深水钻井装备

深水半潜式钻井平台防台措施探讨李阳;张威;谢彬【摘要】中国南海台风频发,给海洋油气资源安全高效的开发带来了一定的挑战。

随着近海石油资源的日益减少,未来海洋石油开发将逐渐聚焦深水区。

深水半潜式钻井平台是南海深远海重要的钻井装备。

因中国南海台风强度大且其产生经常出人预料,在某些平台无法紧急撤台的情况下,如何有效避台或减小台风对平台造成的损失是工程设计人员必须面对的问题。

以某座深水半潜式钻井平台为研究对象,详细分析了深水半潜式钻井平台避台原则及防台措施,并讨论了调整平台艏向对减小平台整体受力的影响。

采用三维势流理论和时域耦合分析方法计算平台在不同吃水下的总体性能,分析对平台系泊张力及运动性能的影响,探讨通过改变平台吃水而降低系泊系统的受载,从而避免系泊系统破坏的可行性,最终得到可指导平台操作的结论。

【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】9页(P396-404)【关键词】深水半潜式钻井平台;台风;系泊系统;防台【作者】李阳;张威;谢彬【作者单位】中海油研究总院【正文语种】中文【中图分类】TE951台风①是产生于热带洋面上的一种强烈的热带气旋，其经过时常伴随着大风和暴雨。

2004—2005年，墨西哥湾先后经历了3次罕见的4级以上飓风②：Ivan，Katrina和Rita，造成了大量的海洋平台、管线等生产设施的损坏，历时6个月90%的油田才恢复到灾前的生产水平，给墨西哥湾的海洋石油工业带来了巨大的经济损失。

南海属于台风频发的海域，据不完全统计，2006—2008年间，影响南海地区的12～13级台风③和热带气旋不少于30个。

近年来频发的台风等灾害性气候已给海上油气的开发带来了严重的影响。

进入21世纪，世界范围内的气候复杂多变，常常超出人们之前的认识。

南海台风突发性强，强度较大，路径变化多端，而我国对于南海的海洋环境监测和认识还有待加强。

确保海上生产设施安全高效的作业和海上人员的人身安全是我们必须面对的问题。

深海半潜式钻井平台钻井系统选型探讨摘要：半潜式钻井辅助平台，由浮箱、立柱和甲板箱组成。

海上移动式钻井平台稳性规范要求不同于普通船舶，因其长宽比较小，需要计算横向、纵向稳性，故通过采用固定转轴法和自由扭曲法计算半潜式钻井辅助平台的稳性。

同时，通过建立稳性模型和风力模型，考虑来自任何方向作用于平台的风力，计算各种复杂的工况。

关键词：深海半潜式；钻井平台；钻井系统；选型引言在造船技术高速发展的时代，只有与时俱进地学习使用先进的设计工具，才能高效率完成超负荷的设计工作，降低劳动强度、提高设计精度、提高设计水平。

通过学习使用napa软件建模计算，研究海工平台稳性规范要求和装载工况，也是船厂转型升级，提升核心竞争力，承接高附加值船舶订单的重大举措。

1.钻井系统设计流程以超深水钻井作业需求为目标，进行钻井系统中钻井模块、循环系统、固控系统等的关键参数匹配计算，完成钻井系统的配置选型，建立模块化动力系统、循环系统、固控系统等的性能和结构参数配置数据库。

结合超深水钻井隔水管在各工况下的力学行为分析，为钻井系统设备的选型、设计和操作提供理论依据。

以功能区模块规划、作业成本规划和降低平台质心等为优化策略，进行钻井系统的设备布置计算，完成钻井系统的布局设计。

开展钻井系统与钻井平台的接口体系分析研究，综合分析钻井系统与钻井平台或钻井船之间的人机接口、机电动力接口、智能接口、气液接口等，进行钻井系统电力模块、液压模块等的匹配分析和控制信道需求设计。

确定不同作业工况下各设备匹配时的电力、液压及控制信号等需求量，进行钻井系统输入接口与钻井平台输出接口的关联性分析，研究相互间的接口关系。

开展钻井系统输入接口与钻井平台输出接口的功能设计，包括动力接口、人机接口、气液接口等，研究通信接口协议与标准。

2设计、生产难点及关键技术2.1总体建造方案制定深水半潜式钻井平台的建造方案时，首先要进行结构的分段/总段划分。

分段划分图是平台建造的指导性文件，分段划分的有效合理直接影响到平台建造周期。

我国深水石油钻采装备现状及发展建议近几年来，我国海洋石油总公司在海洋油气勘探开发方面取得了突出成就。

但随着老油田产能的快速递减，重质稠油油田、边际油田的份额增加等情形的加剧，“向海洋深水领域进军，向深水技术挑战”已愈发迫切。

现阶段，深水油藏的勘探开发已成为世界跨国石油公司的投资热点，而中海油也将深水勘探作为未来主攻方向之一。

标签：深水;钻采装备;钻井平台深水石油钻探设备定位进行了初步探索，提出了深度开发计划，并建立一个多元化和多渠道投資体系，一系列深水钻井技术交流和技术储备，发展具有自主知识产权的深水钻井设备和优先级实现本地化的大型设备配件等等很多建议。

一、我国深水石油钻采装备现状1.初级发展阶段。

这一阶段具有代表性的装备是研制成功我国第1艘半潜式钻井平台———勘探3号半潜式钻井平台。

该半潜式钻井平台填补了多项国内空白，是我国造船工业的一个重要突破。

它是我国自行设计和建造的第1艘半潜式钻井平台，性能优良，设备先进，安全可靠，达到当时国际上同类型钻井平台的水平。

建成后立即投入到东海油气田的勘探工作中，陆续发现了平湖等许多高产油气井，并曾创出当时我国海上钻井深度达5000 m的纪录，为我国东海油气田的开发做出了重大贡献。

2.持续发展阶段，这一阶段我国成功设计与建造的渤海友谊号浮式生产储油船技术先进，它对世界FPSO技术的贡献在于首次将FPSO用于有冰的海域。

渤海友谊号机动灵活，已成功地用于渤海3个油田的开发。

该船是获得奖项最多、最高的项目，也是我国海洋工程具有标志性的项目。

紧随其后的伊朗戴维尔（Iran Daiver）号是我国为伊朗国家油轮公司设计建造的30万t超大型油船（VLCC），它是我国首制的超大型油船。

该船与国际上常规型VLCC相比，具有突出的优越性，即航速高、结构疲劳寿命长、自动化程度高，全船的振动达到了DNV关于客船舒适等级的最高要求。

3.有所突破阶段，将由上海外高桥造船有限公司承建的中国海油深水半潜式钻井平台是国家中长期科技发展规划及国家863高科技发展规划的重点项目，并作为拥有自主知识产权的重大装备项目纳入国家重大科技专项。

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。

人民网上海5月23日电（记者王静）今天，我国海洋工程装备制造业标志性工程、国家科技重大专项标志性装备之一的3000米深水半潜式钻井平台“海洋石油981”在上海举行成果汇报会暨命名仪式，这标志着由中国海洋石油总公司和中船集团共同携手打造的当今世界上最先进的第六代深水半潜式钻井平台即将投入使用。

“海洋石油981”是我国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台，最大作业水深3000米，钻井深度可达12000米，平台自重超过3万吨；从船底到钻井架顶高度为136米，相当于45层楼高。

“海洋石油981”的建成，填补了我国在深水钻井大型装备上的空白，使我国深水油气资源的勘探开发能力和大型海洋装备建造水平跨入世界先进行列。

“海洋石油981”由中国海油全额投资60亿元建造，它整合了全球一流的设计理念和一流的装备，是世界上首次按照南海恶劣海况设计，能抵御200年一遇的台风；选用DP3动力定位系统，1500米水深内锚泊定位。

中国海油拥有该船型自主知识产权，详细设计由中国船舶集团708所完成，中船集团上海外高桥造船有限公司承建，2008年4月28日开工建造。

该平台入级CCS（中国船级社）和ABS（美国船级社）双船籍。

长期以来，受技术水平和装备能力所限，我国海洋石油开发只能在500米水深以内的近海进行。

“十一五”期间，中国海油大力推动深水发展战略，斥巨资打造包括深水半潜式钻井平台、深水铺管起重船在内的一批大型深水工程装备，对于加速进军深海海洋工程装备开发、提升深水作业能力、实现国家能源战略、维护国家权益等都具有重要的战略意义。

深水半潜式钻井平台“海洋石油981”的命名和建成，标志着我国在海洋工程装备领域已经具备了自主研发能力和国际竞争能力。

相关链接“海洋石油981”的6个世界首次1、首次采用200年一遇的风浪参数加上南海内波作为设计条件，大大提高了平台抵御灾害能力。

2、首次采用3000米水深范围DPS3动力定位、1500米水深范围锚泊定位的组合定位系统，这是优化的节能模式。

钻井的八大件：天车，大钩、游车、井架、泥浆泵、水龙头、绞车、转盘钻井作业的八大系统（起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。

在正常钻进时，通过吊环、吊卡等工具实现钻具的提升，下放时，钻具或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。

在正常钻进时，通过刹车机构控制钻具的送进速度，将钻具重量的一部分作为钻压施加到钻头上实现破碎岩层。

旋转系统是转盘钻机的典型系统，其作用是驱动钻具旋转以破碎岩层，旋转系统包括转盘、水龙头、钻具。

在钻井现场我们观察到的钻具包括：方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，此外还有扶正器以及配合接头等。

其中钻头是直接破碎岩石的工具，有刮刀钻头，牙轮钻头、金刚石钻头等类型。

钻铤的重量和壁厚都很大，用来向钻头施加钻压，的泥浆经各级泥浆净化设备，除去固相含量，然后重复使用。

动力设备。

钻机的动力设备有柴油机、交流电机、直流电机，我们在钻井现场观察到的是柴油机动力。

起升系统、循环系统和旋转系统是钻机的三大工作机组，用来提供动力，它们协调工作即可完成钻井作业，为了向这些工作机组提供动力，钻机需要配备动力设备。

柴油机适应于在没有电网的偏远地区打井，交流电机依赖于工业电网或者是需要柴油机发出交流电，直流电机需要柴油机带动直流发电机发出直流电，目前更常用的情况是柴油机带动交流发电机发出交流电，再经可控硅整流，将交流电变成直流电。

传动系统。

传动系统将动力设备提供的力和运动进行变换，然后供钻井操作场所。

井架用来安装天车、悬挂游车、大钩、水龙头和钻具，承受钻井工作载荷，排放立根；底座用来安装动力机组、绞车、转盘、支撑井架，借助转盘悬持钻具，提供转盘和地面之间的高度空间，以安装必要的防喷器和便于泥浆循环。

辅助设备。

为了保证钻井的安全和正常进行，钻机还包括其他的辅助设备，如防止井喷的防喷器组，为钻井提供照明和辅助用电的发电机组，提供压缩空气的空气压缩设备以及供水、供油设备等。

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。

钻井的八大件：天车，大钩、游车、井架、泥浆泵、水龙头、绞车、转盘钻井作业的八大系统（起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统循环系统包括钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等，其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括震动筛、除砂器、除泥器、离心机等。

钻井泵将泥浆从泥浆罐中吸入，经钻井泵加压后的泥浆，经过高压管汇、立管、水龙带，进入水龙头，通过空心的钻具下到井底，从钻头的水眼喷出，经井眼和钻具之间的环行空间携带岩屑返回地面，从井底返回的泥浆经各级泥浆净化循环系统。

循环系统包括钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等，其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括震动筛、除砂器、除泥器、离心机等。

钻井泵将泥浆从泥浆罐中吸入，经钻井泵加压后的泥浆，经过高压管汇、立管、水龙带，进入水龙头，通过空心的钻具下到井底，从钻头的水眼喷出，经井眼和钻具之间的环行空间携带岩屑返回地面，从井底返回的泥浆经各级泥浆净化设备，除去固相含量，然后重复使用。

动力设备。

钻机的动力设备有柴油机、交流电机、直流电机，我们在钻井现场观察到的是柴油机动力。

起升系统、循环系统和旋转系统是钻机的三大工作机组，用来提供动力，它们协调工作即可完成钻井作业，为了向这些工作机组提供动力，钻机需要配备动力设备。

柴油机适应于在没有电网的偏远地区打井，交流电机依赖于工业电网或者是需要柴油机发出交流电，直流电机需要柴油机带动直流发电机发出直流电，目前更常用的情况是柴油机带动交流发电机发出交流电，再经可控硅整流，将交流电变成直流电。

传动系统。

传动系统将动力设备提供的力和运动进行变换，然后传递和分配给各工作机组，以满足各工作机组对动力的不同需求。

传动系统一般包括减速机构、变速机构、正倒车机构等。

由柴油机直接驱动的钻井多采用统一驱动的形式，6．水龙头16．指重表26．节流管汇36．储水罐7．吊卡17．司钻控制台27．泥浆-天然气分离器37．发电机8．方钻杆18．井场值班室28．脱气装置38．防喷器组9．方钻杆补心19．水龙带29．泥浆储备池10．方补心20．蓄能装置30．泥浆池1.钻井上所说的一开，二开，三开是什么意思？怎么区分？（1）第一次开钻（一开）：1.钻表层，下表层套管，固井；2.装井口；3.试压；4.防喷设备的安装。