■ 伊 然

2017年11月，我國建造成功全球最大的海上石油鉆井平臺(tái)——“藍(lán)鯨2號”，這座巨大的半潛式鉆井平臺(tái)將用于開采南海等地的“未來的能源”——可燃冰?！八{(lán)鯨2號”是“藍(lán)鯨1號”的姊妹船，自升式鉆井平臺(tái)的鉆井深度已達(dá)15240米，相當(dāng)于兩個(gè)珠穆朗瑪峰。自身高118米，相當(dāng)于一座37層樓的建筑物；重約4.4萬噸，等同于195座自由女神像。

“藍(lán)鯨2號”的橫空出世，再一次地引起了人們對海上鉆井平臺(tái)的興趣。海洋鉆井平臺(tái)（drilling platform）是在海洋中用于鉆探井的海上結(jié)構(gòu)物。平臺(tái)上安裝鉆井、動(dòng)力、通訊、導(dǎo)航等設(shè)備，以及安全救生和人員生活設(shè)施，是海上油氣勘探開發(fā)不可缺少的手段。主要分為移動(dòng)式平臺(tái)和固定式平臺(tái)兩大類。移動(dòng)式平臺(tái)又可以分為坐底式平臺(tái)、自升式平臺(tái)、鉆井船、半潛式平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)、牽索塔式平臺(tái)；固定式平臺(tái)可以分為導(dǎo)管架式平臺(tái)、混凝土重力式平臺(tái)、深水順應(yīng)塔式平臺(tái)等幾種。下面我們就來認(rèn)識一下一些主要的海洋鉆井平臺(tái)都是什么樣子，有哪些種類，又有什么功能吧。

坐底式鉆井平臺(tái)

坐底式鉆井平臺(tái)又叫鉆駁或插樁鉆駁，亦稱"沉浮式鉆井平臺(tái)"，具有構(gòu)造比較簡單、投資較少、建造周期較短等優(yōu)點(diǎn)，鉆井時(shí)坐落于海底，移位時(shí)浮到海面上，適用于河流和海灣等30m以下的淺水域，海床平坦的淺海區(qū)域進(jìn)行油氣勘探開發(fā)作業(yè)。坐底式平臺(tái)有兩個(gè)船體，上船體又叫工作甲板，安置生活艙室和設(shè)備，通過尾郡開口借助懸臂結(jié)構(gòu)鉆井；下部是沉墊，其主要功能是壓載以及海底支撐作用，用作鉆井的基礎(chǔ)。兩個(gè)船體間由支撐結(jié)構(gòu)相連。這種鉆井裝置在到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后往沉墊內(nèi)注水，使其著底。因此從穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)方面看，作業(yè)水深不但有限，而且也受到海底基礎(chǔ)(平坦及堅(jiān)實(shí)程度)的制約。所以這種平臺(tái)發(fā)展緩慢。然而我國渤海沿岸的勝利油田、大港油田和遼河油田等向海中延伸的淺海海域，潮差大而海底坡度小，對于開發(fā)這類淺海區(qū)域的石油資源，坐底式平臺(tái)仍有較大的發(fā)展前途。80年代初，人們開始注意北極海域的石油開發(fā)，設(shè)計(jì)、建造極區(qū)坐底式平臺(tái)也引起海洋工程界的興趣。目前已有幾座坐底式平臺(tái)用于極區(qū)，它可加壓載坐于海底，然后在平臺(tái)中央填砂石以防止平臺(tái)滑移，完成鉆井后可排出壓載起浮，并移至另一井位。圖為勝利二號坐底式鉆井平臺(tái)。

自升式鉆井平臺(tái)

自升式鉆井平臺(tái)由平臺(tái)、樁腿和升降機(jī)構(gòu)組成，平臺(tái)能沿樁腿升降，一般無自航能力。工作時(shí)樁腿下放插入海底，平臺(tái)被抬起到離開海面的安全工作高度，并對樁腿進(jìn)行預(yù)壓，以保證平臺(tái)遇到風(fēng)暴時(shí)樁腿不致下陷。完井后平臺(tái)降到海面，拔出樁腿并全部提起，整個(gè)平臺(tái)浮于海面，由拖輪拖到新的井位。1953年美國建成第一座自升式平臺(tái)，這種平臺(tái)對水深適應(yīng)性強(qiáng)，工作穩(wěn)定性良好，發(fā)展較快，約占移動(dòng)式鉆井裝置總數(shù)的1/2。自升式鉆井平臺(tái)包括很多通用的結(jié)構(gòu)，最大的不同在于樁腿結(jié)構(gòu)、升降系統(tǒng)、樁腿與船體之間的載荷傳遞系統(tǒng)。

鉆井船

鉆井船是浮船式鉆井平臺(tái)，它通常是在機(jī)動(dòng)船或駁船上布置鉆井設(shè)備。平臺(tái)是靠錨泊或動(dòng)力定位系統(tǒng)定位。按其推進(jìn)能力，分為自航式、非自航式；按船型分，有端部鉆井、舷側(cè)鉆井、船中鉆井和雙體船鉆井；按定位分，有一般錨泊式、中央轉(zhuǎn)盤錨泊式和動(dòng)力定位式。浮船式鉆井裝置船身浮于海面，易受波浪影響，但是它可以用現(xiàn)有的船只進(jìn)行改裝，因而能以最快的速度投入使用。鉆井船可簡單分成鉆井模塊、動(dòng)力模塊、生活模塊3大部分，可滿足鉆探人員的生活、工作等基本需求。

混凝土重力式平臺(tái)

混凝土重力式平臺(tái)的底部通常是一個(gè)巨大的混凝土基礎(chǔ)(沉墊／沉箱)，用三個(gè)或四個(gè)空心的混凝土立柱支撐著甲板結(jié)構(gòu)，在平臺(tái)底部的巨大基礎(chǔ)中被分隔為許多圓筒型的貯油艙和壓載艙，這種平臺(tái)的重量可達(dá)數(shù)十萬噸，正是依靠自身的巨大重量，平臺(tái)直接置于海底?，F(xiàn)在已有大約20座混凝土重力式平臺(tái)用于北海。不過由于混凝土平臺(tái)自重很大，對地基要求很高，使用受到限制。圖中八角形處為直升機(jī)起降平臺(tái)。

固定平臺(tái)的鉆井模塊既可以放到固定平臺(tái)上，也可以采用移動(dòng)式平臺(tái)，但是上部模塊價(jià)格比較貴，一套要好幾億美元以上，所以一般都可以移植到移動(dòng)式上面，一般是打一槍換一個(gè)地方。

張力腿式鉆井平臺(tái)

張力腿式鉆井平臺(tái)是利用繃緊狀態(tài)下的錨索產(chǎn)生的拉力與平臺(tái)的剩余浮力相平衡的鉆井平臺(tái)或生產(chǎn)平臺(tái)。其所用錨索繃緊成直線，不是懸垂曲線，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直的。用的是樁錨(即打入水底的樁為錨)或重力式錨(重塊)等，不是一般容易起放的抓錨。張力腿式平臺(tái)的重力小于浮力，所相差的力量可依靠錨索向下的拉力來補(bǔ)償，而且此拉力應(yīng)大于由波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。自1954年提出設(shè)想以來，迄今已有55年的歷史。

導(dǎo)管架式平臺(tái)

導(dǎo)管架平臺(tái)又稱樁式平臺(tái)，是由打入海底的樁柱來支承整個(gè)平臺(tái)，能經(jīng)受風(fēng)、浪、流等外力作用，可分為群樁式、樁基式(導(dǎo)管架式)和腿柱式。導(dǎo)管架式平臺(tái)使用水深一般小于300米，通過打樁的方法固定于海底，它是目前海上油田使用廣泛的一種平臺(tái)。世界上第一座固定式海洋平臺(tái)建于1887年，它安裝在美國加利弗尼亞的油田上，實(shí)際上是一座木結(jié)構(gòu)的棧橋。1947年在美國墨西哥灣水深6米處成功地安裝了世界上第一座設(shè)備齊全的鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺(tái)，開創(chuàng)了海洋開發(fā)的新時(shí)期。此后*海洋平臺(tái)得到了迅速的發(fā)展。上世紀(jì)七十年代末，鋼制導(dǎo)管架平臺(tái)已經(jīng)安裝于300多米的海域，而到了1990年具有486米高的巨型導(dǎo)管架平臺(tái)也已工作在墨西哥灣400多米的水深中。這些平臺(tái)以勘探、開發(fā)海洋資源為主，其中尤以開發(fā)、儲(chǔ)藏石油和天然氣的平臺(tái)占多數(shù)。迄今為止，世界上建成的大、中型導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)約有2000余座，工作水深已達(dá)到四、五百米。

半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)由坐底式平臺(tái)發(fā)展而來，上部為工作甲板，下部為兩個(gè)下船體，用支撐立柱連接。工作時(shí)下船體潛入水中，甲板處于水上安全高度，水線面積小，波浪影響小，穩(wěn)定性好、自持力強(qiáng)、工作水深大，新發(fā)展的動(dòng)力定位技術(shù)用于半潛式平臺(tái)后，工作水深可達(dá)900～1200米。半潛式與自升式鉆井平臺(tái)相比，優(yōu)點(diǎn)是工作水深大，移動(dòng)靈活；缺點(diǎn)是投資大，維持費(fèi)用高，需有一套復(fù)雜的水下器具，有效使用率低于自升式鉆井平臺(tái)。到目前為止，半潛式鉆井平臺(tái)已經(jīng)經(jīng)歷了第一代到第六代的歷程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)有深水自升式鉆井平臺(tái)65艘，大部分工作在墨西哥灣和北海，其運(yùn)營商主要為美國石油公司。

牽索塔式鉆井平臺(tái)

牽索塔式鉆井平臺(tái)得名于它支撐平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如一桁架式的塔，該塔用對稱布置的纜索將塔保持正浮狀態(tài)。在平臺(tái)上可進(jìn)行通常的鉆井與生產(chǎn)作業(yè)。原油一般是通過管線運(yùn)輸，在深水中可用近海裝油設(shè)施進(jìn)行輸送。牽索塔式平臺(tái)比導(dǎo)管架式平臺(tái)、重力式平臺(tái)更適合于深水海域作業(yè)，它的應(yīng)用范圍在200～650米。

海上石油工廠

海上石油工廠（FPSO），即集生產(chǎn)處理、儲(chǔ)存外輸及生活、動(dòng)力供應(yīng)于一體的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置，把來自油井的油氣水等混合液經(jīng)過加工處理成合格的原油或天然氣，成品原油儲(chǔ)存在貨油艙，到一定儲(chǔ)量時(shí)經(jīng)過外輸系統(tǒng)輸送到穿梭油輪。具有高投資、高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的海洋工程特點(diǎn)。作為海上油氣生產(chǎn)設(shè)施，F(xiàn)PSO系統(tǒng)主要由系泊系統(tǒng)、載體系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)及外輸系統(tǒng)組成，涵蓋了數(shù)十個(gè)子系統(tǒng)。

在新疆準(zhǔn)噶爾盆地開展野外地質(zhì)調(diào)查時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在煤系中分布著大量紅色的被燃燒過的巖石，甚至發(fā)現(xiàn)整個(gè)山體都被燒成了褐紅色。人們一般將這種巖石稱為燒變巖或火燒巖。

燒變巖并不是原始沉積作用產(chǎn)生的，而是經(jīng)過高溫?zé)嶙冑|(zhì)作用所形成。為煤火自燃產(chǎn)生的高溫烘烤作用將圍巖燒成變質(zhì)巖，這與現(xiàn)今人們燒制陶瓷和磚瓦是一樣的道理。

據(jù)報(bào)道，煤層自燃被稱為沒有地理界限的“全球性災(zāi)難”，全球每年約有10億噸煤炭被地下煤火燒毀，占世界煤炭消費(fèi)總量的八分之一，相當(dāng)于全球500個(gè)核電站所產(chǎn)能量總和的2.5倍，也超過水力發(fā)電所產(chǎn)能量總和。我國是世界上煤火災(zāi)害最嚴(yán)重的國家，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1949年以來我國煤火燒毀煤炭資源量30億噸,而新疆又是我國煤層自燃最嚴(yán)重的地區(qū)。

新疆煤層自燃古以有之，早在1600多年前，北魏地理學(xué)家酈道元在《水經(jīng)注》中就有“屈詞二百里有山，夜則火光，晝則但煙”的記載，描述的就是新疆庫車、拜城一帶煤田火災(zāi)?！段饔斡洝分忻枋龅奶粕畮熗酵窘?jīng)火焰山時(shí)，大火綿延三百里，孫悟空借來芭蕉扇滅火的故事，其原型可能正是煤田火災(zāi)。

現(xiàn)今新疆煤層自燃仍然比較普遍。如2015年4月初，距新疆烏魯木齊市13千米的大泉湖地表突然坍塌，形成了一個(gè)直徑約1.5米的高溫明火塌陷坑，猶如火山口，該區(qū)域包含27層煤層，燃燒深度在7～134米之間，過火面積達(dá)32萬平方米，引起周圍居民恐慌。

又如準(zhǔn)噶爾盆地東部將軍廟火燒山局部地區(qū)仍有煤火在燃燒，前幾年有地質(zhì)勘探人員不小心走入煤火自燃