海洋石油钻井平台怎么分类？

2025-03-12 23:45:24

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回答1：

石油是全球性的重要战略物资，是产油国的“致富之源”，是消费国的工业“血液”，是支撑世界经济发展必不可少的能源。石油安全是各国资源安全之首，是国家安全和防务之必需。经历了20世纪70年代的石油危机以后，几乎所有国家都把石油安全置于能源战略的核心位置，石油安全问题成为世界各国高度关注的热点问题。受全球一体化趋势的影响，石油与世界经济、政治、外交和军事的关系更加密切，围绕石油展开的国际竞争变得异常激烈。从世界石油安全形势来看，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（图34-1）。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。

图34-1　海上钻井平台

海洋钻井平台是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通信、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，按功能可分为钻井平台、生产平台、储油平台、生活平台等。

移动式平台包括坐底式平台、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。

固定式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，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，一套要几亿美元以上，所以一般都可以移植到移动式上面。表34-1给出了各类钻井平台性能对比。

表34-1　各种类型钻井平台性能对比一、导管架式平台

导管架式平台是在软土地基上应用较多的一种桩基平台（图34-2），由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、钻井液循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块漂流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。对深海平台，还需进行结构动力分析。结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安全操作。并应考虑防腐蚀及防海生物附着等问题。导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点的破坏而引起。管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用光谱分析技术分析管结点的应力，取得较好结果。

图34-2　导管架式平台

二、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甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒形的储油舱和压载舱，这种平台的质量可达数十万吨，正是依赖自身的巨大质量，平台直接置于海底，如图34-3所示。现在已有大约20座混凝土重力式平台用于北海。

三、坐底式钻井平台

坐底式钻井平台（图34-4）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。

图34-3　重力式平台

图34-4　坐底式钻井平台

四、自升式钻井平台

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（图34-5）。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70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。

五、钻井浮船

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（图34-6）。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。目前，海上钻井船常用抛锚法定位，但该方法一般只适用于200米以内的水深，水再深时需用一种新的自动化定位方法。

图34-5　自升式钻井平台

图34-6　钻井浮船六、半潜式钻井平台

半潜式钻井平台的结构形式与坐底式钻井平台相似，上部为钻井的工作平台，下部为浮筒结构（图34-7）。它综合了坐底式钻井平台和钻井船的优点，解决了稳定性和深水作业的矛盾。钻井作业时，平台呈半潜状态漂浮在海面上，浮筒在海水下的20～30米处，受大海风浪的影响小，所以平台的稳定性比钻井浮船要好，钻井作业结束，排出水形成浮箱后可进行拖航，是目前海上钻井应用较广泛的一种石油钻井平台。

图34-7　半潜式钻井平台七、张力腿式平台

张力腿式平台（TLP）（图34-8）采用锚泊定位，但与一般半潜式平台不同。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，而几乎是垂直的。用的是桩锚（即打入水底的桩为锚）或重力式锚（重块）等，不是一般轻易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依赖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，使锚索上常常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。张力腿式平台自1954年提出设想以来，迄今已有50多年的历史。

图34-8　张力腿式平台

八、牵索塔式平台

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（图34-9）。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。埃克森技术公司曾为欧洲北海350米水深的环境设计牵索塔，该塔具有面积为36.5平方米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10.8厘米的钢缆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165吨重的水泥块和1.4米长的桩连接拉紧。桩的分布半径约有1000米，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，能随波浪力的响应轻微移动，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。

图34-9　牵索塔式平台

九、SPAR平台（深水浮筒平台）

该平台主要由四个系统组成：顶部模块、壳体、系泊系统和立管（生产、钻探、输油等）（图34-10）。顶部模块是一个多层桁架结构，它可以用来进行钻探、油井维修、产品处理或其他组合作业（图34-11）。用来支撑钻探设备和生产设备的生产钻探甲板及中间甲板与固定平台的甲板很接近，井口布置在中部。

图34-10　SPAR平台（深水浮筒平台）

图34-11　SPAR平台与FPSO合作生产示意图

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