38朱金星从“海洋石油981”的建成浅谈半潜式平台的发展前景

从“海洋石油981”的建成浅谈半潜式平台的发展前景背景上海外高桥造船有限公司为中国海洋石油总公司设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”号，于2011年12月2日圆满完成海上钻井系统试验等各项钻井前联调任务，顺利交付使用。这在我国海洋工程装备领域树立了一个重大里程碑，为该公司进一步做大做强海洋工程业务打下了坚实基础。此外“海洋石油981”的建成，还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。21世纪全球众多国家由于能源资源的束缚，逐渐将各自的眼光都转向了海洋。21世纪是海洋的世纪，300—3000米海域是能源领域最具潜力的处女地，是全球资源开发的战略制高点。海洋工程装备制造作为高端制造业的重要组成部分，是海洋开发、利用、保护的基础环节。深水钻井平台和装备是“流动的国土”，是国家综合实力的象征。因此，我国要想在未来的海洋纷争中能够应付自如，就必须大力发展海洋科技从而促进海洋钻井平台发展。关键字南海海洋平台海洋经济发展前景一、南海——众多国家眼中的肥肉1、南海争端的根源——油气资源开发即使深藏于蔚蓝色海水之下，黑色的石油仍随时可能触发新的冲突。主权之外，石油天然气这一稀缺战略资源的开发，正是各国角力的焦点所在。全球资源争夺日益白热化，使我国在南海的利益浮出水面。蚕食和瓜分南海的高潮出现在20世纪70年代之后，而原因就在于20世纪60年代，在南海盆地发现大量石油和天然气资源，南海成为世界四大储油区之一，这是引发南海争夺高潮的实质原因。在上世纪70年代以前，南海风平浪静。那时这些地方还没发现大的能源储藏量。当时南海周边国家没有资源需求，相安无事。现在能源越来越被各国当作崛起的关键要素，看着南海的油气资源，人人都在眼红，人人都想插一手。南沙蕴藏着极为丰富的矿产资源，储存了用之不竭的海洋能源，有“第二个波斯湾”之称。在我国南海传统疆界线内200多万平方千米的海域，已探明石油地质储量在230亿至300亿吨之间，天然气储量达15万亿立方米，占中国能源总量的1/3。因此油气资源的开发是南海周边国家发生争端的导火索。2、我国对待南海的态度长期以来，我国奉行和平外交政策，对南海周边国家实行睦邻友好政策，提出了“主权在我，搁置争议，共同开发”的原则和方针。然而，迄今为止中国的和平善意没有得到应有的回应，相关周边国家反而趁此机会加速抢占中国岛屿、肆意分割中国海域、公然掠夺中国的资源。2011年6月，中国南海问题再次升温。中国的忍让和克制，没有换来南海的和平和安宁。南海的军演，你方唱罢我登台，越南在南海刚刚演习完不久，又迎来了菲美军演。南海剑拔弩张的背后，储量庞大的油气资源更是各方争夺的焦点。令人意想不到的是，在南沙海域南部的1200多口油气井中，却没有一口井是中国企业建设的。3、周边国家对待南海的态度1）越南自从1986年开始，越南在南沙打出了第一口出油探井，从此一发不可收拾。为使南海问题复杂化、国际化，越南引入西方石油公司共同开发南海有争议领域的油气资源。越南租借俄罗斯考察船深入南海争议海域实施“考察”，单方面启动与英国石油公司在有争议海域建设天然气田和管道的计划，与美国埃克森-美孚公司达成在中越有争议海域进行油气勘探合作协议。外国公司的利益介入，使南海问题更加复杂化。近年来，越南在开发南海石油资源上积极与欧美国家的大公司合作，将包括争议海域在内的相关海域划分为上百个油气开发区面向全球招标，已经同来自美国、俄罗斯、法国、英国等共计200多家石油公司签订了一系列油气勘探、开采合同。2）菲律宾菲律宾紧随越南的脚步，从上世纪70年代末期，就不断采取各种方式，侵犯我国南海的主权和管辖权。菲律宾非法占据南海的南沙岛礁，并在岛上建造了码头、机场跑道、发电站、防护堤及军事碉堡。虽然菲律宾没有像越南那样明目张胆的大肆开采我国的海洋油气资源，但是由于菲律宾也是一个能源匮乏国家，它对南海的油气资源更是垂涎三尺。近年来，在越南的带动下，菲律宾紧随其步，并与西方石油公司在“断续线”一带发现了两个油气田。3）印度2011年9月15日，据印度媒体报道，印度国有石油天然气公司(ONGC)拟进入南海争议海域开发油气资源，并称有关计划“已获得越南许可”。印度外交部对中国的反对表示不屑，称“中国的反对没有法律依据”。越南在南海的一处油井4）其他一些国家印尼、马来西亚以及文莱三国所占中国南海岛礁数量较少，但它们同样加紧开采争议海域的油气资源，方式方法跟越南、菲律宾都大同小异。还有其他的国家，虽然没有明目的占有南海的岛屿，但是他们不顾我国的反对与抗议，还与以上国家合作勘探以及开采南海的油气资源，这跟以上国家的侵犯性质是一样的。业内人士认为，周边国家对中国南沙海域油气资源疯狂开采，在中国传统海疆内发现油气田110个，获得可采储量30亿吨油当量，逐步向中国深水领域扩张，南海南部深水区将成为今后油气资源争夺的主战场。如何阻止周边国家对我国能源资源的侵犯？将是我国在发展海洋发面要着重考虑的问题。除了军事力量的提升，是否还的考虑海洋油气资源勘探开采能力的提升。能源资源依然是我国中长期经济社会发展主要约束因素的，大背景下，对于有着“第二个波斯湾”之称的我国南海的能源开发，可以说刻不容缓。因此，要大力开发南海的能源资源，就得大力促进能够完成深海的能源资源勘探与开采的海洋平台的发展。它们就是我国在海上的一座座“航空母舰”。二、海洋平台的种类简介1、不同类型的海洋平台为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。按其结构特性和工作状态可分为固定式、活动式和半固定式三大类。固定式平台的下部由桩、扩大基脚或其他构造直接支承并固着于海底，按支承情况分为桩基式和重力式两种。桩基式平台：1）导管架型平台。在软土地基上应用较多的一种桩基平台。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、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。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。在冰块飘流的海区，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；近年应用谱分析技术分析管结点的应力，取得较好的结果。导管架由导管（即立柱）和导管间的水平杆和斜杆焊接组成，钢桩沿导管打入海底。打桩完毕后，在两者的环形空隙内用水泥浆等胶结材料固结，使桩与导管架形成一个整体，以承受巨大的竖向和水平荷载。若桩的承载能力不能满足要求时，可在立柱之间和角立柱的周围增设钢桩。这种平台施工时一般先在陆地上预制导管架,再用驳船拖运就位进行安装,通过调节压舱水使驳船倾斜，然后用卷扬机将导管架送入水中，由其自身浮力悬浮在水中，再向导管架立柱内灌水，同时用起重船把导管架竖立就位于海底井址，再将桩逐段连续打入海底土层固定。用于深海的导管架高度很大，整体运输困难，可采用分段制造，分段下水连接而成。2）塔架型平台。另一种适于软土地基的桩基平台。由腿柱（通常直径达6米）、水平杆和斜杆及大梁(圆形或箱形)组成。为减小挡水面积，桩均设置在腿柱内,排成圆形，桩顶与腿柱焊接，空隙内灌入水泥浆，以防止薄壁腿柱发生局部压屈，并使桩固定在腿柱下端。施工时将塔架侧放并拖运就位,注入压舱水，使塔架直立,然后打桩，最后安装平台甲板。在自然条件恶劣的深水区，目前多采用导管架和塔架的组合方式。重力式平台：1)钢筋混凝土重力式平台依靠自身重量维持稳定的固定式海洋平台。主要由上部结构、腿柱和基础三部分组成。基础分整体式和分离式两种。整体式基础一般是由若干圆筒形的舱室组成的大沉垫。沉垫也可采用平板分仓的蜂窝式结构，其侧表面可做成多波形或平板形。分离式基础用若干个分离的舱室做基础，它对地基适应性强，受力明确，抗动力性能好，腿柱间距大，在拖航及下沉作业时较安全。2)钢重力式平台。也属于分离式基础型,由钢塔和钢浮筒组成，浮筒也兼作储油罐。3)钢-钢筋混凝土重力式平台。上部结构和腿柱用钢材建造，沉箱底座用钢筋混凝土建造，可充分发挥两种材料的特性。以上三种重力式平台适用于较深海域。整体式基础多建造在密实的砂土上，避免建在松散砂或较厚的软土地基上。分离式基础由于基础面积视地质条件而定，立柱的间距随水深而变,故对地基和水深的适应性很强,可用于地质条件较差的场合。重力式平台的施工分两个阶段，前阶段在干坞中进行，后阶段在近岸可避风浪的深水区进行。施工程序是；在干坞中建造基础下部，至预定高度后向干坞中灌水，把已建成的基础下部连同起重设备一起浮运至能避风浪的深水区，并牢牢系泊，继续建造基础的上部及立柱，直至混凝土工程全部完成，再向基础内部灌水，使平台下沉，然后将预制的平台甲板构件用驳船运到立柱上，使基础排水，稍稍起浮，直至立柱恰好顶在平台甲板的预定位置。最后把立柱与平台甲板牢固地连在一起，形成平台。重力式平台设计时应防止基础舱壁失稳或压坏。当基础兼做储油罐时，应考虑由于内外温差所产生的温度应力。平台要有足够的整体稳定性。基础下边可设有插入地基的裙板，防止基础底座沿海底滑动。此外，结构的倾斜度，总沉降量及动力效应都要求不超过限值。活动式平台浮于水中或支承于海底，能从一井位移至另一井位，接支承情况可分为着底式和浮动式两类。着底式平台：1)坐底式平台。最早的活动平台采用钻井驳船。后来随着海洋石油钻探水深的不断增加,钻井驳船进一步发展成坐底式平台,它由沉垫、立柱和平台甲板三部分组成,适用于水深为5～30米而且海底比较平坦的场合。沉垫可以是整体式，也可以是分离式。向沉垫内灌水，平台即下沉坐落在海底。把水排出,平台就能浮起，故这种平台又有沉浮式之称,要求沉得下，坐得稳，浮得起。中国建成的胜利一号平台即属浅海坐底式平台。2）自升式平台。由一个驳船式船体和若干能升降并能起支撑作用的桩腿组成，船体有足够的浮力以运载钻井设备和给养到达工作地点。作业时平台被桩腿支撑并抬升到海面以上。转移时，把桩腿拔起，驳船式船体下降浮于水面，即可拖运到另一地点。自升式平台分为插桩自升式和沉垫自升式。桩腿可插入海底，也可在桩腿下面设置“桩靴”或独立的小沉垫。桩腿结构可以是封闭壳体式，也可以是构架式。桩腿升降机构，有电动液压式和电动齿轮齿条式。船体平面形状可以是三角形、矩形或五边形，其特点是浮运方便,作业时稳定性好，适用水深为5～90米。这种平台的应用较广。浮动式平台：1）钻井船。把钻井设备安装在船体上，靠锚系或动力定位，在漂浮的状态下钻井。一般都有自航能力，可在几百米或上千米水深的海域工作，但对风浪极为敏感，当风力超过7～8级，波高超过3～4米时就要停止作业。2）半潜式平台。主要由上部结构下潜体、立柱及斜撑组成，下潜体有靴式、矩形驳船船体式、条形浮筒式。其外形与坐底式平台相似，上部结构装设全部钻井机械、平台操作设备以及物资储备和生活设施、它是一个由顶板、底板、侧壁和若干纵横仓壁组成的空间箱形结构，水密性较高，能提供较大的浮力，作业时下潜体灌入压舱水使其潜入水下一定深度，靠锚缆或动力定位。拖航时排出压舱水，使下潜体浮在水面。在浅水区作业时可使下潜体坐落在海底，类似坐底式平台。它既可在10～600米深的海域工作,又能较好地适应恶劣的海况，但其经济水深一般为100～300米。下图为上海船厂1984年建成的“勘探三号”半潜式钻井平台的施工现场。半固定式平台它既能固定在深水中，又具有可移性。1）张力腿式平台。上部结构是浮体，通过收紧锚固在海底的缆索，使浮体的吃水深度比静平衡状态大一些，浮力大于浮体重力，剩余浮力由缆索的张力来平衡。当平台受到扰动力时，