國內(nèi)深水自升式鉆井平臺發(fā)展概況

羅宏志, 蒙占彬

(1.中國石化集團(tuán)國際石油工程有限公司,北京 100011;2.勝利石油管理局鉆井工藝研究院,東營 257017)

國內(nèi)深水自升式鉆井平臺發(fā)展概況

羅宏志1, 蒙占彬2

(1.中國石化集團(tuán)國際石油工程有限公司,北京 100011;2.勝利石油管理局鉆井工藝研究院,東營 257017)

介紹了桁架腿自升式鉆井平臺國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,并重點分析了桁架腿自升式鉆井平臺國產(chǎn)化的必要性和關(guān)鍵技術(shù)。

桁架腿;自升式鉆井平臺;國產(chǎn)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

在海洋油氣勘探開發(fā)中,自升式鉆井平臺是目前應(yīng)用最為廣泛的移動式鉆井設(shè)施。它主要由平臺主體、樁腿、升降系統(tǒng)、鉆井裝置等組成。其中,樁腿是自升式鉆井平臺的重要構(gòu)件之一。樁腿結(jié)構(gòu)形式有柱體式和桁架式兩大類(如圖1所示)。柱體式樁腿由鋼板焊接成封閉式結(jié)構(gòu),其斷面有圓柱形和方箱形兩種,一般用于作業(yè)水深60 m以下的自升式平臺;水深加大,波浪載荷劇增,結(jié)構(gòu)重量增大時,宜采用由弦桿、水平撐桿和斜撐桿組成的桁架式樁腿,樁腿可按海底地質(zhì)條件情況設(shè)置樁靴,樁靴的平面形狀有圓形、方形和多邊形。

圖1 自升式鉆井平臺分類

1 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國外在中深水自升式鉆井平臺設(shè)計與建造方面起步早。截至2009年3月,總計已建200余座中深水桁架腿自升式鉆井平臺,另有58座在建中。在建深水桁架腿自升式鉆井平臺統(tǒng)計如圖2所示。

從圖2可以看出,目前在建的中深水桁架腿自升式鉆井平臺主要由Friede&Goldman(以下簡稱:F&G)、GUSTO MSC、KEPPEL、PPL和LeTourneau等公司或船廠設(shè)計。這些公司或船廠在中深水桁架腿自升式鉆井平臺設(shè)計方面具有豐富經(jīng)驗,已經(jīng)形成多種型號的系列產(chǎn)品,產(chǎn)品均經(jīng)過實踐檢驗,獲得了全球鉆井承包商的廣泛認(rèn)可。其中LeTourneau公司是自升式鉆井平臺設(shè)計的先驅(qū),全世界1/

3的自升式平臺出自其設(shè)計;荷蘭MSC公司設(shè)計了一系列工作于超惡劣海況海域的自升式鉆井平臺(例如挪威北部海域與加拿大東部海域);20世紀(jì)80年代初,美國F&G公司就已申請齒條鎖定系統(tǒng)(Rack Chock Fixation System)專利,這一齒條鎖定系統(tǒng)使得自升式鉆井平臺能夠進(jìn)入更深、更惡劣海況的海域工作。F&G的L-780系列自升式鉆井平臺共建造了39艘,取得了很大成功。表1列舉了目前具有代表性的幾種中深水桁架腿自升式鉆井平臺的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

圖2 全球在建中深水桁架腿自升式鉆井平臺統(tǒng)計圖

表1 幾種不同型號的中深水桁架腿自升式鉆井平臺技術(shù)參數(shù)對比

目前,自升式鉆井平臺的發(fā)展趨勢如下:

①平臺工作水深不斷增加,現(xiàn)最深已達(dá)168 m;②配備懸臂梁系統(tǒng),懸臂梁移動范圍更大,一次就位鉆井口數(shù)更多;③發(fā)展高強(qiáng)度三角形桁架三樁腿結(jié)構(gòu),采用電動齒輪齒條升降系統(tǒng),并配有鎖緊機(jī)構(gòu);④采用高強(qiáng)度鋼和更高強(qiáng)度鋼,以降低平臺自重;⑤增大平臺可變載荷及甲板空間、全天候的工作能力和自持能力;⑥配備鉆井能力更強(qiáng)、自動化程度更高的先進(jìn)鉆井設(shè)備;⑦更加注重健康、安全、環(huán)保。

1.2 國內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國三大石油集團(tuán)目前擁有的中深水桁架腿自升式鉆井平臺共計25座(包括在建8座),詳見表2。其中6座平臺役齡已超過20年,“勘探2號”、“渤海4號”和“COSL 935”役齡甚至已超過30年。雖然很多平臺已作改造,但僅更換部分設(shè)備和改善生活設(shè)施,性能上沒有大的改變?，F(xiàn)有中深水桁架腿自升式鉆井平臺遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我國海洋石油勘探開發(fā)的需要。

中國海洋石油總公司的“海洋石油941”和“海洋石油942”是目前國內(nèi)自動化程度最高、作業(yè)水深最深、具有國際先進(jìn)水平的自升式鉆井平臺。該平臺屬F&G設(shè)計的JU2 000型,一次定位最多能鉆30多口井,并配備了自動化排管系統(tǒng)。

目前,國內(nèi)已經(jīng)自主設(shè)計建造了多座淺水圓柱腿自升式鉆井平臺,但在中深水桁架腿自升式平臺設(shè)計方面尚無業(yè)績。國內(nèi)造船廠如大連造船重工、滬東中華船廠等在上世紀(jì)80年代即開始建造鉆井平臺。在近年全球造船市場萎縮而海工市場興起的情況下,國內(nèi)大量船廠也開始建造鉆井平臺,其中包括上海外高橋造船有限公司、煙臺萊佛士船業(yè)有限公司、廣州中船黃埔造船有限公司、南通中遠(yuǎn)船務(wù)、招商局重工(深圳)有限公司、青島北海船舶重工、山海關(guān)船廠等。國內(nèi)船廠建造自升式鉆井平臺的能力已經(jīng)達(dá)到較高水平,為實現(xiàn)國產(chǎn)化創(chuàng)造了條件。

表2 國內(nèi)現(xiàn)有桁架腿自升式鉆井平臺(含在建)

2 中深水桁架腿自升式海洋平臺國產(chǎn)化

2.1 國產(chǎn)化的必要性

目前,我國已經(jīng)掌握了淺海殼體式樁腿自升式鉆井平臺的設(shè)計與建造技術(shù),并且自主設(shè)計建造了“中油海洋5、6、7、8號”、“海洋石油281”等自升式鉆井平臺。但國內(nèi)尚未掌握中深水桁架腿自升式鉆井平臺設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù),也無桁架腿自升式鉆井平臺成功的設(shè)計經(jīng)驗。國內(nèi)三大石油公司擁有的桁架腿自升式鉆井平臺都是直接從國外購得或依靠國外設(shè)計,再由國內(nèi)船廠進(jìn)行施工建造。(如:海洋石油“941”、“942”即是中國海洋石油總公司委托美國F&G設(shè)計、大連船舶重工集團(tuán)有限公司建造)。

然而桁架腿自升式鉆井平臺從國外進(jìn)口或依靠國外設(shè)計存在以下弊端:

①購買費(fèi)用或設(shè)計費(fèi)用昂貴;②平臺的設(shè)計與布置不能完全適應(yīng)國內(nèi)生產(chǎn)、操作的需要;③設(shè)備全部進(jìn)口,日后操作、維修會遇困難,如更換成國產(chǎn)設(shè)備,可能造成平臺建造過程中重量難以控制;④會對國外設(shè)計公司和供貨商造成依賴;⑤不利于國內(nèi)海洋石油工業(yè)的發(fā)展。

結(jié)合我國現(xiàn)有國產(chǎn)設(shè)備情況,系統(tǒng)地對中深水桁架腿自升式海洋平臺設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,形成具有我國特色,適于我國海洋石油勘探開發(fā)的中深水桁架腿自升式鉆井平臺設(shè)計技術(shù),將對提升我國海洋工程能力,加快我國南黃海、東海以及南海等水深較大的大陸架油氣資源的勘探開發(fā)具有重大意義。

2.2 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

(1)波浪與海流載荷的計算

桁架腿自升式平臺由于作業(yè)水深較大,因此環(huán)境載荷對整個平臺的安全性起著至關(guān)重要的作用。而環(huán)境載荷中的波浪與海流載荷的準(zhǔn)確計算一直是個難題,因此如何準(zhǔn)確確定平臺樁腿所受波浪與海流載荷、如何準(zhǔn)確確定 CD、CM,對平臺樁腿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,保障平臺的安全性,提高平臺的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

(2)平臺總體性能優(yōu)化研究

隨著作業(yè)水深的增加,平臺樁腿長度需要相應(yīng)增加,這勢必會影響平臺拖航狀態(tài)穩(wěn)性等總體性能,故而需要對深水桁架腿平臺總體性能進(jìn)行優(yōu)化研究,以確保平臺的安全性。

(3)波浪、海流和風(fēng)等環(huán)境載荷聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)分析

隨著作業(yè)水深的增加,波浪、海流等環(huán)境載荷劇增,工況更加惡劣和復(fù)雜,這時需要考慮動力效應(yīng),對平臺的振動、動力響應(yīng)等進(jìn)行分析。

(4)桁架樁腿結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化研究

桁架樁腿主要由弦桿、水平撐桿、斜撐桿等構(gòu)件組成,如何優(yōu)化弦桿間距、水平撐桿節(jié)距、斜撐桿布置形式及以上構(gòu)件尺度等,對保證樁腿結(jié)構(gòu)的安全性及降低樁腿結(jié)構(gòu)重量與造價具有重要意義。

(5)樁腿與船體及固樁架區(qū)域的連接形式的研究

桁架式樁腿與船體和固樁架接觸面積小,但接觸點多,這就需要對樁腿與船體及固樁架的連接形式進(jìn)行研究,以保證兩者之間能夠良好地進(jìn)行力的傳遞。

(6)樁腿鎖緊裝置配套技術(shù)研究

包括鎖緊裝置與平臺的連接方式、鎖緊裝置結(jié)構(gòu)形式等方面的研究。

(7)基于國產(chǎn)設(shè)備的平臺配套技術(shù)研究

結(jié)合國產(chǎn)設(shè)備情況,配套研究相關(guān)設(shè)備,優(yōu)化平臺性能,保證平臺具有良好的經(jīng)濟(jì)性與適用性。

(8)滿足逐年增高的QHSE要求和標(biāo)準(zhǔn)

近年來,加強(qiáng)海洋環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為全世界環(huán)保工作的重點。國際海事組織、各國船級社等相繼提高海洋平臺環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),并對泥漿和巖屑的不落地回收、零排放、壓載水等提出了更高要求和標(biāo)準(zhǔn),新開發(fā)的中深水自升式平臺務(wù)應(yīng)滿足QHSE相關(guān)要求。

3 結(jié)束語

國家發(fā)改委2009年通過的《船舶工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》將海洋工程裝備作為發(fā)展重點之一,要求大力開展技術(shù)創(chuàng)新,提高自主研發(fā)能力。國家三大石油公司也都在“十二五”規(guī)劃中對進(jìn)一步提高海洋石油勘探開發(fā)能力進(jìn)行了具體規(guī)劃。形成具有我國特色、適于我國海洋石油勘探開發(fā)的中深水桁架腿自升式海洋平臺設(shè)計技術(shù),將對提升我國海洋工程能力,加快我國南黃海、東海以及南海大陸架油氣資源的勘探開發(fā)、解決油氣供需矛盾具有重要意義。

[1] 汪張?zhí)?趙建亭.自升式鉆井平臺在我國海洋油氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用和發(fā)展[J].船舶,2008,19(1):10-15.

[2] 陳宏,李春祥.自升式鉆井平臺的發(fā)展綜述[J].中國海洋平臺,2007,22(6):1-6.

[3] 中國船級社.海上移動平臺入級與建造規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2005.

[4] 馬志良,羅德濤.近海移動式平臺[C].北京:海洋出版社,1993.

[5] 孫東昌,潘斌.海洋自升式移動平臺設(shè)計與研究[C].上海:上海交通大學(xué)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

羅宏志(1969-),男,高級工程師,主要從事海洋石油工程項目開發(fā)和管理。