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华宝海工知识科普:海洋钻井平台的分类
浏览次数:113        日期:2019-04-10

海洋钻井平台(drillingplatform)是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备,以及安全救生和人员生活设施,是海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。其中按结构又可分为:

(1)移动式平台:坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台

(2)固定式平台:导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台

坐底式钻井平台

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,通过尾郡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。这种钻井装置在到达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。然而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,对于开发这类浅海区域的石油资源,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。图为胜利二号坐底式钻井平台。

自升式钻井平台由平台

自升式钻井平台又称甲板升降式或桩腿式平台。这种石油钻井装置在浮在水面的平台上装载钻井机械、动力、器材、居住设备以及若干可升降的桩腿,钻井时桩腿着底,平台则沿桩腿升离海面一定高度;移位时平台降至水面,桩腿升起,平台就像驳船,可由拖轮把它拖移到新的井位。自升式平台的优点主要是所需钢材少、造价低,在各种海况下都能平稳地进行钻井作业;缺点是桩腿长度有限,使它的工作水深受到限制,最大的工作水深约在120m左右。超过此水深,桩腿重量增加很快,同时拖航时桩腿升得很高,对平台稳性和桩腿强度都不利。

自升式平台有自航、助航和非自航之分,但大多数为非自航。平台形状有三角形平台(三根桩腿)、矩形平台(一般为四根桩腿)和五角形平台(五根桩腿)等。为了在较深水域和环境恶劣的海况下工作时减少平台所受的力,最佳的自升式平台应是单桩腿平台。欧洲北海使用的自升式平台大都是此种单桩腿的自升式平台。

新加坡伯利恒公司为我国建造的“渤海6号”自升式钻井平台,长50.6m,宽51.8m,高3m,有三根桩腿,直径均为3.6m,可容纳船员93人。生活舱和工作舱可适用于冬季作业。

钻井船

钻井船是浮船式钻井平台,它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力,分为自航式、非自航式;按船型分,有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井;按定位分,有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面,易受波浪影口向,但是它可以用现有的船只进行改装,因而能以最快的速度投入使用。

半潜式钻井平台

半潜式钻井平台(SEMI)由坐底式平台发展而来,上部为工作甲板,下部为两个下船体,用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度,水线面积小,波浪影响小,稳定性好、自持力强、工作水深大,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后,工作水深可达900-1200米。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。

张力腿式钻井平台

张力腿式钻井平台(TLP)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。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。自1954年提出设想以来,迄今已有55年的历史。

牵索塔式钻井平台

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。这样在遇到大幅值长周期的风暴波时,系统变软,更大的顺应性出现。由于这些优点,牵索塔式平台比导管架式平台、重力式平台更适合于深水海域作业,它的应用范围在200m~650m。

导管架式平台

固定平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等。钢质导管架式平台使用水深一般小于300米,通过打桩的方法固定于海底,它是目前海上油田使用广泛的一种平台。自1947年第一次被用在墨西哥湾6米水域以来,发展十分迅速,到1978年,其工作水深达到312米,目前世界上大于300米水深的导管架平台有7座。

混凝土重力式平台

混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础(沉箱),用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构,在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱,这种平台的重量可达数十万吨,正是依靠自身的巨大重量,平台直接置于海底。现在已有大约20座混凝土重力式平台用于北海。不过由于混凝土平台自重很大,对地基要求很高,使用受到限制。图中八角形处为直升机起降平台。

固定平台的钻井模块既可以放到固定平台上,也可以采用移动式平台,但是上部模块价格比较贵,一套要好几亿美元以上,所以一般都可以移植到移动式上面,一般是打一枪换一个地方。

FPSO

FPSO是英文FloatingProductionStorage&Offloading的缩写,中文翻译“浮式生产储存卸货装置”。它集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体。同时它还具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。FPSO俨然一座“海上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的原油或天然气,成品原油储存在货油舱,到一定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。FPSO系统----作为海上油气生产设施,FPSO系统主要由系泊系统、载体系统、生产工艺系统及外输系统组成,涵盖了数十个子系统。FPSO(浮式生产储油船)、TLP(张力腿平台)、SPAR是最主要的采油设备,其中,TLP和SPAR主要位于美国墨西哥湾,其余国家现在主要是FPSO。

目前我国正在设计、建造的超深水钻井平台(船)主要有:

一、由708所与上海外高桥造船厂设计、建造3000米工作水深的半潜式钻井平台。

二、中国船舶重工集团公司大连造船新厂建造了BG9000型4艘超深水半潜式钻井平台。

三、由中国与韩国合资的江苏韩通船舶重工有限公司承担建造、舍凡钻井公司(SevanDrilling)拥有的“舍凡钻工(SevanDriller)”号半潜式平台,工作水深达当前创世界纪录的12500英尺(3810米);中部具有双井架的、钻深能力亦达当前创世界纪录的40000英尺(12200米)超深井钻机;是世界第一艘SSP(即舍凡稳定性(减摇)钻井平台)。

四、由上海船厂与美国Frontter公司签订于2007年3季末以后开始建造4-5万吨动力定位深水钻井船。

以上均是我国垮入超深水钻井平台建造的重要标志,目前我国在建造平台、船体吨位总量方面仅次于韩国而居世界第2位,但在自行设计建造用于平台、船上的主机、特别是浮式钻井专用设备方面几乎还是空白,这需要国内海洋装备企业瞄准世界顶尖水平继续努力。

南海二号半潜式海洋钻井平台,该平台长108米、宽67米、高104米,最大排水量近20000吨,可在水深300米海域作业,最大钻深7600米。

渤海渤西岐口18-1平台

东海春晓油气田平台

国产巨型海上储油平台通过苏通大桥

2008年4月,世界第六代3000米深水半潜式钻井平台在外高桥切割点火

2009年4月20日,世界第六代3000米深水半潜式钻井平台,在上海外高桥造船有限公司顺利下坞,进入关键的搭载总装阶段。


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