海上钻井装置

钻井平台各系统简介不知道从什么时候起，石油的价格节节攀升。

能源越来越紧张的今天，很多国家把目光从陆地转向了海洋。

自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后，海洋工程有了长足的发展。

在几十米甚至上3~4000米深的海底钻一口井并不是一件容易的事，因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。

经常要承受巨浪和暴风的袭击。

而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。

才能把一根根长长的钻杆钻进海底。

钻井平台从近海到深海，主要可以分为座底式，自升式，半潜式、钻井船等。

座底式是指，平台的结构直接座在海床上，几乎和陆上钻井没多大区别。

所以它们的可钻探深度很有限。

只能在几十米的水深的浅海区域作业。

自升式，又叫jack-up。

顾名思义，这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。

它典型的特征就式3-4条腿。

高高的绗架结构。

上面安装又齿条。

平台本体安装有齿轮。

它们一起啮合，传动。

在到达钻井区域的时候，腿就慢慢的伸到海床上。

平台就靠这几条腿站在海里了。

因为考虑到拖航的稳性，腿不能太长。

所以这种平台一般在120~150米水深的近海区作业。

半潜式，最新的已经到了第6代了。

这种平台综合了钻井船和坐底式驳船的优点，是漂浮在海面上的。

这样的话，它们就可以在更深的水域工作了；船体灌放水，可以调节吃水深度，保持船体稳定。

塔的下部是相当容积的浮筒，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的钻井装备和必要的生活设施。

整个平台靠浮筒浮在水面。

它们带有2~3级动态定位系统，海底声纳定位系统，卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。

它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。

钻井船，钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式(船式)钻井装置。

较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。

目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型。

钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比较差。

钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。

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。

随着人类对油气资源开发利用的深化，油气勘探开发从陆地转入海洋。

因此，钻井工程作业也必须在浩瀚的海洋中进行。

在海上进行油气钻井施工时，几百吨重的钻机要有足够的支撑和放置的空间，同时还要有钻井人员生活居住的地方，海上石油钻井平台就担负起了这一重任。

由于海上气候的多变、海上风浪和海底暗流的破坏，海上钻井装置的稳定性和安全性更显重要。

目前的海上石油钻井平台可分为固定式和移动式两种。

固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。

支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。

为解决平台的移动性和深海钻井问题，又出现了多种移动式钻井平台，主要包括：坐底式钻井平台、自升式钻井平台、钻井浮船和半潜式钻井平台。

坐底式钻井平台又称沉浮式或沉底式钻井平台，其上部和固定式钻井平台类似，其下部则是由若干个浮筒或浮箱组成的桁架结构，充水后，使钻井平台下沉坐于海底并处于工作状态，排水后，使钻井平台上浮可进行拖航和移位。

坐底式钻井平台多用于水浅、浪小、海底较平坦的海区。

自升式钻井平台是有多个（一般为3～4个）桩腿插入海底，并可自行升降的移动式钻井平台。

自升式钻井平台基本由两部分组成，一部分是可以安放钻井设备、器材和生活区的平台，另一部分是可升降并可插入海底的桩腿。

我国自行制造的自升式钻井平台“渤海一号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的高度有七十多米，升降装置是插销式液压控制机构。

该型钻井平台造价较低、运移性好、对海底地形的适应性强，因而，我国海上钻井多使用自升式钻井平台。

钻井平台桩腿的高度总是有限的，为解决在深海区的钻井问题，又出现了漂浮在海面上的钻井船。

钻井船的排水量从几千吨到几万吨不等，它既有普通船舶的船型和自航能力，又可漂浮在海面上进行石油钻井。

由于钻井船经常处于漂浮状态，当遇到海上的风、浪、潮时，必然会发生倾斜、摇摆、平移和升降现象，因此钻井船的稳定性是一个非常关键的问题。

海洋钻井平台简介海洋钻井平台（drilling platform）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。

第四章海洋钻井设备概述陆上钻井时，钻机等设备都安装在地面上的底座上；在海上钻井时，不可能将钻井设备安放在海里，因此就需要一个安放钻井设备等的场所，这个场所就是海洋钻井平台。

§4-1海上钻井平台的类型与性能一、海上钻井平台的分类（一）按运移性可分为两类：1、固定式钻井平台2、移动式钻井平台（坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井船、步行式、气垫式）（二）按钻井方式分可分为：1、浮动式（浮式）钻井用的平台：半潜式、浮船、张力腿式2、稳定式（稳式）钻井用的平台：固定、自升、坐底二、海上钻井平台的结构及特点1、固定式钻井平台它是从海底架起的一个高出水面的构筑物，上面铺设平台，用以放置钻井机械设备，提供钻井作业场所及工作人员生活场所。

（1）结构组成：a、导管架这是整个平台的支撑部分，是用钢管焊接而成的一个空间钢架结构。

它的制造工艺复杂，就拿两管相交处的相贯线的加工来说，一般的切割工艺都不能满足要求，必须用数控切割机床进行加工，这就需要先求出相贯线方程，输入机床的控制台，方可进行切割。

再如管节点的焊接，必须采用手工电弧焊，多层多道焊接，焊完后需进行超声波无损探伤，如发现夹渣或焊不透，必须刨掉重焊，一次返工后仍不合格，则这个管节点就得报废。

也许有人认为这样的要求太苛刻了，但这并不过分。

因为导管架大部分浸于海水中，受到海洋环境载荷的作用，很容易产生腐蚀疲劳破坏，管节点是导管架的薄弱点，这个课题在世界范围内，已进行了多年研究。

86年国家经委组织了国内一些科研机构对这个问题进行了研究，我室也有幸参与了这一科研工作，做了大量的实验研究，到目前为止，这个问题还没彻底解决。

1）管节点导管架的薄弱环节是管节点，管节点的类型有许多种，如下图所示。

由两根正交的管子构成的管节点叫做T型管节点。

如撑杆与主管以锐角相交，该连接称为Y型节点。

如果两根撑杆都在弦管的一侧，即每根撑杆的中心线与弦管的轴线形成锐角，该连接称为K 型节点。

国外海洋石油工程装置从1887年H．L．威廉斯在加利福尼亚州海边完成了第一口井，拉开世界近海石油工业的序幕起，至今已经历了整整一个世纪，已研制了多种多样的海洋石油工程装置以及特种工程船舶(地球物理勘探船、供应船、拖船、起重船、打捞救助船、特种工程船、海底电缆布设船、铺管船及深潜器母船等)。

国外海洋石油工程装置大致是由10～25m水深的驳船式、坐底式钻井平台，发展到自升式、顺应式桩塔(CPT)、张力腿平台(TLP)、半潜式平台(SemlSubmersmle Platform简称Semi—FPS)、浮式生产储油装置(Folating Production Storage and Offloading简称FPSC))、张力腿平台、竖筒式平台(SPAR)、水下井口和柔性立管生产系统(SPS)等的过程，水深已达2 500m以上。

其中，半潜式平台、张力腿平台和SPAR平台，由于抗风浪能力强，甲板面和装载量较大，特别是离岸越远、水深越大，越显示其优越性。

至2004年底，国外已建成约25座世界上最先进的第五代半潜式钻井平台，钻井的最大水深已超过3 000m。

张力腿平台、SPAR平台在国外已广泛应用于深海油气田开发。

各种产品已逐渐形成系列，如半潜式平台的“BINGO"系列、“GVA”系列等，张力腿平台的“Seastar”系列、自升式平台的“JU2000”系列(美国Friede&G0ldman公司)和“CJ50”系列(荷兰GUSTOMSC公司)等。

值得指出的是：海洋石油工程装置中FPSO是十分引人注目的，尽管它的开发历史较短，数量也较少，但这种外型类似油船的海洋工程装置在甲板上密布了各种生产设备和管路，并与井口平台的管、线连接，并设有特殊的系泊系统、火炬塔等复杂设备，整船技术复杂，价格远远高出同吨位油船。

它具有强的抗风浪能力、投资也低、见效快、可以转移重复使用等优点外，它的储油能力大，并可以将采集的油气进行油水气分离，处理含油污水、发电、供热、原油产品的储存和外输，被誉为“海上加工厂”，已成为当今海上石油开发的主流方式。