国内深水自升式钻井平台发展概况

罗宏志, 蒙占彬

(1.中国石化集团国际石油工程有限公司,北京 100011;2.胜利石油管理局钻井工艺研究院,东营 257017)

国内深水自升式钻井平台发展概况

罗宏志1, 蒙占彬2

(1.中国石化集团国际石油工程有限公司,北京 100011;2.胜利石油管理局钻井工艺研究院,东营 257017)

介绍了桁架腿自升式钻井平台国内外技术现状及发展趋势,并重点分析了桁架腿自升式钻井平台国产化的必要性和关键技术。

桁架腿;自升式钻井平台;国产化

Abstract:The current technical status and trend of truss leg self-elevating drilling unit at home and abroad are introduced.Then the homemade necessity and key technology of the truss leg self-elevating drilling unit are mainly analyzed.

Key words:truss leg;self-elevating drilling unit;homemade application

0 引言

在海洋油气勘探开发中,自升式钻井平台是目前应用最为广泛的移动式钻井设施。它主要由平台主体、桩腿、升降系统、钻井装置等组成。其中,桩腿是自升式钻井平台的重要构件之一。桩腿结构形式有柱体式和桁架式两大类(如图1所示)。柱体式桩腿由钢板焊接成封闭式结构,其断面有圆柱形和方箱形两种,一般用于作业水深60 m以下的自升式平台;水深加大,波浪载荷剧增,结构重量增大时,宜采用由弦杆、水平撑杆和斜撑杆组成的桁架式桩腿,桩腿可按海底地质条件情况设置桩靴,桩靴的平面形状有圆形、方形和多边形。

图1 自升式钻井平台分类

1 国内外技术发展现状及趋势

1.1 国外技术发展现状

国外在中深水自升式钻井平台设计与建造方面起步早。截至2009年3月,总计已建200余座中深水桁架腿自升式钻井平台,另有58座在建中。在建深水桁架腿自升式钻井平台统计如图2所示。

从图2可以看出,目前在建的中深水桁架腿自升式钻井平台主要由Friede&Goldman(以下简称:F&G)、GUSTO MSC、KEPPEL、PPL和LeTourneau等公司或船厂设计。这些公司或船厂在中深水桁架腿自升式钻井平台设计方面具有丰富经验,已经形成多种型号的系列产品,产品均经过实践检验,获得了全球钻井承包商的广泛认可。其中LeTourneau公司是自升式钻井平台设计的先驱,全世界1/

3的自升式平台出自其设计;荷兰MSC公司设计了一系列工作于超恶劣海况海域的自升式钻井平台(例如挪威北部海域与加拿大东部海域);20世纪80年代初,美国F&G公司就已申请齿条锁定系统(Rack Chock Fixation System)专利,这一齿条锁定系统使得自升式钻井平台能够进入更深、更恶劣海况的海域工作。F&G的L-780系列自升式钻井平台共建造了39艘,取得了很大成功。表1列举了目前具有代表性的几种中深水桁架腿自升式钻井平台的关键技术参数。

图2 全球在建中深水桁架腿自升式钻井平台统计图

表1 几种不同型号的中深水桁架腿自升式钻井平台技术参数对比

目前,自升式钻井平台的发展趋势如下:

①平台工作水深不断增加,现最深已达168 m;②配备悬臂梁系统,悬臂梁移动范围更大,一次就位钻井口数更多;③发展高强度三角形桁架三桩腿结构,采用电动齿轮齿条升降系统,并配有锁紧机构;④采用高强度钢和更高强度钢,以降低平台自重;⑤增大平台可变载荷及甲板空间、全天候的工作能力和自持能力;⑥配备钻井能力更强、自动化程度更高的先进钻井设备;⑦更加注重健康、安全、环保。

1.2 国内技术发展现状

我国三大石油集团目前拥有的中深水桁架腿自升式钻井平台共计25座(包括在建8座),详见表2。其中6座平台役龄已超过20年,“勘探2号”、“渤海4号”和“COSL 935”役龄甚至已超过30年。虽然很多平台已作改造,但仅更换部分设备和改善生活设施,性能上没有大的改变。现有中深水桁架腿自升式钻井平台远远满足不了我国海洋石油勘探开发的需要。

中国海洋石油总公司的“海洋石油941”和“海洋石油942”是目前国内自动化程度最高、作业水深最深、具有国际先进水平的自升式钻井平台。该平台属F&G设计的JU2 000型,一次定位最多能钻30多口井,并配备了自动化排管系统。

目前,国内已经自主设计建造了多座浅水圆柱腿自升式钻井平台,但在中深水桁架腿自升式平台设计方面尚无业绩。国内造船厂如大连造船重工、沪东中华船厂等在上世纪80年代即开始建造钻井平台。在近年全球造船市场萎缩而海工市场兴起的情况下,国内大量船厂也开始建造钻井平台,其中包括上海外高桥造船有限公司、烟台莱佛士船业有限公司、广州中船黄埔造船有限公司、南通中远船务、招商局重工(深圳)有限公司、青岛北海船舶重工、山海关船厂等。国内船厂建造自升式钻井平台的能力已经达到较高水平,为实现国产化创造了条件。

表2 国内现有桁架腿自升式钻井平台(含在建)

2 中深水桁架腿自升式海洋平台国产化

2.1 国产化的必要性

目前,我国已经掌握了浅海壳体式桩腿自升式钻井平台的设计与建造技术,并且自主设计建造了“中油海洋5、6、7、8号”、“海洋石油281”等自升式钻井平台。但国内尚未掌握中深水桁架腿自升式钻井平台设计的关键技术,也无桁架腿自升式钻井平台成功的设计经验。国内三大石油公司拥有的桁架腿自升式钻井平台都是直接从国外购得或依靠国外设计,再由国内船厂进行施工建造。(如:海洋石油“941”、“942”即是中国海洋石油总公司委托美国F&G设计、大连船舶重工集团有限公司建造)。

然而桁架腿自升式钻井平台从国外进口或依靠国外设计存在以下弊端:

①购买费用或设计费用昂贵;②平台的设计与布置不能完全适应国内生产、操作的需要;③设备全部进口,日后操作、维修会遇困难,如更换成国产设备,可能造成平台建造过程中重量难以控制;④会对国外设计公司和供货商造成依赖;⑤不利于国内海洋石油工业的发展。

结合我国现有国产设备情况,系统地对中深水桁架腿自升式海洋平台设计的关键技术进行研究,形成具有我国特色,适于我国海洋石油勘探开发的中深水桁架腿自升式钻井平台设计技术,将对提升我国海洋工程能力,加快我国南黄海、东海以及南海等水深较大的大陆架油气资源的勘探开发具有重大意义。

2.2 需要解决的关键技术

(1)波浪与海流载荷的计算

桁架腿自升式平台由于作业水深较大,因此环境载荷对整个平台的安全性起着至关重要的作用。而环境载荷中的波浪与海流载荷的准确计算一直是个难题,因此如何准确确定平台桩腿所受波浪与海流载荷、如何准确确定 CD、CM,对平台桩腿结构的优化设计,保障平台的安全性,提高平台的经济性具有重要意义。

(2)平台总体性能优化研究

随着作业水深的增加,平台桩腿长度需要相应增加,这势必会影响平台拖航状态稳性等总体性能,故而需要对深水桁架腿平台总体性能进行优化研究,以确保平台的安全性。

(3)波浪、海流和风等环境载荷联合作用下的动力响应分析

随着作业水深的增加,波浪、海流等环境载荷剧增,工况更加恶劣和复杂,这时需要考虑动力效应,对平台的振动、动力响应等进行分析。

(4)桁架桩腿结构形式的优化研究

桁架桩腿主要由弦杆、水平撑杆、斜撑杆等构件组成,如何优化弦杆间距、水平撑杆节距、斜撑杆布置形式及以上构件尺度等,对保证桩腿结构的安全性及降低桩腿结构重量与造价具有重要意义。

(5)桩腿与船体及固桩架区域的连接形式的研究

桁架式桩腿与船体和固桩架接触面积小,但接触点多,这就需要对桩腿与船体及固桩架的连接形式进行研究,以保证两者之间能够良好地进行力的传递。

(6)桩腿锁紧装置配套技术研究

包括锁紧装置与平台的连接方式、锁紧装置结构形式等方面的研究。

(7)基于国产设备的平台配套技术研究

结合国产设备情况,配套研究相关设备,优化平台性能,保证平台具有良好的经济性与适用性。

(8)满足逐年增高的QHSE要求和标准

近年来,加强海洋环境保护已经成为全世界环保工作的重点。国际海事组织、各国船级社等相继提高海洋平台环保标准,并对泥浆和岩屑的不落地回收、零排放、压载水等提出了更高要求和标准,新开发的中深水自升式平台务应满足QHSE相关要求。

3 结束语

国家发改委2009年通过的《船舶工业调整和振兴规划》将海洋工程装备作为发展重点之一,要求大力开展技术创新,提高自主研发能力。国家三大石油公司也都在“十二五”规划中对进一步提高海洋石油勘探开发能力进行了具体规划。形成具有我国特色、适于我国海洋石油勘探开发的中深水桁架腿自升式海洋平台设计技术,将对提升我国海洋工程能力,加快我国南黄海、东海以及南海大陆架油气资源的勘探开发、解决油气供需矛盾具有重要意义。

[1] 汪张棠,赵建亭.自升式钻井平台在我国海洋油气勘探开发中的应用和发展[J].船舶,2008,19(1):10-15.

[2] 陈宏,李春祥.自升式钻井平台的发展综述[J].中国海洋平台,2007,22(6):1-6.

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[4] 马志良,罗德涛.近海移动式平台[C].北京:海洋出版社,1993.

[5] 孙东昌,潘斌.海洋自升式移动平台设计与研究[C].上海:上海交通大学出版社,2008.

General Situation of Deepwater Self-Elevating Drilling Unit Develop in China

LUO Hong-zhi1, MENG Zhan-bin2
(1.Sinopec International Petroleum Service Corporation,Beijing 100011,China;2.Sinopec Shengli Oilfield Technology Institute,Dongying 257017,China)

TE951

A

1001-4500(2010)04-0004-04

2010-06-11

罗宏志(1969-),男,高级工程师,主要从事海洋石油工程项目开发和管理。