钻探出石油之后，即可迅速转入采油，此时可作为浮式生产系统的主体。

半潜式钻井平台的主要优点是：工作时吃水深，用锚泊定位稳定性好，能适应恶劣的海况条件；工作水深范围大，用锚泊定位时，工作水深在200m到300m；甲板面积大，有利于钻井作业；移运灵活，移动性能好，尤其是自航的半潜式钻井平台这一特点更为突出。

主要缺点是：自航的半潜式钻井平台航速较低，大多数满载航速低于8kn，而钻井船为8~14kn；平台对于负荷敏感，承载能力有限；造价较高（与自升式平台比），一般造价达一亿美元左右。

由于半潜式钻井平台既能满足水深多变的要求，又能解决稳定性及移运问题，因此它比其他钻井平台更有发展前景，尤其从海洋石油开发向更深、海况更恶劣的海区发展来看，建造半潜式平台应是主要的发展方向。

我国现有自行设计建造的“勘探三号”和从国外购进的“南海二号”“南海五号”“南海六号”等半潜式钻井平台正用于海上作业。

4，钻井船是利用普通船型的单体船、双体船、三体船或驳船的船体作为钻井工作平台的一种海上移动式钻井装置。

钻井作业时，船体呈漂浮状态，是一种适宜于深水区域作业的钻井装置。

其工作水深主要取决于钻井船的定位方法：用锚泊定位，工作水深在一百多米。

钻井船到达井位后，先要抛锚定位或动力定位。

钻井时和半潜式平台一样，整个装置处于漂浮状态，在风浪作用下，船体也会产生上下升沉、前后左右摇摆及在海面上漂移等运动，因而需要下水下器具和采用升沉补偿装置、减摇设施和动力定位等多种措施来保证船体定位在要求的范围内，才能进行钻井作业。

钻井船适宜在深水中钻勘探井，也可用于钻生产井和作为浮式生产系统中的主体。

钻井船的主要优点是：自航式钻井船调遣迅速，移动性能好，而且航速较高；水线面积较大，船上可变重量（即钻杆、套管、钻井用水、泥浆、泥浆材料、水泥、燃油等钻井作业所需的物资及器材重量）的变化对钻井船吃水的影响较小；储存能力较大，海上自存能力强；工作水深大，如采用计算机控制推进器的自动动力定位钻井船，工作水深不受限制；此外，钻井船还可利用旧船改造，节省投资。

如我国1974年自行设计建造的“勘探一号”钻井船，就是用两条货船改装成的双体钻井船。

钻井船的主要缺点是：受风浪影响大，对波浪运动敏感，稳定性差些，对钻井作业不利，工作效率较低，只适宜在海况比较平稳的海区进行钻井作业；甲板使用面积小；动力定位钻井船造价较高。

由于钻井船具有自航能力，机动灵活，能够在深水中钻井，尤其是钻探工作将向更深的海区发展，因而钻井船仍是海上移动式钻井装置中不可缺少的类型。

5，张力腿式钻井平台是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。

张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的，但与——般半潜式平台不同。

其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。

用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等，不是一般容易起放的抓锚。

张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。

张力腿式平台自1954年提出设想以来，迄今已有40年的历史。

作用于张力腿式钻井平台上的各种力并不是稳定不变的。

在重力方面会因载荷与压载水的改变而变化；浮力方面会因波浪峰谷的变化而增减；扰动力方面因风浪的扰动会在垂向与水平方向产生周期变化，所以张力腿的设计，必须周密考虑不同的载荷与海况。

对于平台的水下构件，不论垂向或水平的，都会因波浪的波峰与波谷的作用而产生影响，因此如何选取水下构件的形状与尺度，使波浪扰动力的作用为最小，减小平台在波浪中的运动以及锚索上的周期性载荷，是张力腿式平台的研究课题之一。

一般张力腿式平台的重心高、浮心低，非锚泊情况时要求初稳性高为正值，为此要求稳心半径大或水线面的惯性矩大，这样在乎台发生严重事故时，仍能正浮于水面。

要求达到此目的，就要把立柱设计得较粗，这样必然会使平台在波浪中的运动响应较大。

也有一种把立柱设计得很细，虽然初稳性高可能出现负值，但在锚索拉力的作用下也是稳定的。

这种平台在波浪中的运动响应较小，造价也可能低些，不过安全性差些。

6，牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔，该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。

在平台上可进行通常的钻井与生产作业。

原油一般是通过管线运输，在深水中可用近海装油设施进行输送。

埃克逊技术公司曾为欧洲北海350m水深的环境设计牵索塔，该塔具有面积为36．5m2的四方形剖面的塔式结构，整个长度的剖面都一样，其一端承载平台设备，另一端停放在称为桩腿筒的竖向承载基础上，有16根桩腿，另有10．8cm的钢缆24根作为导引索系统，每根钢缆通过旋转接头直到海底，分别与165t重的水泥块和1．4m长的桩连接拉紧。

桩的分布半径约有1000m，油井导管穿过桩腿筒，整个系统可容纳30个油井导管。

塔是顺应式的，能随波浪力的响应稍微移动，其系泊系统能对塔提供足够的复原力，使它始终保持垂直状态。

设计时允许塔的倾斜度在2度以内。

牵索塔式平台在波浪载荷作用下的动态响应数值分析指出，其桩基处的弯矩比塔的其它部分要小得多，整个系统上的水平力也主要由系缆系统承受。

从其恢复力与塔的偏离平衡位置的关系曲线可以看出，当塔的偏离增大到一定程度时，系在牵索上原来固定在缆索上而沉于海底的重块被提起离开海底，从而使索内的张力增加变得缓慢，亦即比重块未被提起时吸收更多的能量。