海洋钻井平台

2026-03-12 15:25:00

1897年,美国在加利福尼亚数米水深的海域钻了世界上第一口海上探井,从而拉开了海洋油气钻井的序幕,截至2021年,海洋钻井遍布世界各个海域,海洋油气钻井技术日渐普及和成熟。海洋油气资源丰富,分布广泛,是未来主要的油气接替领域,油气勘探开发从陆地向海洋拓展是必由之路。

若想在海洋中进行钻井施工,就离不开海洋钻井平台。海洋钻井平台就如同海面上移动的钻机,平台上不仅有勘探开发所需的钻井装备,还有发电机组提供动力和照明、原油存储设备、通信设施、导航设备、钻井人员生活居住设施、安全救生设施以及运输用直升机起降平台等。

海洋钻井平台从结构上可以分为固定式钻井平台和移动式钻井平台两大类。固定式钻井平台,顾名思义,平台是直接“站”在海底上的,因此这种平台比较稳定,受风浪影响小,适用于浅海,主要包括导管架式固定钻井平台和重力式固定钻井平台。而移动式钻井平台恰恰相反,它们往往是利用浮力漂浮在海面上,靠锚链或者缆索进行定位。移动式钻井平台主要包括坐底式钻井平台、张力腿式钻井平台、牵索塔式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船等。世界上使用最多的移动式钻井平台为自升式钻井平台和半潜式钻井平台,在北海、墨西哥湾和中国渤海、南海应用广泛。

1)固定式钻井平台。固定式钻井平台是直接固定于海底的钻井平台,一般适用于浅海作业。固定平台的优点是稳定,海面气象条件对它的影响较小,而且完井后可作为采油平台,缺点是灵活性较差,且造价高,不能在较深的水域工作。导管架式固定钻井平台通过打桩的方法固定于海底,适用水深一般小于300米。自1947年第一次被用在墨西哥湾6米水域以来,发展迅速,到1978年其工作水深达到312米。混凝土重力式固定钻井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支柱支撑甲板结构,在平台底部的巨大基础中分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱,靠自身的重量直接置于海底。

中国建造的超深水双钻塔半潜式钻井平台“蓝鲸Ⅰ号”配备DP3动力定位系统,平台长117米,宽92.7米,高118米(约40层楼高),最大作业水深3658米,最大钻井深度15240米。“蓝鲸Ⅰ号”拥有27354台设备,40000多根管路,50000多个MCC报验点,电缆拉放长度120万米。

2)坐底式钻井平台。坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳,适用于河流和海湾等30米以浅的浅水域。坐底式钻井平台有两个船体,上船体又叫工作甲板,安置生活舱室和钻井设备,通过尾部开口借助悬臂结构钻井,下部是沉垫,其主要功能是压载以及海底支撑作用,用作钻井的基础,两个船体间由支撑结构相连。当到达作业地点后,往沉垫内注水使其着底,因此受海底基础(平坦及坚实程度)的制约。完井后可排出压载起浮,由拖轮拖到新的井位。

3)张力腿式钻井平台。张力腿式钻井平台是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡,其所有锚索绷紧成直线,用桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等固定,张力腿式钻井平台的重力小于浮力,力量差依靠锚索向下的拉力补偿,向下的拉力还起着绷紧平台的作用。

4)牵索塔式钻井平台。牵索塔式钻井平台得名于支撑平台的结构,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。牵索塔式钻井平台比导管架式平台和重力式平台更适合于较深海域作业,它的应用范围在200~650米。

5)自升式钻井平台。自升式钻井平台又称为甲板升降式钻井平台,由桩腿、与桩腿相连的升降装置和平台本体三部分组成,一般无自航能力。工作时多个桩腿(一般为3~4个)下放插入海底,平台被升到离开海面的安全工作高度,并对桩腿进行预压,以保证遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面,拔出桩腿并全部提起,整个平台浮于海面,由拖轮拖到新的井位。自1953年美国建成第一座自升式平台后,因这种平台对水深与海底地形适用性强,工作稳定性好,运移性好,得到快速发展,现约占移动式钻井平台总数的1/2。

(6)半潜式钻井平台。半潜式钻井平台是由坐底式钻井平台发展起来的,也由上下两个船体组成,上部为工作甲板,下部为两个下船体,用于支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度。半潜式钻井平台在深水区域作业时,需依靠定位设备,一般为锚泊定位系统或动力定位系统,锚泊定位系统一般应用于工作水深不超过500米的情况,应用动力定位系统的半潜式钻井平台工作水深一般为900~1200米,最大作业水深可达3658米。

(7)钻井船。钻井船属于浮船式钻井平台,通常是在机动船或驳船上安装钻井设备,钻井时漂浮于水上,适用于深水作业。钻井船是靠锚泊或动力定位系统进行定位。钻井船按推进能力分为自航式和非自航式两种,无自航能力的又称“钻井驳”。按船型分为端部钻井船、舷侧钻井船、船中钻井船和双体船钻井船。按定位方式分为一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式三种。钻井船船身浮于海面,易受波浪影响。为减少运营费用,提高安全性能,现阶段的钻井船主要采用紧凑型设计,双井架钻井设备,工作水深可达3000多米。

今天,海洋油气已成为全球能源接替的重要领域,而中国在超深水钻井装备领域的突破,如“蓝鲸”系列平台的建成与运营,标志着我们已经具备了走向深海、开发深海的技术底气。未来,随着智能化、自动化技术的深度融入,海洋钻井将朝着更安全、更高效、更环保的方向迈进。

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