1920年,委内瑞拉在3.5~4.3米水深的马拉开波湖建造的木质结构石油钻井平台是世界上第一座固定式海洋平台。由于受到蛆虫的威胁,木桩平台逐步发展为混凝土桩基平台,但需要在现场搭建平台,施工周期较长,工程投资大。1947年,Kerr-McGee公司在墨西哥湾安装了世界上第一座钢质海洋固定式平台,钻出了世界上第一口海上商业性的油井,揭开了海底石油勘探与开采的新纪元。
在海洋油气田开发中,钢质导管架平台占现有平台的70%以上。这种平台可以在陆地预制完成后进行海上安装,大大节约了施工周期和成本。最初的导管架平台是在浅水,其功能仅是把陆地采油装备,如采油机等,通过钢制的架子移到海上。
随着海洋采油功能需求的不断增加,导管架平台被设计建造得也越来越复杂,适应水深也逐步从浅滩水到了数百米水深,导管架平台设计建造基本实现了设计功能统一化、模块建造标准化。导管架平台基本由上部组块和下部基础结构组成。
像陆地上的楼房一样,基础结构相当于地基,包括桩和导管架。导管架是管状结构焊接而成的框架,腿柱内部中空,钢管桩由此穿过打入海床,以便固定导管架。纵向与横向连接杆件作为支撑,用于传递水平荷载,保证结构在施工和安装中的整体稳定。腿柱和桩基共同作用构成了整个导管架平台的支撑结构。根据上部组块的规模,桩基数量可以是4根、6根、8根;有的大型平台还会在主导管架腿柱外侧设置2~4根水下裙桩。桩基从导管架下入到海床以下几十米甚至100多米,支撑着几百吨到上万吨的上部组块结构。
导管架平台的上部组块一般由单层或多层平台甲板、层间桁架及立柱构成,提供了设备区域、员工宿舍、办公室等作业和生活场所。海上平台空间有限,所以甲板上的布置非常紧凑,生活场所也仅能满足作业人员的基本需要。在平台生活楼的顶部,一般会设置直升机平台,供人员、物资紧急停降使用。导管架平台可以根据工程需要,设计为具有单个或多个功能,如钻井、生产、采集、生产人员居住等;也可以通过栈桥把各独立的平台连接起来,形成平台群,用来进行大型油气田开发。
导管架固定式平台具有适应性强、安全可靠、结构简单、造价低的优点,所以在大陆架海域中得以广泛的应用,但其工作水深相对较浅,随其工作水深的增大,其工程造价将大幅增大。一方面,随着海洋油气资源开发不断向中深水推进,导管架平台的重量和尺寸大幅度增加,对建造场地的能力以及海上施工船舶资源的要求越来越高,相应的工程费用也大幅增加;另一方面,由于平台主体结构尺寸巨大,带来建造、安装等一系列技术及安全问题,这也成为制约其应用于深水油气开发的关键因素。
2022年4月,由我国自主设计建造的亚洲第一深水导管架平台——“海基一号”平台主体工程海上安装完成。“海基一号”平台是一座集钻井、生产、生活为一体的多功能钻采平台。平台总高度达340.5米,甲板面积7700平方米,约为标准足球场大小的1.1倍,总重量近4万吨,是中国海上单体原油生产平台的“重量级巨人”。“海基一号”平台是中国首次尝试深水油气田采用导管架平台开发模式,可降低开发投资约15%,大幅减少后续钻完井和生产操作成本,提升了油气田采收率及经济性。