羅宏志, 蒙占彬

(1.中國(guó)石化集團(tuán)國(guó)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(yíng) 257017)

國(guó)內(nèi)深水自升式鉆井平臺(tái)發(fā)展概況

羅宏志1, 蒙占彬2

(1.中國(guó)石化集團(tuán)國(guó)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(yíng) 257017)

介紹了桁架腿自升式鉆井平臺(tái)國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),并重點(diǎn)分析了桁架腿自升式鉆井平臺(tái)國(guó)產(chǎn)化的必要性和關(guān)鍵技術(shù)。

桁架腿;自升式鉆井平臺(tái);國(guó)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(kāi)發(fā)中,自升式鉆井平臺(tái)是目前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)式鉆井設(shè)施。它主要由平臺(tái)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(tái)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(lèi)(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(tái);水深加大,波浪載荷劇增,結(jié)構(gòu)重量增大時(shí),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(tái)分類(lèi)

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.1 國(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外在中深水自升式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)與建造方面起步早。截至2009年3月,總計(jì)已建200余座中深水桁架腿自升式鉆井平臺(tái),另有58座在建中。在建深水桁架腿自升式鉆井平臺(tái)統(tǒng)計(jì)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(tái)主要由Friede&Goldman(以下簡(jiǎn)稱:F&G)、GUSTO MSC、KEPPEL、PPL和LeTourneau等公司或船廠設(shè)計(jì)。這些公司或船廠在中深水桁架腿自升式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)方面具有豐富經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)形成多種型號(hào)的系列產(chǎn)品,產(chǎn)品均經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn),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(tái)設(shè)計(jì)的先驅(qū),全世界1/

3的自升式平臺(tái)出自其設(shè)計(jì);荷蘭MSC公司設(shè)計(jì)了一系列工作于超惡劣海況海域的自升式鉆井平臺(tái)(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(guó)F&G公司就已申請(qǐng)齒條鎖定系統(tǒng)(Rack Chock Fixation System)專(zhuān)利,這一齒條鎖定系統(tǒng)使得自升式鉆井平臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)統(tǒng)計(jì)圖

表1 幾種不同型號(hào)的中深水桁架腿自升式鉆井平臺(tái)技術(shù)參數(shù)對(duì)比

目前,自升式鉆井平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)如下:

①平臺(tái)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(dòng)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(dòng)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(tái)自重;⑤增大平臺(tái)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(dòng)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(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)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(tái)共計(jì)25座(包括在建8座),詳見(jiàn)表2。其中6座平臺(tái)役齡已超過(guò)20年,“勘探2號(hào)”、“渤海4號(hào)”和“COSL 935”役齡甚至已超過(guò)30年。雖然很多平臺(tái)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(méi)有大的改變?，F(xiàn)有中深水桁架腿自升式鉆井平臺(tái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我國(guó)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)的需要。

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

目前,國(guó)內(nèi)已經(jīng)自主設(shè)計(jì)建造了多座淺水圓柱腿自升式鉆井平臺(tái),但在中深水桁架腿自升式平臺(tái)設(shè)計(jì)方面尚無(wú)業(yè)績(jī)。國(guó)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(kāi)始建造鉆井平臺(tái)。在近年全球造船市場(chǎng)萎縮而海工市場(chǎng)興起的情況下,國(guó)內(nèi)大量船廠也開(kāi)始建造鉆井平臺(tái),其中包括上海外高橋造船有限公司、煙臺(tái)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(guó)內(nèi)船廠建造自升式鉆井平臺(tái)的能力已經(jīng)達(dá)到較高水平,為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)造了條件。

表2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有桁架腿自升式鉆井平臺(tái)(含在建)

2 中深水桁架腿自升式海洋平臺(tái)國(guó)產(chǎn)化

2.1 國(guó)產(chǎn)化的必要性

目前,我國(guó)已經(jīng)掌握了淺海殼體式樁腿自升式鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建造技術(shù),并且自主設(shè)計(jì)建造了“中油海洋5、6、7、8號(hào)”、“海洋石油281”等自升式鉆井平臺(tái)。但國(guó)內(nèi)尚未掌握中深水桁架腿自升式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),也無(wú)桁架腿自升式鉆井平臺(tái)成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)三大石油公司擁有的桁架腿自升式鉆井平臺(tái)都是直接從國(guó)外購(gòu)得或依靠國(guó)外設(shè)計(jì),再由國(guó)內(nèi)船廠進(jìn)行施工建造。(如:海洋石油“941”、“942”即是中國(guó)海洋石油總公司委托美國(guó)F&G設(shè)計(jì)、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(tái)從國(guó)外進(jìn)口或依靠國(guó)外設(shè)計(jì)存在以下弊端:

①購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用或設(shè)計(jì)費(fèi)用昂貴;②平臺(tái)的設(shè)計(jì)與布置不能完全適應(yīng)國(guó)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(huì)遇困難,如更換成國(guó)產(chǎn)設(shè)備,可能造成平臺(tái)建造過(guò)程中重量難以控制;④會(huì)對(duì)國(guó)外設(shè)計(jì)公司和供貨商造成依賴;⑤不利于國(guó)內(nèi)海洋石油工業(yè)的發(fā)展。

結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)設(shè)備情況,系統(tǒng)地對(duì)中深水桁架腿自升式海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,形成具有我國(guó)特色,適于我國(guó)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)的中深水桁架腿自升式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù),將對(duì)提升我國(guó)海洋工程能力,加快我國(guó)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(kāi)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(jì)算

桁架腿自升式平臺(tái)由于作業(yè)水深較大,因此環(huán)境載荷對(duì)整個(gè)平臺(tái)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(jì)算一直是個(gè)難題,因此如何準(zhǔn)確確定平臺(tái)樁腿所受波浪與海流載荷、如何準(zhǔn)確確定 CD、CM,對(duì)平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),保障平臺(tái)的安全性,提高平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

(2)平臺(tái)總體性能優(yōu)化研究

隨著作業(yè)水深的增加,平臺(tái)樁腿長(zhǎng)度需要相應(yīng)增加,這勢(shì)必會(huì)影響平臺(tái)拖航狀態(tài)穩(wěn)性等總體性能,故而需要對(duì)深水桁架腿平臺(tái)總體性能進(jìn)行優(yōu)化研究,以確保平臺(tái)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(dòng)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(shí)需要考慮動(dòng)力效應(yīng),對(duì)平臺(tái)的振動(dòng)、動(dòng)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(duì)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(jià)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(diǎn)多,這就需要對(duì)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(tái)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(guó)產(chǎn)設(shè)備的平臺(tái)配套技術(shù)研究

結(jié)合國(guó)產(chǎn)設(shè)備情況,配套研究相關(guān)設(shè)備,優(yōu)化平臺(tái)性能,保證平臺(tái)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(lái),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(diǎn)。國(guó)際海事組織、各國(guó)船級(jí)社等相繼提高海洋平臺(tái)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)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(kāi)發(fā)的中深水自升式平臺(tái)務(wù)應(yīng)滿足QHSE相關(guān)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家發(fā)改委2009年通過(guò)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(diǎn)之一,要求大力開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新,提高自主研發(fā)能力。國(guó)家三大石油公司也都在“十二五”規(guī)劃中對(duì)進(jìn)一步提高海洋石油勘探開(kāi)發(fā)能力進(jìn)行了具體規(guī)劃。形成具有我國(guó)特色、適于我國(guó)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)的中深水桁架腿自升式海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù),將對(duì)提升我國(guó)海洋工程能力,加快我國(guó)南黃海、東海以及南海大陸架油氣資源的勘探開(kāi)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(tái)在我國(guó)海洋油氣勘探開(kāi)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(tái)的發(fā)展綜述[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2007,22(6):1-6.

[3] 中國(guó)船級(jí)社.海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2005.

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[5] 孫東昌,潘斌.海洋自升式移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)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(jí)工程師,主要從事海洋石油工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和管理。