第6章 半潜式海洋钻井平台2

　WEMUSTDO　WEMUSTDO主要内容¾半潜式钻井平台应用背景¾国内外半潜式钻井平台的发展¾国内外半潜式钻井平台研制现状¾半潜式钻井平台技术特点¾半潜式钻井平台未来研究热点　WEMUSTDO辽阔的海洋蕴藏着丰富的资源，其中油气资源的开发是海洋资源开发的重要组成部分。海洋的平均水深为3730米，其中90%以上海洋面积的水深在200米至6000米之间，74%以上的水深在3000米到6000米间，而目前已探明的海洋石油储量80%以上在水深500米以内，因此有大量的海域面积还有待勘探。随着世界油气需求的增加，陆上及近海常规水深的开发已趋饱和，海底油气的开采向深水域（水深450-1500米）和超深水域（水深1500米以上）发展。一.半潜式钻井平台应用背景　WEMUSTDO随着水深的增加，传统的导管架和重力式等平台由于自重和成本的大幅度增大而不适合深水开发，因此适合于深海作业的钻采生产系统成为了研究的热点。近几十年来，由于墨西哥湾、巴西、西非、北海等深水油气的不断开发，涌现出多种适于深海油气钻采生产的平台型式：张力腿平台（TLP）、Spar、半潜式平台（Semisubmersible）等，其外形及对比如下：一.半潜式钻井平台应用背景　WEMUSTDO一.半潜式钻井平台应用背景　WEMUSTDO半潜式平台由立柱提供工作所需的稳性，因此又称为柱稳式平台。半潜式平台水线面很小，这使得它具有较大的固有周期，不大可能和波谱的主要成分波发生共振，达到减小运动响应的目的；它的浮体位于水面以下的深处，大大减小了波浪作用力。当波长和平台长度处于某些比值时，立柱和浮体上的波浪作用力能互相抵消,从而使作用在平台上的作用力很小，理论上甚至可以等于零。一.半潜式钻井平台应用背景　WEMUSTDO因而，半潜式海洋钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作业效率、易于改造并具备钻井、修井、生产等多种工作功能，无需海上安装，全球全天候的工作能力和自存能力等优点。其在深海能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势。一.半潜式钻井平台应用背景　WEMUSTDO自1961年世界上首座半潜式钻井平台诞生到目前,半潜式钻井平台经历了6个发展阶段,各阶段的代表平台参数如下表。第一代半潜式钻井平台：第1代半潜式钻井平台出现在20世纪60年代中后期,由座底式平台演变而来,这个时期平台作业水深为90～180m,采用锚泊定位。1961年诞生的OceanDriller为3立柱结构,甲板呈V字形;BlueWater钻井公司拥有的RigNO.1半潜式平台为4立柱结构,该平台为Shell公司设计;1966年Sedco135半潜式平台为12根立柱,为FriedeGoldman公司设计,这个时期的平台结构布局大多不合理,设备自动化程度低。二.半潜式钻井平台的发展　WEMUSTDO第二代半潜式钻井平台：20世纪70年代,出现了以BulfordDolphin,OceanBaroness,NobleTheraldMartin等为代表的第2代半潜式钻井平台,这类平台作业水深180～600m,钻深能力以6096m(20000英尺)和7620m(25000英尺)两种为主,采用锚泊定位,设备操作自动化程度不高。二.半潜式钻井平台的发展　WEMUSTDO第三代半潜式钻井平台：1980-1985年,以Sedco714,AtwoodHunter,AtwoodEagle,AtwoodFalcon等为代表的第3代半潜式钻井平台出现,此时平台作业水深450～1500m,钻深以7620m(25000英尺)为主,采用锚泊定位,结构较为合理,操作自动化程度不高。这类平台是20世纪80～90年代的主力平台,建造数量最多。同期平台还有F&GEnhancedPacesetter公司设计的PrideVenezuela;PrideSouthAtlantic以及AkerH23设计的OceanWinner和DeepseaBergen等。二.半潜式钻井平台的发展　WEMUSTDO第四代半潜式钻井平台：以JackBates,NobleAmosRunner,NoblePaulRomano,NobleMaxSmith为代表的第4代半潜式钻井平台出现在20世纪90年代末,其作业水深达1000～2000m,钻深以7620m(25000英尺)和9144m(30000英尺)为主,锚泊定位为主,采用推进器辅助定位并配有部分自动化钻台甲板机械,设备能力与甲板可变载荷都有提高.DeHoopMegathyst公司设计的PrideBrazil,PrideCarlosWalter,PridePortland,PrideRiodeJaneiro均属于此级别平台。二.半潜式钻井平台的发展　WEMUSTDO第五代半潜式钻井平台：2000-2005年期间,出现了以OceanRover,SedcoEnergy,SedcoExpress为代表的第5代半潜式钻井平台,其作业水深达1800～3600m,钻深能力在7620～11430m(25000～37500英尺)之间,采用动力定位为主,锚泊定位为辅的定位方式,能适应更加恶劣的海洋环境。由SedcoForex公司设计的第5代半潜式平台采用模块化的甲板构件和2台独立的管子垂直移运排放机等自动化设备,提高了钻管移放速度。同期平台有Friede&Goldman设计的GSFDevelopmentDrillerI&II和Reading&BatesRBS-8DandRBS-8M设计的DeepwaterHorizon,DeepwaterNautilus。二.半潜式钻井平台的发展　WEMUSTDO第五代深水半潜式钻井平台　WEMUSTDO第六代半潜式钻井平台：21世纪初,作为目前世界上最先进的第6代半潜式钻井平台相继诞生,如Scarabeo9,AkerH-6e,GVA7500,MSCDSS21等。第6代半潜式钻井平台作业水深达2550～3600m,多数为3048m,钻深大于9144m(30000英尺),采用动力定位,船体结构更为优化,可变载荷更大,配备自动排管等高效作业设备,能适应极其恶劣的海洋环境。二.半潜式钻井平台的发展　WEMUSTDO第六代半潜式钻井平台：第6代平台比以往钻井平台更先进的设计在于采用了双井口作业方式，即相对于陆地钻机而言，该平台钻机具有双井架、双井口、双提升系统等。主井口用于正常的钻进工作，辅助井口主要完成组装、拆卸钻杆及下放、回收水下器具等离线作业。虽然平台的投资有所增加，但是对于海洋钻井作业效率的提高是显著的。据相关资料介绍，双井口钻井作业在不同的作业工况下可以节省21%-70%的时间。二.半潜式钻井平台的发展　WEMUSTDO六代半潜式海洋平台及典型配置　WEMUSTDO国外半潜式钻井平台研制现状国内半潜式钻井平台研制现状三.国内外半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO截止2007年12月,全球在册登记的半潜式钻井平台共有210座,其中包括部分在建平台和维修平台(如下表),在册的210座半潜式钻井平台中,工作水深以304.8～914.4m(1000～3000英尺)居多,工作深水3048m(10000英尺)的仅有30座,其中有26座为在建平台(如下表)。1.国外半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO1.国外半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO下表列举了目前世界上深水钻井作业实力最强的公司以及拥有的半潜式平台数量。Transocean公司以拥有42座半潜式平台的绝对优势占据全球第一的位置。1.国外半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO半潜式钻井平台的设计技术含量极高。目前国际上设计半潜式钻井平台的公司主要有:美国的Friede&Goldman公司、挪威的AkerKvaerner公司、新加坡的HaraldFrigstad工程设计公司、挪威的GlobalMaritime公司、瑞典的GAV咨询公司、荷兰的海洋结构咨询公司、美国的J.RayMcDermott公司和新加坡的吉宝公司(KeppelFELS)等。1.国外半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO半潜式钻井平台的建造工程非常庞大,周期长,世界上只有少数几家公司有能力承建。目前承建半潜式钻井平台的公司主要有新加坡的吉宝公司和SembCorp海洋公司、韩国的三星重工公司和大宇造船海洋工程公司、美国的FrriedeGoldman近海公司、挪威的Aker集团。1.国外半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO近年来,随着国外造船任务的日益增长,部分平台建造也转移到中国,如烟台莱佛士船业有限公司、大连新船重工公司等。特别是大连船厂,2000年至今,已为挪威先后建造了Bingo9000系列共4艘半潜式钻井平台,该系列平台工作水深2500m,钻深能力9144m,属于第5代平台。1.国外半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO我国海洋油气开发己有近40年的历史,但从海洋工程装备和技术角度看,与世界先进国家仍存在较大差距,尤其是半潜式平台技术方面的差距更为明显。1984年,我国第一台半潜式平台—勘探3号（如下图）诞生,由中国船舶与海洋工程设计研究院、地质矿产部海洋地质调查局和上海船厂联合设计,由上海船厂建造。该平台为非自航半潜式钻井平台,工作水深35～200m,最大钻井深度6000m,井架由宝鸡石油机械有限责任公司制造,高49m,钻井设备主要由美国大陆EMSCO公司供应,泥浆泵为2台FB21300型三缸单作用泵。2.国内半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO勘探3号　WEMUSTDO近年来,通过购买旧船方式,我国新增了数座半潜式钻井平台。中海油拥有南海2号、南海5号（如图）、南海6号（如图）;中石化的勘探4号为AkerH-3、Friede&Goldman公司设计的第3代半潜式平台,这几座平台的工作水深除勘探4号为600m左右,其余均小于500m,钻井深度为7620m(25000英尺),服役均在20年以上。2.国内半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO南海5号南海6号　WEMUSTDO目前我国南海深水区域已有重大的油气发现,但受深水钻井装备的限制,开发进展缓慢，为此,我国已经将“深水半潜式钻井船设计与建造关键技术”列为国家863项目。中海油和美国F&G公司正在联合研制CNOOCSemisubTBNI号半潜式平台,该平台最大作业水深3000m,最大钻井深度10000m,属于第6代半潜式平台。2.国内半潜式钻井平台研制现状　WEMUSTDO目前国外出现的半潜式平台已发展到第六代，它们大都具有在水深1500米以上水域工作的能力，配备甲板大吊机，采用动力定位系统，结构设计条件高，抗风暴能力强。新一代的半潜式平台即第七代半潜式平台亦在设计建造中。下表为第五、第六代半潜式钻井平台典型技术参数。四.半潜式钻井平台技术特点　WEMUSTDO深海半潜式钻井平台技术参数　WEMUSTDO通过对以上技术参数的分析，我们可以总结出第五、第六代半潜式平台新发展的主要特点，如下：1.可变载荷增大通过优化设计，其可变载荷与总排水量的比值超过0.2，甲板可变载荷将达到万吨，平台自持能力增强，同时甲板空间增大，钻井等作业安全性能提高。四.半潜式钻井平台技术特点　WEMUSTDO2.外形结构简化，采用高强度钢早期平台的立柱数目众多，现多采用6个或4个圆立柱或圆角方立柱。斜撑数目从14－20根大幅降低，以致减为2－4根横撑，并将最终取消各种形式的撑杆和节点。平台主结构采用甚高强度钢，以减轻平台结构自重和造价，提高可变载荷与平台自重比，提高排水量和平台自重比。通常大多数海上工程用钢的屈服强度（R）为250－350Mpa（36250-50750PSI），目前，甚高强度钢（R=700MPa）已用作平台的重要结构，甚至使用R=827Mpa的钢材，这些钢材不仅强度高，而且韧性好，可焊性好。下图为半潜式钻井平台结构形式变化。四.半潜式钻井平台技术特点　WEMUSTDO半潜式钻井平台结构形式变化　WEMUSTDO目前正在建造的新一代半潜式平台型式主要有两平行浮体六立柱、环形浮体六