海洋石油钻采装备与结构 第八章 钻井船

各类海洋油井平台概述海洋石油钻采设备是海上油气田钻井与采油所用的工具和装备，它的种类繁多包罗万象，但归纳起来大体可以分为四类：1．海洋石油钻井平台；2.海洋石油采油平台；3.水上钻井机械设备；4.水下钻井机械设备。

本文主要介绍前两类，即：海洋石油钻井平台及海洋石油采油平台。

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（SEMI）、张力腿式平台(TLP)、牵索塔式平台、浮式生产处理系统（FPSO）、筒状平台（SPAR）。

（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。

移动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30米以下的浅水域。

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。

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。

自升式钻井平台自升式钻井平台被设计成为驳船的模样，具有可以升降的可延伸到海底的桩腿。

虽然有些设计能使其在海深500英尺（152米）的海域工作，但通常用于海深400英尺（122米）的地方，适合于近海。

其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目的地。

到达钻井目的地后，工作时桩腿下放插入海底，平台及平台上所有的钻井设备及其他器械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。

海洋石油钻采工艺及设备第一节概述地球上广大而连续的咸水水体称为海洋。

它既是陆地水的主要供给源，又是陆地水的汇聚场所。

根据海洋形态、水文和物理性质的不同，可以讲海洋分为海和洋两部分。

海是海洋的边缘部分，深度较浅，一般在2000m以内，约占海洋总面积的11%。

根据被大陆孤立的程度和周围环境不同，海可分为地中海、边缘海和内海。

地中海又称陆间海，是指位于几个大陆间的海，如南、北美洲间的加勒比海等。

边缘海是指位于大路边缘，一面以大陆为界，另一面以岛屿等与大洋分开的海，如我国的黄海、东海和南海等。

内海是指深入陆地内部，海水水文特征受陆地影响显著的海，如我国的渤海。

位于北大西洋中心的马尾藻海是世界上唯一没有大陆海岸的海，因而成为独特的海中之海。

根据国际水道测量局公布的资料，世界上的海共有54个。

我国主要有渤海、东海和南海等。

洋是海洋的中心部分，深度一般在2000m以上，约占海洋总面积的89%。

世界上有四大海洋：太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。

地球的表面积约为5.1亿km2,海洋的表面积约为3.61亿km2，约占地球表面的71%。

海底是地球表面的一部分。

人们通过地震波及重力测量了解到海底地壳的结构。

海洋地壳主要是玄武岩层，厚约5km，而大陆地壳主要是花岗岩层，平均厚度33km。

大洋底始终都在更新和成长，每年扩张新生的洋底大约有6cm左右。

海底与陆地一样，也有高山、深沟、丘陵和平原。

根据外部形态的不同，海底可分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三部分。

一、大陆边缘大陆边缘分为三部分：大陆架、大陆坡、大陆隆。

1.大陆架大陆架一般是指水深为0～200m的台地。

大陆架是大陆的自然延伸，坡度一般较小，起伏也不大。

世界大陆架总面积约为2700多万km2,平均宽度约为75km，占海洋总面积的8%。

大陆架浅海靠近人类的居住地，与人类关系最为密切，大约90%的渔业资源来自大陆架浅海。

人类自古以来在这里捕鱼、捉蟹、赶海，享“鱼盐之利，舟楫之便”。

海洋环境与钻采工程第八章海上钻井装置1.海上钻井平台应满足下面三个条件适应海洋钻井区域环境且安全成本较低满足钻井、采油、测试等各项作业的要求2.海上钻井平台的分类固定式与移动式平台比较情况优点：稳定性好海面气象条件对钻井工作影响小如有工业性油气，可很快转换成采油平台缺点：不能够移动和重复使用造价较高，其成本随水深增加而急剧增加第一节导管架桩基平台一.结构组成导管架：导管架的作用支承上部结构作为打桩定位和导向的工具将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩上可安装系靠船的设备可作为安装上部结构时的临时工作平台桩：用于承受平台的垂直重量及水平环境推力支承桩磨擦桩上部结构：由承受作业机械（机器）和其它载荷的各类桁架及平台甲板组成。

上层平台：用作安放井架、绞车、钻具堆放场地及宿舍等35下层平台：安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、固井设备、仓库等二.导管架的运送、就位及安装提升法：水深30M以内滑入法+起重机：水深30--70M（如右图）滑入法+控制压载机：水深70--120M浮运法：水深120M以上打桩：少则四根，多则十多根，打入深度少则50M，多则几百米1、铺设平台上部结构整体铺设分块铺设2、井架的移位第二节其它固定式平台重力式平台张力（腿）式平台绷绳塔架式平台1562476238269一、重力式平台七十年代初出现，它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底分为混凝土重力式平台和钢质重力式平台1、混凝土重力式平台：重力式平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成沉垫有多种形式：圆形、六角形、正方形立柱有：三腿、四腿、独腿等几种甲板有钢质和混凝土两种康迪普型平台（1973年出现）塞尔默型平台与导管架平台相比，具有以下优缺点优：不需打桩36具有相当的贮油能力节省钢材，防火、防腐性较好，维修费用低，寿命长缺：对地质条件要求高出现缺陷后修复较困难2、钢质重力式平台1971年意大利首造，水深90米，称洛安高平台整个平台由沉箱、支承框架、甲板三部分组成，沉箱可作贮油罐优：重量比混凝土轻预制过程中对水域要求不高拖船马力小对地基承载力要求不高缺：贮油量小用钢多，易腐蚀世界最大的钢质重力世界最大的钢质重力式平台英国北海莫林（Maureen)油田的一个平台，水深98M，平台结构钢重4万吨，造价3.2亿美元；固体压舱物重5.1万吨，甲板、组块和设备重16200吨，钻井导管重490吨，平台储油能力为65万吨，平台建造时间36个月，于83年夏安装就位3、张力（腿）式平台TLP(TenionLegPlatform)英国北海赫顿（Hutton）油田首次于生产中使用此平台，1983年安装，84年投产张力式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索及系缆桩组成，它是今后深水用主要平台优点：受力合理、用钢少、成本低、适用于深水、对海洋环境适应性大4、绷绳塔架式平台研究证明：绷绳塔架式平台最经济的工作水深范围在240~480米之间与钢质桩基相比，优点如下节省钢材（成本低）井口装置可设置于水面上第三节移动式钻井平台1949年出现第一台移动式钻井装置“环球钻机40”，它是一台座底式钻井平台1953年出现第一台自升式钻井平台1953年出现了浮式钻井船1961年出现了半潜式钻井平台37一、移动式钻井平台分类座底式钻井平台自升式钻井平台半潜式钻井平台浮式钻井平台1、座底式钻井平台结构组成沉垫浮箱工作平台中间支撑优缺点优点：钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响完井后移动灵活缺点：工作高度恒定，不能调节对海底地基要求高工作水深较浅“胜利2号”座底式钻井平台简介它由上海交通大学和胜利油田钻采设计研究院联合设计的世界上第一座极浅海步行式石油钻井平台，于88年9月19日在青岛北海船厂下水。

前言海上石油平台海上平台按使用功能分类，可划分为：海上钻探、海上油和气开采、海上油和气集输和海上服务四类。

（一）海上钻探钻探平台主要用来安装钻探设备，进行钻探活动，故必须有相应的甲板面积和载重量。

这类平台在钻探工作时尽可能减少其位移，以限制平台的钻探设备（如钻管等）的受力和变形，保证正常的钻探工作。

根据操作情况，这种位移在垂向应不大于±1.5m，水平方向应不大于水深的6%，平台的纵横倾角应不大于3度。

因为一口油井约需钻1～4个月，所以这类平台，在早期油田开发中，以移动式较为有利，可以便于经常迁移。

这类平台有半潜式、自升式和船舶式等。

但在大规模油田的开发中，也有用固定式平台作为多井钻井平台，随之作为开采平台使用的。

（二）海上油气开采平台开采平台主要用来开采油、气和对油、气进行初步处理（如油气、油水分离）的，它必须成为多口生产井和油气处理设施的基础。

故必须有相应的甲板面积和载重量，但对位移限制则没有钻探平台那么严格。

由于这类平台固定在一个定位点的使用时间较长，一般多使用固定式的，如导管架平台或重力式平台，在浅水区，固定式平台也较经济。

但在深水区，或在早期生产中，则以使用移动式平台较为经济。

（三）海上油、气集输平台开采平台生产的油、气，可以自己储存一部分，大量的则需另用储油平台贮存，并由此平台通过固定的管线或穿梭油轮向陆上输送。

这在同一地区同时有若干个开采平台时显得尤其必要。

从安全的观点看，开采平台和贮存平台分开更有好处。

（四）海上服务平台海上服务可包括多方面的内容，如海上居住平台，海上起重平台，以及打桩、铺管作业等。

工作人员长期生活在海上，条件恶劣，工作紧张，故居住条件应能保证船员的充分休息，例如能保证摇晃小，振动小，振动频率低等，还应能保证船员的充分安全，对防火，救生等应符合有关规范的要求。

对浅水和多井的作业区，居住平台可用固定式的，但在深水区，则多用半潜式的。

其他如起重、打桩、铺管等作业平台，对海洋环境的运动响应也都有一定的要求必须给予满足。

第八章总图第一节概述海洋石油工程所涉及的总图包含油（气）田设施总体布置和单座平台上部设备设施布置两方面工作。

总体布置是根据油（气）田生产设施数量与使用要求、拟建平台海域的环境条件、施工方法及建造使用平台的经验，解决工艺布置与结构形式相配合的总体问题；设备设施布置是在总体布置的基础上，将油（气）田开发生产所需的上部生产设备设施安全、合理和经济地布置在有限的平台（或浮式生产储油装置）甲板上。

设计时，总图所包含的两方面工作应充分结合考虑，但对于不同的设计阶段，侧重点不同。

基本设计前的各阶段，总体布置为重点；基本设计及以后的各阶段重点考虑设备布置。

本章描述了总图设计和布置的准则与方法，目的是帮助设计工程师完成海上油（气）田开发所需的合理而又安全的总体布置和设备设施布置。

本章适用海上油（气）田开发生产新建和改扩建平台（群）及上部生产设备、设施的布置以及浮式生产储油装置上部生产设备、设施的布置。

第二节总图设计布置主要内容和原则与基础一、主要内容1.总体布置，如平台功能、形式、方位、层高、层数等；2.钻采、集输等工艺设施布置；3.平台动力设施布置；4.救生设备及直升机坪布置；5.靠船设施、起重设备布置；6.供电、供水、供气设施布置；7.废油、废水、废气处理设施布置；8.安全防火及防腐设施布置；9.备品仓库及材料堆场布置；10.对内、外通信联络系统布置；11.办公、居住和生活服务设施面积和HVAC设施布置二、设计布置原则1.总体布置应依据油（气）田（群）开发方案、自然条件以及所在海域已建油（气）田（群）规划统一考虑，进行多方案技术经济比较，选取有利于安全生产、保护环境、减少投资、提高经济效益的优化方案；2.满足安全、防火、消防、人员逃生和救生以及防止污染的需要海上油（气）田生产的原油（天然气）属易燃、易爆、可燃或有毒（如含H2S）物质，潜在着火灾、爆炸、中毒和污染环境（溢漏油、生产/生活污水、固体废弃物等）的危险。

第八章钻井船第一节钻井船简介1 .钻井船的概念钻井船（drilling ship）是深海石油开采工艺过程中最为重要的工具之一。

通常所提到的钻井船是指用于在水上钻井并可以移动的船。

这种船在钻井时漂浮在水上，适于深水作业；采用锚泊系统或动力定位系统，使船锚碇于海底井口上方进行钻井；大多数将井架设在船的中央，以减少船体摇荡对钻井工作的影响；多具有自航能力。

而无自航能力的钻井船又称为“钻井驳”。

2. 钻井船的分类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。

其大致分类如下：1）按其推进能力分:有自航式和非自航式；2）按船型分:有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；3）按定位分:有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。

3. 钻井船的优缺点早期形式为钻井驳船，多用旧船改装，只适用于浅海风浪较小的海域。

现代钻井船多为专门设计，全部钻井和生活设施都在船上，能自航并有向大型化发展的趋势。

其主要优缺点如下：1）优点：移动灵活、适应水深大、自持能力强、载重储藏量大等。

2）缺点：建造成本较大，建造周期长；受风浪影响大、稳定性差、开工率较低等。

从以上缺点中我们可以看出浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影响，可以采取的技术措施有：①设减摇水舱以减轻船的摇摆，但效果不明显；②采用中间锚泊系统。

船中间有一个可转动的大圆筒,筒上安钻机、井架等，筒下用锚链与海底连接，船可围绕圆筒旋转，使之常处于迎风迎浪的位置以减少船的摇摆和位移；③安装一套水下器具，包括柔性接头、伸缩钻杆和升沉补偿装置等，以适应钻井船的摇摆、位移和升沉；④安装动力定位系统，可使船的性能显著提高，在波高7m、流速1.5kn （节）、风速25m/s的海况条件下可以保持固定位置。

动力定位系统由声纳发生器、接收器、电子计算机及纵向、横向螺旋桨组成。

水下井的声纳发生器发出信号，船底的接收器能测出船的偏移方位和数值并输入计算机，计算机自动控制相应的螺旋桨运转发出推力使钻井船复位，不需抛锚。