一、海洋石油钻井技术特点
1.作业范围广且质量要求高
移动式钻井平台（船）不是在固定海域作业，应适应移位、不同海域、不同水深、不同方位的作业。移位、就位、生产作业、风暴雨雪等复杂作业工况对钻井平台（船）提出很高的质量要求。如半潜式钻井平台工作水深达1500～3500米，而且要适应高海况持续作业、13级风浪时不解脱等高标准要求。
2.使用寿命长，可靠性指标高
高可靠性主要体现在：（1）强度要求高，永久系泊在海上，除了要经受风、浪、流的作用外，还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境力的作用；（2）疲劳寿命要求高，一般要求25～40年不进坞维修，因此对结构防腐、高应力区结构形式以及焊接工艺等提出了更高要求；（3）建造工艺要求高，为了保证海洋工程的质量，采用了高强度或特殊钢材（包括Z向钢材、大厚度板材和管材）；（4）生产管理要求高，海洋工程的建造、下水、海上运输、海上安装甚为复杂，生产管理明显地高于常规船舶。
3.安全性要求高
由于海洋石油工程装置所产生的海损事故十分严重，随着海洋油气开发向深海区域发展、海上安全与技术规范条款的变化、海上生产和生活水准的提高等因素变化，对海洋油气开发装备的安全性能要求大大提高，特别是对包括安全设计与要求、火灾与消防及环保设计等HSE的贯彻执行更加严格。
4.学科交叉，技术复杂
海洋石油钻井平台的结构设计与分析涉及了海洋环境、流体动力学、结构力学、土力学、钢结构、船舶技术等多门学科。因此，只有运用当代造船技术、卫星定位与电子计算机技术、现代机电与液压技术、现代环保与防腐蚀技术等先进的综合性科学技术，方能有效解决海洋石油开发在海洋中定位、建立海上固定平台或深海浮动式平台的泊位、浮动状态的海上钻井、完井、油气水分离处理、废水排放和海上油气的储存、输送等一系列难题。
二、总体历程
海洋石油钻井的特点决定了它的难度，随着技术的进步，钻井平台也得到快速发展。
海洋石油的勘探开发已有100多年的历史。海洋钻井平台作为海洋石油开采的必备装备，从一开始就与海洋石油的勘探开发同步发展着。1897年，在美国加利福尼亚州Summerland滩的潮汐地带上首先架起一座76.2米长的木架，把钻机放在上面打井，这是世界上第一口海上钻井。那是人类海洋石油开发的开端，也是海洋钻井平台发展的伊始。图34-12是海洋石油平台发展历程简图。
纵观世界海洋钻井平台的发展历史，自1887年世界上最早的海上石油勘探开发工作起源以来，直到50多年以后，也就是20世纪40年代末期，海上石油工程才开始有了起色，并发生了较大变化。当时世界范围内共有3个国家能够从事海上石油开发工作，所用的平台都是固定式平台，且结构和钻井方式均比较简单，平台适应水深的能力只有几十米。但随着装备技术的不断进步及石油的战略意义和石油本身带给人们巨额利润的诱惑，致使海洋油气资源的勘探开发格局发生了巨大变化。60年来，尤其是近20年来，以美国、挪威等西方发达国家为代表的海洋勘探开发水平已上升到了一个很高的层次，无论从钻井平台本身而言，还是从钻井装备能力、控制技术及适应性而言，均为海洋油气勘探开发提供了良好的保障。一方面钻井平台的数量剧增，品种多样；另一方面，适应水深和钻深的能力越来越强。据统计，目前世界上仅移动式钻井平台数量已接近700台，最大适应水深能力已超过3000米，钻井深度已超过12000米。不仅如此，世界范围内具备从事海洋勘探开发能力的国家和海洋油气开采量也同样发生了巨大变化，目前全球范围内能够从事海洋勘探开发的国家和地区已达到100多个，所开发的油气产量已占全球总油气产量的35％左右，其发展速度非常迅猛。
图34-12 海洋石油平台发展历程简图
1887年，世界上最早的海上石油勘探。
20世纪40年代末，海上石油工程发生了巨大的变化和发展。
50年前，全世界只有3个国家进行海上石油开发，所有平台都是固定式平台，可钻井水深只有几十米。
目前，已有100多个国家和地区进行海上石油工程作业；海上石油产量约占全世界总产量35％左右；全世界有近700台移动式钻井平台工作；工作最大水深已超过3000米。表34-2为1950—1980年30年间钻井装置发展情况。
海洋钻井平台是主要用于钻探井的海上结构物。平台装钻井、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。开发海洋石油，首先从浅水海域开始，然后逐渐向深海发展。
表34-2 1950—1980年世界钻井装置发展情况
海洋钻井平台经历了由浅海到深海、由简单到复杂的发展过程（图34-13）。
图34-13 随水深增大的钻井平台的发展
三、详细历程
世界现代石油工业最早诞生于美国宾西法尼亚州的泰特斯维尔村。一个名为乔治·比尔斯的人于1855年请美国耶鲁大学西利曼教授对石油进行了化学分析，石油通过加热蒸馏分离成几部分，每部分都含有碳和氢的成分，其中一种就是高质量的用以发光照明的油。1858年比尔斯请德雷克上校带人打井，1859年8月27日在钻至69英尺时，终于获得了石油。从此，利用钻井获取石油、利用蒸馏法炼制煤油的技术真正实现了工业化，现代石油工业诞生了。
随着人类对石油研究的不断深入，到了20世纪，石油不仅成为现代社会最重要的能源材料，而且其五花八门的产品已经深入到人们生活的各个角落，被人们称为“黑色的金子”，“现代工业的血液”，极大地推动了人类现代文明的进程。高额的石油利润极大推动了石油勘探开采活动，除了陆地石油勘探外，对于海洋石油资源的开发也日益深入。
1897年，在美国加利福尼亚州Summerland滩的潮汐地带上首先架起一座76.2米长的木架，把钻机放在上面打井，这是世界上第一口海上钻井。
1897年，在世界上第一口海上钻井的旁边，美国人威廉姆斯在同一个地方造了一座与海岸垂直的栈桥，钻机、井架等放在上面钻井。由于栈桥与陆地相连，物资供应就方便多了。另外，钻机在栈桥上可以随意浮动，从而在一个栈桥上可打许多口井。在海边搭架子，造栈桥基本上是陆地的延伸，与陆地钻井没有差别。
1920年，委内瑞拉搭制了木制平台进行钻井。
1932年，美国得克萨斯公司造了一条钻井驳船“Mcbride”，上面放了几只锚，到路易斯安那Plaquemines地区“Garden”岛湾中打井。这是人类第一次“浮船钻井”，即这个驳船在平静的海面上漂浮着，用锚固定进行钻井。但是由于船上装了许多设备物资器材，在钻井的时候，该驳船就坐到海底了。从此以后，就一直用这样的方式进行钻探。这就是第一艘坐底式钻井平台。同年，该公司按设计意图建造了一条坐底式钻井驳船“Gilliasso”。1933年这艘驳船在路易斯安那州Pelto湖打了“10号井”，钻井进尺5700英尺。以后的许多年，设计和制造了不同型号的许多坐底式钻井驳船，如1947年，Johnhayward设计的一条“布勒道20号”，平台支撑件高出驳船20多米，平台上备有动力设备、泵等。它的使用标志着现代海上钻井业的诞生。
1936年美国为了开发墨西哥湾陆上油田的延续部分，钻成功第一口海上油井并建造了木制结构生产平台，于1938年成功地开发了世界上第一个海洋油田。第二次世界大战后，木制结构平台改为钢管架平台。
1953年，Cuss财团建造的“Submarex”钻井船是世界第一条钻井浮船，它由海军的一艘巡逻舰改装建成，在加利福尼亚州近海3000英尺水深处打了一口取心井。1957年，“卡斯一号”钻井船改装完毕，长78米，宽12.5米，型深4.5米，吃水3米，总吨位3000吨，用6台锚机和6根钢缆把船系于浮筒上。用浮船钻井会带来一系列问题，由于波浪、潮汐至少给船带来三种运动，即漂移、摇晃、上下升沉，钻头随时可能离开井底，钻井液返回漏失，钻遇高压油气大直径的导管伸缩运动而不能耐高压等。这样就把防喷器放到海底。该船首先使用简易的水下设备，从而把浮船钻井技术向前推进了一步。浮船钻井的特点是比较灵活，移位快，能在深水中钻探，比较经济。但它的缺点是受风浪海况影响大，稳定性相对较差，给钻井带来困难。
1954年，第一条自升式钻井船“迪龙一号”问世，12个圆柱形桩腿。随后几条自升式钻井平台，皆为多腿式。1956年造的“斯考皮号”平台是第一条三腿式的自升式平台，用电动机驱动小齿轮沿桩腿上的齿条升降船体。1957年制造的“卡斯二号”是带有沉垫和4条圆柱形桩腿的平台。由于经济原因，自升式钻井平台开始兴起，滨海钻井承包商们认识到在40英尺或更深的水中工作，升降系统的造价比坐底式船要低得多。自升式钻井平台的腿是可以升降的，不钻井时，把腿升高，平台坐到水面，拖船把平台拖到工区，然后使腿下降伸到海底，再加压，平台升到一定高度，脱离潮、浪、涌的影响，得以钻井。
1954年提出张力腿式钻井平台（TLP）设想，英国北海Hutton油田首次于生产中使用此平台，1983年安装，1984年投产。
随着钻井技术的提高，在一个钻井平台上可以打许多口井而钻井平台不必移动，特别是近海的开发井。这样，固定式平台也有发展。固定式平台就是建立永久性钻井平台，大都是钢结构，打桩，然后升出海面；也有些是水泥结构件。
1962年，壳牌石油公司用世界上第一艘“碧水一号”半潜式钻井船钻井成功。“碧水一号”原来是一条坐底式平台，工作水深23米。当时为了减少移位时间，该公司在吃水12米的半潜状态下拖航。在拖航过程中，发现此时平台稳定，可以钻井，这样就得到了启示，后把该平台改装成半潜式钻井平台。1964年7月，一条专门设计的半潜式平台“碧水二号”在加利福尼亚州开钻了。第一条三角形的半潜式平台是1963年完工的“海洋钻工号”，第二条是1965年完工的“赛德柯135”。
随着海上钻井的不断发展，人类把目光移向更深的海域。半潜式钻井平台就充分显示出它的优越性，在海况恶劣的北海，更是称雄，与之配套的水下钻井设备也随之发展，从原来简单型逐渐趋于完善。半潜式钻井平台一般都是用锚系定位的，而深海必须使用动力定位。第一条动力定位船是“Cussl”，能在12000英尺水深处工作，获取600英尺的岩心。以后出现了动力定位船“格洛玛·挑战者号”，它于1968年投入工作，一直用于大洋取心钻井。世界上真正用于海上石油勘探的第一条动力定位船是1971年建成的“赛柯船445”钻井船，工作水深在动力定位时可达600米以上。
1950—1970年，由于石油钻采技术的迅速发展，陆地和近海勘探发现大量油气储，石油产量剧增，工业发达国家纷纷弃煤用油，加上汽车工业特别是家用汽车迅猛发展，大量耗油促使产油和炼油大增。
1971—1980年，由于中东战争等因素，油价攀升至每桶约32美元，促使海洋石油工业大发展，海洋石油钻井平台的设计建造数量从1975年的304艘增至1985年的772艘。由于油价从1981年开始下跌的延后效应（最低下跌至每桶不足16美元）。
1981—1996年，海洋石油钻井采油陷入不景气的低谷，投入海上勘探开发钻井逐年减少，1996年海洋钻井平台减至567艘，各石油设备制造厂商也大幅度萎缩或合并，海上新平台建造也较少，多数将旧平台更新改造，用以适应钻井水深和钻井深度向深部推进的需求。
1997—2004年，由于世界各国政治经济的诸多因素、科学技术的进步以及中东伊拉克对科威特战争和相随而至的两次美伊战事等原因，油价又逐渐上升，海上移动式钻井平台从1996年的56艘增至2002年的670艘。2003—2007年，各年依次为677艘、678艘、673艘、641艘和654艘（参见《世界石油》，2007年10月号），其中超水深的平台骤增，如2006年，世界工作水深不小于1524米（5000英尺）的超深水钻井平台（船）已111艘（包括83艘超深水半潜式钻井平台和28艘超深水钻井船）。
2001年，墨西哥湾钻井水深达2964米。
2002年，雪佛龙公司钻井垂深达9210米。
2003年，雪佛龙德士古公司在美国墨西哥湾钻井工作水深突破3000米。
四、发展趋势
在海上石油开采的最初阶段，由于向海上进军难度很大，在海上建造平台与在海上钻井的难度很大，所以最初的海上平台只是靠近海岸、在浅海处、用木头建造的近海结构物，而进行的也不过是在水深很浅的海域进行简单的钻井活动，还未能开始进行油气的规模开采。
随着人类科技的不断进步，人们对建筑材料的掌握更加深入，因此构建海洋钻井平台的材料由木材变成了钢材，离海岸的距离也逐渐变远，从由海岸建筑向海洋延伸逐渐转变为出现在海面上的钻井平台。
当钻井平台由近海位置向海洋方向进发时，海洋平台下方海水的深度会发生变化，逐渐增大，特别是达到大陆架的范围之后。此时海洋钻井平台就出现了各种类型，如适于较浅深度的稳性较高的重力式平台、便于移动的半浮式平台、在风浪中能够保持稳定的张力腿式平台。
（1）海洋钻井平台被少数国家长期垄断的局面将逐渐被打破。
在海洋钻井平台技术发展过程中，美国、挪威等西方发达国家由于起步早已积累了一定经验，尤其是在海洋深水技术开发方面一直处于领先和垄断地位，但随着近几年世界多个国家涉足海洋勘探开发领域，尤其是中国、巴西、韩国、日本等国家的崛起，今后海洋装备技术将呈现出多渠道、多国化、百花齐放的发展局面。
（2）海洋钻井平台将向高可靠性、自动化方向发展。
面对风、浪、流等各种复杂的海洋作业环境及海上安全与技术规范条款的要求等，石油装备的高可靠性是保证海洋油气能否顺利开发的先决条件。同时，为了提高平台作业效率，降低劳动强度及减小手工操作的误差率，海洋装备的自动化、智能化控制技术已得到较好的应用。但对发展中国家而言，尚需对DP3定位系统、自动化管子处理系统以及海洋水下设备下入工具等做进一步研究。
（3）海洋钻井平台向多功能化方向发展趋势明显。
20世纪90年代后期，部分钻井平台开始向多功能化方向发展。新型的多功能海洋平台不仅具有钻井功能，同时还具备修井、采油、生活和动力等多种功能。如具有动力定位装置的FPSO，不仅完全具备上述功能，而且还可以作为穿梭油轮，实现一条船开发一个海上大型油田的目标。多功能半潜式钻井平台不仅可用作钻井平台，也可用作生产平台、起重平台、铺管平台、生活平台以及海上科研基地，甚至可用作导弹发射平台等，适用范围越来越广。
（4）海洋钻井平台向深水领域发展必将成为新的发展方向。
世界主要海洋装备制造强国均已开始研究并制造大型化的海洋油气开发装备，作业水深已由早先的10～25米发展到当今的3000米以上，海洋油气开发装备的最大钻井深度可达12000米。目前，第5代、第6代超深水半潜式平台已成为发展潮流。根据美国权威机构统计分析，2001—2007年全世界投入的海洋油气开发项目为434个，其中水深大于500米的深水项目占48％，水深大于1200米的超深水项目达到22％，各大石油公司在深海领域的投资有不断增加的趋势，海洋钻井平台正不断向深水领域发展。
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