海上石油钻井平台课件.ppt（73页）

1、一、海上钻井平台的分类一、海上钻井平台的分类 半潜式平台浮式钻井船浮动式平台坐底式平台自升钻井平台底撑式平台移动式绷绳塔式平台张力式平台重力式平台桩基式平台固定式海洋钻井平台二、固定式钻井平台二、固定式钻井平台 固定平台按照自给程度不同，分为：固定平台按照自给程度不同，分为：自容型海洋型钻井平自容型海洋型钻井平台和带辅助船的小型钻井平台两类台和带辅助船的小型钻井平台两类。 ：型体：型体尺寸较大尺寸较大； 能能容纳全部容纳全部钻井设备及一切队、附属设钻井设备及一切队、附属设施，包括各种仓库及生活设施。施，包括各种仓库及生活设施。 因此，需要平台的因此，需要平台的面积大面积大，建设，建设费用高费用

2、高。为了缩减这类平。为了缩减这类平台的面积，多做成双层平台的型式。台的面积，多做成双层平台的型式。 将将部分设备和材料部分设备和材料放在辅放在辅助船上，以减小平台的尺寸。助船上，以减小平台的尺寸。 这种小型平台建筑面积可以达到这种小型平台建筑面积可以达到最小最小限度。一般只将井架、限度。一般只将井架、绞车、动力联动机及其附属设备放在平台上，而其它设施及食绞车、动力联动机及其附属设备放在平台上，而其它设施及食宿等都设置在辅助船上。宿等都设置在辅助船上。 优点：优点：平台的平台的投资少投资少，体积小体积小，便于施工，而且当钻完一，便于施工，而且当钻完一口油井后，辅助船可以口油井后，辅助船可以很快转

3、移很快转移到另一井位，钻井平台可到另一井位，钻井平台可转化转化为采油平台为采油平台使用。使用。 固定式钻井平台的固定式钻井平台的分类分类：桩基式，重力式；张力式和绷绳桩基式，重力式；张力式和绷绳塔式塔式四类。四类。 各平台的各平台的适应水深适应水深：重力式平台适用的：重力式平台适用的水深较浅水深较浅； 桩基式平台适用的桩基式平台适用的水深稍深水深稍深； 张力式和绷绳塔式平台可在张力式和绷绳塔式平台可在较深的水较深的水域域使用。使用。1、重力式平台、重力式平台 重力式平台是依靠平台基础的巨大的重力压在海底，从而与海底牢固联重力式平台是依靠平台基础的巨大的重力压在海底，从而与海底牢固联结。结。 要

4、求海底很平整。要求海底很平整。 重力式平台的基础和腿柱中都分为许多舱室，这些舱室本身就是非常好重力式平台的基础和腿柱中都分为许多舱室，这些舱室本身就是非常好的大型储油罐，在平台安装阶段的拖航和下沉时可作为压载舱。的大型储油罐，在平台安装阶段的拖航和下沉时可作为压载舱。 重力式平台的最大重力式平台的最大优点优点是，是，抗腐蚀抗腐蚀能力特别强，另外，能力特别强，另外，防火和抗暴防火和抗暴能力，能力，抵御风浪抵御风浪的能力，都比钢质桩基式平台好，还有一个优点是制造的能力，都比钢质桩基式平台好，还有一个优点是制造成本低成本低。2、张力腿式平台、张力腿式平台 张力腿式平台本身是一个浮动平台，张力腿式平台

5、本身是一个浮动平台，靠，靠的张力将平台与事先固定在海底的的张力将平台与事先固定在海底的拉拉紧，平衡一部分浮力，并使平台较好地固定在海面上。紧，平衡一部分浮力，并使平台较好地固定在海面上。 这种这种非刚性非刚性地连接，不仅可地连接，不仅可减小减小平台的平台的摇摆和倾斜摇摆和倾斜，而且由海底地震引，而且由海底地震引起的起的海床运动海床运动，也在到达平台之前被大大减弱了。，也在到达平台之前被大大减弱了。3、绷绳塔式平台、绷绳塔式平台 如如1983年建于墨西哥湾水深年建于墨西哥湾水深305米米的海域，塔架高的海域，塔架高329米，重米，重19000吨，吨，用用钢桩打入海底钢桩打入海底。但该塔架又瘦又高

6、，。但该塔架又瘦又高，柔柔性较大，在波浪作用下可以允许轻微摇性较大，在波浪作用下可以允许轻微摇摆摆。整个塔架靠。整个塔架靠20根直径根直径227毫米的钢毫米的钢绳作为绳作为绷绳向四面八方的海底拉紧，并绷绳向四面八方的海底拉紧，并固定于海底固定于海底。由于。由于该平台的固有频率，该平台的固有频率，所以平台的摇摆不会对人员健康和生产所以平台的摇摆不会对人员健康和生产作业有大的影响作业有大的影响。4、桩基式平台、桩基式平台 目前我国建造的固定式钻井平目前我国建造的固定式钻井平台都是桩基式平台台都是桩基式平台。主要介绍桩基。主要介绍桩基式平台。式平台。 桩基式平台是靠桩基式平台是靠向海底打桩向海底打桩

7、，将平台与海底牢牢地固定将平台与海底牢牢地固定。桩基式。桩基式钻井平台所采用的建筑材料不同，钻井平台所采用的建筑材料不同，有有木桩的，钢筋混凝土桩的，钢桩木桩的，钢筋混凝土桩的，钢桩的和铝质桩的几种的和铝质桩的几种。 目前国内外应用最多的是钢桩平台。目前国内外应用最多的是钢桩平台。 (1)可事先做成导管架型式，可事先做成导管架型式，在岸上预制好，然后到海上进行打桩；在岸上预制好，然后到海上进行打桩； (2)平台的整体性好，施工快。平台的整体性好，施工快。 抗海水腐蚀性能差。抗海水腐蚀性能差。 所以，有的地方，曾采用过抗海水腐所以，有的地方，曾采用过抗海水腐蚀性能好的铝制平台，但因造价昂贵，未蚀

8、性能好的铝制平台，但因造价昂贵，未能普遍应用。能普遍应用。 基础部分和上层建筑。基础部分和上层建筑。 基础部分是由导管架和桩管组成。基础部分是由导管架和桩管组成。导导管可事先在岸上预制好。然后，用驳船运管可事先在岸上预制好。然后，用驳船运至目的地，或依靠中空的浮力拖至目的地，至目的地，或依靠中空的浮力拖至目的地，下沉并坐在海底上。再将桩管由导管内插下沉并坐在海底上。再将桩管由导管内插入，并用打桩机打入海底一定深度。入，并用打桩机打入海底一定深度。 40年代末，坐底式开始应用于海洋钻井，逐渐发展为目前的坐底年代末，坐底式开始应用于海洋钻井，逐渐发展为目前的坐底式钻井装置。式钻井装置。 钻井时座钻

9、井时座在海底，钻完井后能浮在海底，钻完井后能浮起来，然后再拖到新的起来，然后再拖到新的井位，压载后又下沉坐井位，压载后又下沉坐底重新打井。即须能满底重新打井。即须能满足足“沉得下，座得稳，沉得下，座得稳，浮得起浮得起”的要求。的要求。 基础基础部分部分和和上层建筑上层建筑部分。部分。 固定式平台基本上一样。一般也分为上下两层甲板，必要固定式平台基本上一样。一般也分为上下两层甲板，必要时可增加钻井甲板。时可增加钻井甲板。 上层甲板的用途：上层甲板的用途：主要放置钻主要放置钻机机、井架、钻具、起重设备、各种、井架、钻具、起重设备、各种工作间和生活设施，以及直升飞机平台等。工作间和生活设施，以及直升

10、飞机平台等。 下层甲板的用途：下层甲板的用途：主要是机泵组，固井设备，泥浆循环系统，以主要是机泵组，固井设备，泥浆循环系统，以及各种材料库罐等。及各种材料库罐等。 平台的尺度：平台的尺度：其大小主要依据钻井工艺要求、钻机能力、材料设其大小主要依据钻井工艺要求、钻机能力、材料设备、自给程度及工作人数等决定。备、自给程度及工作人数等决定。 平台的形状：平台的形状：在外形上，有矩形、梯形和三角形等形状。考虑到在外形上，有矩形、梯形和三角形等形状。考虑到钻完井后平台能够方便地退场而不影响已钻井口装置，钻钻完井后平台能够方便地退场而不影响已钻井口装置，钻机机都放在平都放在平台的尾部，或做成开口形状；或做

11、成舷外伸出式尾部平台。台的尾部，或做成开口形状；或做成舷外伸出式尾部平台。 浮筒型，钢瓶型和浮垫型。浮筒型，钢瓶型和浮垫型。 我国于我国于1963年自己设计建造的第一个移动式钻井平台，就是浮筒型年自己设计建造的第一个移动式钻井平台，就是浮筒型坐底式平台。此种平台的缺点是坐底式平台。此种平台的缺点是下沉和起浮过程中稳定性差下沉和起浮过程中稳定性差，很，很容易翻容易翻倒倒。所以现在基本被淘汰。所以现在基本被淘汰。 钢瓶型坐底式平台，这是我国建造的第二台移动式平台。这种平台钢瓶型坐底式平台，这是我国建造的第二台移动式平台。这种平台的主要缺点是在的主要缺点是在下沉和上浮过程中稳定性差下沉和上浮过程中稳

12、定性差，现在也趋于淘汰。，现在也趋于淘汰。 在我国还有一种步行坐底式平台。它是属于浮垫型坐底式平台。这在我国还有一种步行坐底式平台。它是属于浮垫型坐底式平台。这种平台在深水区可以拖航，在浅水区或在海滩和海岸上，则可以自己步种平台在深水区可以拖航，在浅水区或在海滩和海岸上，则可以自己步行移动。行移动。 坐底式平台是出现最早的移动式钻井平台坐底式平台是出现最早的移动式钻井平台。目前。目前主要用于内河、湖主要用于内河、湖泊以及浅海域泊以及浅海域。而且。而且要求海底较为平整，坡度小，波浪和海流都要求很要求海底较为平整，坡度小，波浪和海流都要求很小小。 自升式钻井平台，自升式钻井平台，是目前国内外应是目

13、前国内外应用最为广泛的钻井平台。用最为广泛的钻井平台。 结构：结构：船体、桩脚和升降机构三大部分船体、桩脚和升降机构三大部分。 需要打井时，将桩脚插入或坐入海底，船体还可顺着桩腿上需要打井时，将桩脚插入或坐入海底，船体还可顺着桩腿上爬，离开海面，工作时可不受海水运动的影响。打完井后，船体爬，离开海面，工作时可不受海水运动的影响。打完井后，船体可顺着桩腿爬下来，浮在海面上，再将桩脚拔出海底，并上升一可顺着桩腿爬下来，浮在海面上，再将桩脚拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。定高度，即可拖航到新的井位上。 相当于前述平台的相当于前述平台的上层建筑部分上层建筑部分，分为，分为两层甲板两层甲

14、板。 主甲板的用途：主甲板的用途：井场井场(管子堆场管子堆场)、各工种的工作间、所有人员的、各工种的工作间、所有人员的生活区生活区(楼房楼房)、直升飞机平台、钻井甲板及钻井设备等等。、直升飞机平台、钻井甲板及钻井设备等等。 主甲板下面是机舱甲板，主甲板下面是机舱甲板，用途：用途：发电机组、钻井泵系统、固井系发电机组、钻井泵系统、固井系统、泥浆处理系统、机加工车间等等。统、泥浆处理系统、机加工车间等等。 机舱平台下面是底舱，内存有燃油、淡水压载水等。机舱平台下面是底舱，内存有燃油、淡水压载水等。 形状：形状：往往与桩脚的数量和布置方式有关。往往与桩脚的数量和布置方式有关。有矩形、正方形、三有矩形

15、、正方形、三角形、五角形等角形、五角形等。 在钻井过程中，使整个钻井平台支撑于海底，并使平台离开海在钻井过程中，使整个钻井平台支撑于海底，并使平台离开海面，免受海水运动的影响面，免受海水运动的影响。 为插入式和底垫式两种。为插入式和底垫式两种。 桩脚的主体部分称为桩腿桩脚的主体部分称为桩腿。有的插入式桩脚在桩腿的最底端带有桩脚箱。有的插入式桩脚在桩腿的最底端带有桩脚箱。 桩腿的类型：桩腿的类型：有圆柱形的、有桁架结构的，类型很多。有圆柱形的、有桁架结构的，类型很多。 桩腿发展的总趋势：桩腿发展的总趋势：由圆柱形截面发展为桁架结构，尺寸由小向大发展。由圆柱形截面发展为桁架结构，尺寸由小向大发展。

16、 在桩腿的最底端是所谓的桩脚箱在桩腿的最底端是所谓的桩脚箱(也简称桩脚也简称桩脚)。桩脚箱的作用：。桩脚箱的作用： 1增大桩腿与海底的接触面积，使海底可承受更大的平台重量；增大桩腿与海底的接触面积，使海底可承受更大的平台重量； 2桩脚箱的形状要有利于减小插入的阻力；桩脚箱的形状要有利于减小插入的阻力； 3桩脚箱的形状要有利于增大插入海底后的稳定性；桩脚箱的形状要有利于增大插入海底后的稳定性； 4桩脚箱中设置可冲洗海底的系统，以便顺利拔桩。桩脚箱中设置可冲洗海底的系统，以便顺利拔桩。 底垫式桩脚的底垫形状常见的有底垫式桩脚的底垫形状常见的有A型、方型及双流线型等。底垫的轮廓型、方型及双流线型等。

17、底垫的轮廓尺寸多与船体形状相同。这是因为在拖航时，要将底垫上升到距离船体最近尺寸多与船体形状相同。这是因为在拖航时，要将底垫上升到距离船体最近(0.1米米)，以减小拖航的阻力。船体与底垫相同，则便于升降操作。，以减小拖航的阻力。船体与底垫相同，则便于升降操作。 升降机构有两种。升降机构有两种。一种是孔穴插销液压升降装置，一种是马达驱一种是孔穴插销液压升降装置，一种是马达驱动的齿轮齿条升降装置。动的齿轮齿条升降装置。前者适用于圆柱形桩腿，但液压系统较为复杂，升前者适用于圆柱形桩腿，但液压系统较为复杂，升降速度较慢，有时易于出现漏油，使升降力不够。后者适用于桁架结构的桩降速度较慢，有时易于出现漏油

18、，使升降力不够。后者适用于桁架结构的桩腿，升降连续性好，速度快，但缺点是升降机构庞大。腿，升降连续性好，速度快，但缺点是升降机构庞大。 升降任务完成之后，升降机构应当停止工作，以便检修。在拔桩以后并升降任务完成之后，升降机构应当停止工作，以便检修。在拔桩以后并将桩腿升起，准备拖航移位时，也存在桩腿与船体之间的位置的固定问题。将桩腿升起，准备拖航移位时，也存在桩腿与船体之间的位置的固定问题。解决此间题的方法是用楔子自锁固定。拖航时上楔系统锁定，钻井作业期间解决此间题的方法是用楔子自锁固定。拖航时上楔系统锁定，钻井作业期间下楔系统锁定。下楔系统锁定。 除钻井作业以外，自升式平台在海上的所有作业，可

19、概括为：除钻井作业以外，自升式平台在海上的所有作业，可概括为：“”五项作业。五项作业。 平台的船体顺着桩腿从距离海面一定高度处降到海面上；平台的船体顺着桩腿从距离海面一定高度处降到海面上； 拔拔：将桩腿从海底拔出来，并将桩腿升起到足够高度，减小拖航中桩腿将桩腿从海底拔出来，并将桩腿升起到足够高度，减小拖航中桩腿在海水中的阻力；在海水中的阻力； 拖拖：拖航，这时平台处在浮动状态下；拖航，这时平台处在浮动状态下； 压压：指平台到达新的井位后，将桩腿下放到海底，并依靠平台的重力将指平台到达新的井位后，将桩腿下放到海底，并依靠平台的重力将桩腿压到海底以下一定深度；桩腿压到海底以下一定深度； 升升：指压

20、桩完成之后，桩腿已经牢牢地固定于海底，然后平台的船体沿指压桩完成之后，桩腿已经牢牢地固定于海底，然后平台的船体沿着桩腿向上爬，升离海面一定高度，准备新的厂口井的作业。从上述五项作着桩腿向上爬，升离海面一定高度，准备新的厂口井的作业。从上述五项作业可以看出，有四项是升降作业。业可以看出，有四项是升降作业。 升降机构的好坏，是评价一个自升式平台性能优劣的重要标志。升降机构的好坏，是评价一个自升式平台性能优劣的重要标志。 五项作业是顺利钻井的基础和前提条件。顺利完成五项作五项作业是顺利钻井的基础和前提条件。顺利完成五项作业，除了良好的升降系统和熟练的作业技术外，还要注意选择业，除了良好的升降系统和熟

21、练的作业技术外，还要注意选择好的好的天气条件和海况条件天气条件和海况条件。 五项作业期间是自升式平台最易出事故的阶段。在中外海五项作业期间是自升式平台最易出事故的阶段。在中外海洋钻井史上，这方面的教训是很深刻的。洋钻井史上，这方面的教训是很深刻的。 钻井船从结构上说很简单，外形就是一条船。钻井船从结构上说很简单，外形就是一条船。所有的钻井所有的钻井设备、工具，材料以及作业人员的工作间和生活区，直升飞机设备、工具，材料以及作业人员的工作间和生活区，直升飞机平台等都在船上平台等都在船上。 钻井船在海上只能进行钻井船在海上只能进行作业作业。 作业期间，船体受到风、浪、流的作用，会产生各种运动。作业期

22、间，船体受到风、浪、流的作用，会产生各种运动。这些运动有时非常剧烈，例如严重的摇摆，升沉和横向漂移，这些运动有时非常剧烈，例如严重的摇摆，升沉和横向漂移，给钻井作业带来很大的影响，甚至使钻井作业无法进行而中断。给钻井作业带来很大的影响，甚至使钻井作业无法进行而中断。所以，钻井浮船需要使用所以，钻井浮船需要使用锚泊系统定位锚泊系统定位，或者使用，或者使用。 钻井船的发展：钻井船的发展： 为了为了增大钻井船抵抗风、浪、流的能力，提高稳定性增大钻井船抵抗风、浪、流的能力，提高稳定性，钻井船不，钻井船不断有新的发展。断有新的发展。 1、吨位增大吨位增大。现代用于深水钻井的浮船都在。现代用于深水钻井的浮

23、船都在15000吨以上，吨位吨以上，吨位大则抗风能力强。例如大则抗风能力强。例如1981年建成的年建成的“POLLYBRESTOL钻井船，钻井船，排水量为排水量为18360吨。荷兰建造的吨。荷兰建造的“Neddrill I”排水量达到排水量达到24000吨。吨。 2、做成双体船做成双体船。至今全世界共建造过三条双体船。如：。至今全世界共建造过三条双体船。如： (1)美国建造的美国建造的“贝克号贝克号”双体船。但其缺点有：双体船。但其缺点有：没有自航能力，没有自航能力，移位时需要拖航；移位时需要拖航；在工作时需要有一条货船，一条客船和一条日用在工作时需要有一条货船，一条客船和一条日用船配合作业；

24、船配合作业；即使在海况不是非常坏的海域即使在海况不是非常坏的海域(如如墨西哥湾墨西哥湾)，由于天气，由于天气原因而停工的时间仍很长。该船后来因一口井发生井喷失火而倾翻。原因而停工的时间仍很长。该船后来因一口井发生井喷失火而倾翻。 (2)我国我国1974年自己设计建造的年自己设计建造的“勘探一号勘探一号”双体钻井船。双体钻井船。 由两条各长由两条各长99.23米，宽米，宽14.3米的米的3000吨的货轮改装而成。吨的货轮改装而成。先将两条船之间用巨大的桁架连接起来，成为一个整体，然后先将两条船之间用巨大的桁架连接起来，成为一个整体，然后在上面铺设钻井甲板。拼装后排水量达到在上面铺设钻井甲板。拼装

25、后排水量达到8000吨，吨，。 钻井作业期间用锚系定位。该船在我国黄海水深钻井作业期间用锚系定位。该船在我国黄海水深28米米68米海域共打井米海域共打井7口后退役口后退役。 半潜式平台是目前应用最多的浮式钻井装置。半潜式平台是目前应用最多的浮式钻井装置。 。 上部平台任何时候都处在海面以上一定高度。上部平台任何时候都处在海面以上一定高度。 下部浮体在航行状态下是浮在海面上，浮体的浮力支撑着整个装下部浮体在航行状态下是浮在海面上，浮体的浮力支撑着整个装置的重量。在钻井作业期间，下部浮体潜入海面以下一定的深度，躲置的重量。在钻井作业期间，下部浮体潜入海面以下一定的深度，躲开海面上最强烈的风浪作用，

26、只留部分立柱和上部平台在海面以上。开海面上最强烈的风浪作用，只留部分立柱和上部平台在海面以上。 由于在工作期间由于在工作期间一半潜入海面一半潜入海面以下这种特点，被命名为半潜式钻以下这种特点，被命名为半潜式钻井平台井平台。这种钻井平台在水深较浅时，也可以坐在海底进行钻井，与。这种钻井平台在水深较浅时，也可以坐在海底进行钻井，与坐底式一样。坐底式一样。 半潜式是从坐底式发展而来，所以上部平台部分，与坐底式平半潜式是从坐底式发展而来，所以上部平台部分，与坐底式平台类似，但比坐底式平台要先进得多。台类似，但比坐底式平台要先进得多。 上部平台的结构：上部平台的结构：一般分两层，上层为主甲板，下层为机舱

27、。一般分两层，上层为主甲板，下层为机舱。 主甲板的用途：主甲板的用途：主要放置钻机、井架、钻具、起重设备、消防、主要放置钻机、井架、钻具、起重设备、消防、救生设备、各种工作间和生活区救生设备、各种工作间和生活区(一幢楼房一幢楼房)，还有直升飞机平台等。，还有直升飞机平台等。 下层机舱的用途：下层机舱的用途：主要是机泵组、固井设备、泥浆循环系统，以主要是机泵组、固井设备、泥浆循环系统，以及各种材料库罐等。及各种材料库罐等。 平台的尺度都相当大，所以平台的尺度都相当大，所以有很高的自持能力有很高的自持能力。上部平台的形状。上部平台的形状以矩形最为常见，此外还有三角形、五角形、八角形，甚至还有十字以

28、矩形最为常见，此外还有三角形、五角形、八角形，甚至还有十字形和中字形。形和中字形。 下部浮体的作用：下部浮体的作用：为整个平台提供浮力，整个装置的重力以及各种为整个平台提供浮力，整个装置的重力以及各种外力载荷都要靠此浮力支撑。外力载荷都要靠此浮力支撑。 目前半潜式平台一般都有自航能力和自动动力定位系统。目前半潜式平台一般都有自航能力和自动动力定位系统。自航和动力定自航和动力定位的推进器都装在下部浮体上。位的推进器都装在下部浮体上。 巨大的浮体内分成许多隔舱，可以作为压载舱室，也可以作为各种液体巨大的浮体内分成许多隔舱，可以作为压载舱室，也可以作为各种液体材料的储藏室。依靠改变压载水量，可以使浮

29、体潜入海面以下或浮到海面上。材料的储藏室。依靠改变压载水量，可以使浮体潜入海面以下或浮到海面上。 浮体的形状：浮体的形状：可分为长条形和浮箱形两种。可分为长条形和浮箱形两种。 立柱的作用：立柱的作用：(1)将上部平台与下部浮体连接起来，起到支撑平台的将上部平台与下部浮体连接起来，起到支撑平台的作用。作用。 (2)巨大的立柱空间，在潜入水下时为平台提供浮力。巨大的立柱空间，在潜入水下时为平台提供浮力。 (3)内部可以存储各种材料，还可设置人梯或电梯，提内部可以存储各种材料，还可设置人梯或电梯，提供从平台到浮体的通道。供从平台到浮体的通道。 立柱的形状：立柱的形状：圆柱形。圆柱形。 如：如： (1

30、)我国的我国的“南海二号南海二号”半潜式钻井平台。半潜式钻井平台。 (2)我国自己设计建造的具有自航能力的我国自己设计建造的具有自航能力的“勘探三号勘探三号”半潜式钻井平半潜式钻井平台。台。 (3)法国建造的法国建造的“五角五角81”半潜式钻井平台。半潜式钻井平台。 在钻井过程中在钻井过程中抵抗风浪的能力大，稳定性好抵抗风浪的能力大，稳定性好。 平台结构复杂，造价高，自持能力稍差，机动性也稍差，平台结构复杂，造价高，自持能力稍差，机动性也稍差，自航速度低，有的甚至不能自航而需要拖航。自航速度低，有的甚至不能自航而需要拖航。 钻井浮船的优缺点正好与半潜式平台相反，在钻井作业中整个船钻井浮船的优缺

31、点正好与半潜式平台相反，在钻井作业中整个船体都处在风浪影响最大的海面处，稳定性不如半潜式。但它结构简单，体都处在风浪影响最大的海面处，稳定性不如半潜式。但它结构简单，造价低廉，机动性很好，自航速度最高，自持力也比半潜式大得多。造价低廉，机动性很好，自航速度最高，自持力也比半潜式大得多。 半潜式平台适用于所有海域半潜式平台适用于所有海域，特别是海况条件恶劣，特别是海况条件恶劣的深海海域。的深海海域。在海况条件不是很恶劣的情况下，选用钻井浮船比半潜在海况条件不是很恶劣的情况下，选用钻井浮船比半潜式更经济式更经济。 底撑式平台是相对于浮动式平台而言。在钻井作业过程中，依靠海底支底撑式平台是相对于浮动

32、式平台而言。在钻井作业过程中，依靠海底支撑整个平台的重量并将平台与海底牢牢地连接在一起，使平台不随海水的剧撑整个平台的重量并将平台与海底牢牢地连接在一起，使平台不随海水的剧烈运动而运动，平台与海底之间没有相对运动，这样的平台烈运动而运动，平台与海底之间没有相对运动，这样的平台。 在底撑式平台上钻井，除了井口装置不同外，整个钻井作业都与陆上钻在底撑式平台上钻井，除了井口装置不同外，整个钻井作业都与陆上钻井没有多大区别。井没有多大区别。 底撑式平台包括：底撑式平台包括：坐底式平台，自升式平台坐底式平台，自升式平台二类。坐底式和自升式平台二类。坐底式和自升式平台在钻完井后，需要浮在海面上，以便进行移

33、位，这时它们处于浮动状态，有在钻完井后，需要浮在海面上，以便进行移位，这时它们处于浮动状态，有稳定性的问题。稳定性的问题。 固定平台在外力作用下出现强度破坏，在海洋石油勘探开发的历史上是固定平台在外力作用下出现强度破坏，在海洋石油勘探开发的历史上是时有发生的。下面我们从几个方面谈谈解决强度破坏问题的一般原则。时有发生的。下面我们从几个方面谈谈解决强度破坏问题的一般原则。 这是解决强度破坏问题的首要环节。这是解决强度破坏问题的首要环节。 设计的首要条件是充分调查研究平台使用海域的海洋环境。设计的首要条件是充分调查研究平台使用海域的海洋环境。 确定了海洋环境因素的大小之后，还要使用可靠的海洋环境载

34、荷计算方确定了海洋环境因素的大小之后，还要使用可靠的海洋环境载荷计算方法。法。 在设计时还要充分考虑海洋条件对构件的腐蚀问题，选择足够大的安全在设计时还要充分考虑海洋条件对构件的腐蚀问题，选择足够大的安全系数。系数。 实际破坏的原因往往不是设计不安全，而是在建造过程中留下内部隐患，实际破坏的原因往往不是设计不安全，而是在建造过程中留下内部隐患，特别是铸件的夹砂气孔，热处理及焊接过程中留下的残余应力等。特别是铸件的夹砂气孔，热处理及焊接过程中留下的残余应力等。 使用中的一个问题是，严格按照设计条件规定的范围使用，不要在超过使用中的一个问题是，严格按照设计条件规定的范围使用，不要在超过设计海域的环

35、境荷载条件的海域使用。设计海域的环境荷载条件的海域使用。 坐底式钻井平台坐在海底之后，在风、浪、流等外力作用下，会沿着海坐底式钻井平台坐在海底之后，在风、浪、流等外力作用下，会沿着海底横向滑移。这种滑移将给钻井工艺带来很大的麻烦，甚至造成重大事故。底横向滑移。这种滑移将给钻井工艺带来很大的麻烦，甚至造成重大事故。 一般可采取增大压载，即增大浮垫与海底的摩擦力。一般可采取增大压载，即增大浮垫与海底的摩擦力。 可在浮垫周围设立裙板，裙板可插入海底，协助抗滑。可在浮垫周围设立裙板，裙板可插入海底，协助抗滑。 可在浮垫周围用打桩机打桩，阻挡平台的滑移。在滑移严重的海域，可在浮垫周围用打桩机打桩，阻挡平

36、台的滑移。在滑移严重的海域，最有效最经济的方法还是抗滑桩。最有效最经济的方法还是抗滑桩。 坐底式平台的掏空是浅海钻井的一大难题。坐底式平台的掏空是浅海钻井的一大难题。(1)掏空的原因：掏空的原因： a、掏空首先与水深、波速、流速有关。、掏空首先与水深、波速、流速有关。 b、掏空与海底砂质有关。、掏空与海底砂质有关。 c、掏空与船体浮垫的形状有关。、掏空与船体浮垫的形状有关。 a、 b、 d、 出现倾斜的原因：出现倾斜的原因： 1、海底有一定的坡度，一般要求坡度不得大于、海底有一定的坡度，一般要求坡度不得大于1。；。； 2、事先对海底平整不够，海底局部高低不平；、事先对海底平整不够，海底局部高低

37、不平； 3、海床地基的承载能力不均，在坐底后产生不均匀的下沉；、海床地基的承载能力不均，在坐底后产生不均匀的下沉； 4、坐底后波浪海流对一部分海底进行冲刷和掏空；、坐底后波浪海流对一部分海底进行冲刷和掏空； 5、在坐底过程中，作业方法不当，引起平台倾斜；、在坐底过程中，作业方法不当，引起平台倾斜； 6、平台上出现较大的不均荷载，重心偏移，等。、平台上出现较大的不均荷载，重心偏移，等。 坐底式平台的倾斜将给钻井带来严重后果。应该针对上述出现倾斜的坐底式平台的倾斜将给钻井带来严重后果。应该针对上述出现倾斜的原因，原因，。 掏空，滑移和倾斜在一个平台上也会同时出现掏空，滑移和倾斜在一个平台上也会同时

38、出现。如我国的。如我国的“胜利三号胜利三号”坐底式钻井平台曾在两口井上出现大的掏空，滑移和倾斜。坐底式钻井平台曾在两口井上出现大的掏空，滑移和倾斜。 统计表明：统计表明：从从1955年到年到1982年，全世界年，全世界375台自升式钻井平台，共出台自升式钻井平台，共出现由桩腿导致的事故现由桩腿导致的事故31次次。其余，或。其余，或为桩腿折断，或为平台整体倾翻。为桩腿折断，或为平台整体倾翻。 主要是这种平台有一个所谓的主要是这种平台有一个所谓的。 平台从与海底牢固结合的静止状态，拔桩后变成平台和桩腿都完全平台从与海底牢固结合的静止状态，拔桩后变成平台和桩腿都完全自由于水中的浮动状态，插桩后又变成

39、与海底牢固结合的静止状态。自由于水中的浮动状态，插桩后又变成与海底牢固结合的静止状态。 这个这个问题的严重性和重要性还在于，全世界使用这种钻井平台的数量在移动问题的严重性和重要性还在于，全世界使用这种钻井平台的数量在移动式平台中属最多。式平台中属最多。 (1)： 桩腿已经插到最深桩腿已经插到最深(桩腿的可插入长度已经全部插完桩腿的可插入长度已经全部插完)时，海底的承时，海底的承载能力仍达不到预定要求的载荷。载能力仍达不到预定要求的载荷。 插入一定深度后，在预压载期间桩脚刺穿承压层，进入下面较软插入一定深度后，在预压载期间桩脚刺穿承压层，进入下面较软的地层中，使预压载压不上去。的地层中，使预压载

40、压不上去。 在钻井作业期间，由于风暴荷载的作用，超过了平台在预压载时在钻井作业期间，由于风暴荷载的作用，超过了平台在预压载时的桩腿荷载，以致使该桩腿下的地层发生刺穿。的桩腿荷载，以致使该桩腿下的地层发生刺穿。 在海水不太深的海域，且海况条件较恶劣，有可能出现桩腿和桩在海水不太深的海域，且海况条件较恶劣，有可能出现桩腿和桩脚周围的海底被掏空。使桩腿不稳或下陷。脚周围的海底被掏空。使桩腿不稳或下陷。 由于插桩太深，或其他原因拔桩阻力过大使桩腿不能拔出来。由于插桩太深，或其他原因拔桩阻力过大使桩腿不能拔出来。 (2) 显然，插桩是否有效，与显然，插桩是否有效，与平台预压载平台预压载的要求、海底土的要

41、求、海底土质的质的承载能力承载能力、桩腿和桩脚桩腿和桩脚的形状等因素有关。所有这些的形状等因素有关。所有这些因素的影响，因素的影响，。 海底的不同深度有不同的承载能力。不同的海底的不同深度有不同的承载能力。不同的桩腿和桩桩腿和桩脚形状脚形状承压机理和承压机理和承压面积承压面积不同，要求的插入深度也不同。不同，要求的插入深度也不同。所以，所以，。 ，在插桩前先作井位附近的海底，在插桩前先作井位附近的海底。 调查的方法：调查的方法：(1)在预定井位附近进行钻孔和取样；在预定井位附近进行钻孔和取样； (2)在钻井平台到达井位后，由钻井平台进在钻井平台到达井位后，由钻井平台进行钻孔取样。这种方法在国外

42、也曾有人采用过。行钻孔取样。这种方法在国外也曾有人采用过。 第二步第二步，在实验室进行，在实验室进行。 求得每层土样的剪切强度。对砂性土质还要作粒度分析。求得每层土样的剪切强度。对砂性土质还要作粒度分析。 第三步第三步，是根据桩腿和桩靴的形状、尺寸，以及土样的，是根据桩腿和桩靴的形状、尺寸，以及土样的剪切强度，选择恰当的公式，剪切强度，选择恰当的公式，桩靴在每层土层可以承受桩靴在每层土层可以承受的的。 也可以也可以。 有了这条试验计算数据和曲线就可以最后确定插入深度有了这条试验计算数据和曲线就可以最后确定插入深度。计算土层最大承载力的公式有多种，应该通过本地的实践进计算土层最大承载力的公式有多

43、种，应该通过本地的实践进行优选行优选(包括式中常数、系数值的确定包括式中常数、系数值的确定)。 在在漂浮插深漂浮插深阶段，阶段，船体仍处在漂浮状态，船体仍处在漂浮状态，这段的插入深度主要这段的插入深度主要靠桩腿自己的重力插靠桩腿自己的重力插入。入。升船插深升船插深阶段，船阶段，船体逐渐离开海面，这体逐渐离开海面，这段的插深动力，除了段的插深动力，除了桩腿重力外再加上船桩腿重力外再加上船体的重力。第二阶段体的重力。第二阶段结束时，船体应升离结束时，船体应升离海面海面12米，每个桩米，每个桩腿应均匀承受的平台腿应均匀承受的平台重力。重力。预载插深预载插深。预载插。预载插深的方法是将平台的深的方法是

44、将平台的重力有顺序地轮番加重力有顺序地轮番加到每个桩腿上，使每到每个桩腿上，使每个桩腿插入更深，可个桩腿插入更深，可承受更大的载荷。承受更大的载荷。 在钻井过程中还会有可变载荷增加到平台上，如果没有在钻井过程中还会有可变载荷增加到平台上，如果没有预载插深，这些后加上去的载荷就会引起钻井过程中桩腿下沉，预载插深，这些后加上去的载荷就会引起钻井过程中桩腿下沉，这是非常危险的。这是非常危险的。 插桩时都选择好的天气，但在钻井过程中可能会出现插桩时都选择好的天气，但在钻井过程中可能会出现预计的暴风，暴风载荷会使桩腿受力过大而继续下沉，增加危险预计的暴风，暴风载荷会使桩腿受力过大而继续下沉，增加危险性。

45、性。 考虑一定的安全系数。考虑一定的安全系数。 在计算了插入深度和做好插桩设计后，实际的插桩过程是较为复杂的。在计算了插入深度和做好插桩设计后，实际的插桩过程是较为复杂的。 不均质一方面不均质一方面表现在深度方向上表现在深度方向上，不同深度土质的承压能力不同不同深度土质的承压能力不同。虽然总的趋势是承压能力随深度增加而增加，但经常有软硬交错，在硬壳层虽然总的趋势是承压能力随深度增加而增加，但经常有软硬交错，在硬壳层的下面会出现一层软弱层。的下面会出现一层软弱层。 这种不均质还这种不均质还表现在横向上表现在横向上，往往出现，往往出现一个平台的几个桩腿在相同深一个平台的几个桩腿在相同深度遇到的阻力

46、不同度遇到的阻力不同，所以最后的插入深度不同。，所以最后的插入深度不同。 ，在实际插入过程中，桩脚向下走时，一方面将海底土壤挤向四周，在实际插入过程中，桩脚向下走时，一方面将海底土壤挤向四周，同时也将海底土壤压实。压实后的土壤承载能力会增大，于是会出现曲线变同时也将海底土壤压实。压实后的土壤承载能力会增大，于是会出现曲线变平，平，当压力继续增大后，原被压实的土层会突然破裂当压力继续增大后，原被压实的土层会突然破裂。 根据这些特点，现场实际采用的插深与承载力曲线并非象图根据这些特点，现场实际采用的插深与承载力曲线并非象图132那样理那样理想。而且实际的插入深度，并不完全按照曲线上标志的深度，而是

47、想。而且实际的插入深度，并不完全按照曲线上标志的深度，而是。 这里所说的整体倾翻，并不是平台在浮动状态下的失稳倾翻，而是这里所说的整体倾翻，并不是平台在浮动状态下的失稳倾翻，而是在底撑状态下受到过大的风浪载荷导致整体倾翻。在底撑状态下受到过大的风浪载荷导致整体倾翻。 桩腿与海桩腿与海底还未形成稳固的连接，桩腿和平台之间也没有稳固连接。如果此时恰底还未形成稳固的连接，桩腿和平台之间也没有稳固连接。如果此时恰遇较大的风浪流作用，就有可能将平台整体倾翻，导致巨大的灾难。遇较大的风浪流作用，就有可能将平台整体倾翻，导致巨大的灾难。 。 平台在使用过程中，应根据风力大小，进行整体倾翻可能性计算，平台在使

48、用过程中，应根据风力大小，进行整体倾翻可能性计算，作到防患于未然。作到防患于未然。 浮动钻井平台在海上作业，有两条最起码的要求：浮动钻井平台在海上作业，有两条最起码的要求： 第一，第一，否则将是巨大的海难事故；，否则将是巨大的海难事故； 第二，第二，否则将无法进行正常的钻井作业。，否则将无法进行正常的钻井作业。 一个钻井平台是由许多个部分组成的。船体、桩腿、房屋、井架钻井设一个钻井平台是由许多个部分组成的。船体、桩腿、房屋、井架钻井设备备。各部分有各部分的重量。各部分有各部分的重量。所有部分重量之和就是平台所有部分重量之和就是平台。一个。一个浮动平台可简化成一个浮在水面上的立方体，并建立浮动平

49、台可简化成一个浮在水面上的立方体，并建立OXYZ坐标。坐标。 要支撑一个物体，支撑力的方向线必须通过物体的要支撑一个物体，支撑力的方向线必须通过物体的。否则。否则就支撑不住。就支撑不住。 重心所在的铅垂线与重心所在的铅垂线与OXY平面的交点，以平面的交点，以K表示表示。K点至点至G点的点的距离称为距离称为，在口语中称作，在口语中称作。KG高度实际上就高度实际上就等于重心的等于重心的。 一部分处在液面以下，一部分处在液面以上，完全依靠液体一部分处在液面以下，一部分处在液面以上，完全依靠液体浮力支撑的物体，称为浮力支撑的物体，称为。 浮动式钻井平台属于浮体浮动式钻井平台属于浮体。，在插桩，在插桩或

50、坐底的过程中，同时受到液体支撑和固体或坐底的过程中，同时受到液体支撑和固体(海底海底)支撑，这种情况下的钻井支撑，这种情况下的钻井平台，平台，这种情况下的稳定问题更为复杂。下面主讲完全浮，这种情况下的稳定问题更为复杂。下面主讲完全浮体的稳定性问题。体的稳定性问题。 浮体在液体中要受到液体的浮体在液体中要受到液体的。 浮力作用点的位置在浮体排开液体的体积的形心处，称浮力作用点的位置在浮体排开液体的体积的形心处，称。 如果浮体入水的体积形状较为复杂，可以分别求得各部分的入水体积及如果浮体入水的体积形状较为复杂，可以分别求得各部分的入水体积及其形心。其形心。 浮动钻井平台在水面上静止不动的情况下，浮