海洋钻井设备概述Word下载.docx

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（1）结构组成：

a、导管架这是整个平台的支撑部分，是用钢管焊接而成的一个空间钢架结构。

它的制造工艺复杂，就拿两管相交处的相贯线的加工来说，一般的切割工艺都不能满足要求，必须用数控切割机床进行加工，这就需要先求出相贯线方程，输入机床的控制台，方可进行切割。

再如管节点的焊接，必须采用手工电弧焊，多层多道焊接，焊完后需进行超声波无损

探伤，如发现夹渣或焊不透，必须刨掉重焊，一次返工后仍不合格，则这个管节点就得报废。

也许有人认为这样的要求太苛刻了，但这并不过分。

因为导管架大部分浸于海水中，受到海洋环境载荷的作用，很容易产生腐蚀疲劳破坏，管节点是导管架的薄弱点，这个课题在世界范围内，已进行了多年研究。

86年国家经委组织了国内一些科研机构对这个问题进行了研究，我室也有幸参与了这一科研工作，做了大量的实验研究，到目前为止，这个问题还没彻底解决。

1）管节点

导管架的薄弱环节是管节点，管节点的类型有许多种，如下图所示。

由两根正交的管子构成的管节点叫做T型管节点。

如撑杆与主管以锐角相交，该连接称为Y型节点。

如果两根撑杆都在弦管的一侧，即每根撑杆的中心线与弦管的轴线形成锐角，该连接称为K型节点。

如果一根撑杆与弦管垂直，另一根以锐角相交，该节点称为N型节点。

当两根撑杆从弦管两侧正交并使所有三根管子处于同一平面，该连接称为X型节点或十字型节点。

2）偏心连接

在一个平面节点内，在两个或多个纵向轴交叉处，从撑杆轴与弦管轴的交叉点至弦管轴的垂直距离定义为偏心距，如下图。

如果此距离在弦管轴向着撑杆的一边，则偏心距为负值；

如果在背着杆的一边则为正值。

负偏心距引起撑杆的搭接；

正偏心距促使弦杆上撑杆的分开。

对于具有静力载荷的薄壁弦管，负偏心距与零偏心距连接相比可提高承载能力。

然而，具有搭接撑杆的节点与无搭接的节点比，其节点的疲劳寿命可能降低。

管节点的力学分析和计算非常复杂。

其不利情况是应力集中。

一般导管架是在岸上焊好，然后用拖轮整体运输，到达井位后，用浮吊就位，就位后，再从导管中插入钢桩，用打桩机将其打入海底基岩，然后在导管与桩的环形空间注水泥，使两者连成一体，这样导管架就固定好了。

b、帽其作用是连结导管架与上部平台这也是一个空间刚架结构，它与导管架的连结处，焊有销桩，就位时，先插入销桩，然后焊成一体。

c、工作平台它用于放置钻井设备，提供作业场所，以及工作人员生活场所。

（2）安装

导管架的海上安装有如下方法：

1）提升法主要依靠起重船，所以受其起重能力和起重高度的限制，导管架不能太重，也不能太高，如果太重，要将其分成几块预制，分别吊放入海后在海上安装，增加了海上施工的困难。

2）滑入法把导管架的导管先密封，再用有下水滑道的驳船运到现场。

到现场后，驳船倾斜，导管架就沿滑道下滑入水，并浮在水面上。

这时向导管内灌水，再用一个不大的起重船帮助，就能把导管架平稳地放在海底。

3）浮运法把导管架的两端密封后，靠它自身的浮力浮在水面上，用拖船把它拖到井位后，再向导管内灌水使它下沉，并立在海底。

也许还有其它的方法，大家可以研究。

工作平台的安装

1）吊装

2）浮装

大型海洋平台海上浮装就位就是将平台及其设备在码头上安装、调试好后，整体运到安装地点进行安装就位。

它既不受浮吊能力的限止，又大大降低了海上安装成本。

该技术的难点包括三个方面：

一是潮差的变化规律难以掌握。

浮装时要充分利用即时潮差的变化，通过驳船的调载，来实现浮装；

二是平台或大型构件的陆上牵引滑移装船调载技术；

三是到安装位置时的调载下沉，实现平台或构件与桩基的对接技术。

由于浮装时多种外来作用因素的随机变化性：

如风速、风向的随机性、海浪的随机性、海潮的随机性、驳船载重量及重心和浮心的随机性等。

它们同时作用于驳船上，使平台的滑移装船和浮装就位始终处于不稳定的状态之中，难以控制。

如何预测以上随机变化的海洋环境条件和驳船条件，并对此加以必要的判断和控制，是浮装就位技术成功的关键。

大型海洋平台海上浮装就位施工技术是一个系统工程，涉及到工程力学、机械学、计算机仿真、海洋学、电子学、控制工程、海洋工程等众多学科。

大型平台海上浮装就位技术起源于美国，在国外已得到应用。

海上体积、重量较大的结构采用该技术安装是一个发展趋势。

A基础和临时支撑的设计、建造

平台上的设备在陆地上进行安装前，首先要在码头上建造平台基础，在基础上放平台临时支撑，临时支撑上放平台。

基础要能承受整个平台、临时支撑及所有要安装设备的重量，刚度要大。

临时支撑要能承受整个平台及所有要安装设备的重量，不能产生大的变形。

B平台上设备的安装

C平台滑移上船牵引技术

将平台从码头牵引到驳船上，需要一套牵引系统。

最好的方法是用液压缸牵引，目前国外普遍采用此技术，但用液压缸牵引设备投资高。

结合我国的国情，在实际操作中采用了滑轮组牵引。

牵

卷扬机

卸扣

滑轮组

钢丝绳

平台

驳船

管子

引系统如图所示。

用滑轮组牵引的优点是设备投资低，但其缺点也是显而易见的：

钢丝绳弹性变形大，容易发生断裂，出现事故；

两边牵引力不均匀，容易拉偏；

中间连接环节多，牵引速度小，结构和操作复杂。

D驳船调载计算

在将平台牵引上驳船前，必须预先确定平台牵引到平台上的位置。

由于平台的重心不在其形心上，驳船的重心也不在其中心位置。

因此，必须首先计算平台的重心位置。

E平台拖航到位

将平台牵引到驳船上后，必须将平台固定到驳船上，以便拖航。

这时船和平台的重心将会很高。

将平台由码头运到海上的就位地点时，由于海洋环境载荷的作用，船会发生摇摆等运动，弄不好会翻沉。

为此，必须进行平台强度校核、稳心计算和适航性计算。

计算采用了国际通用的标准和大型有限元结构分析软件ANSYS，确定了适航的海洋环境条件，如风级等。

将平台运到离永久支撑一定距离后，就要将平台抛锚定位，以防在风、流、浪的作用下，船撞击永久支撑，造成其报废。

然后，在低平流时，用图4所示的方法将平台拖到精确的就位位置，并限制好其运动。

拖船

绞车

F平台就位计算

平台精确就位后，向驳船舱中压水，使驳船慢慢下降。

直到桩尖进入导管，平台轻轻坐到永久支撑上。

在压水时，要始终保持驳船水平下降，压水时要考虑潮水涨落的影响。

接着，开始切割临时支撑，将它与平台完全脱开。

随后，加速向驳船压水舱中压水，使临时支撑与平台相隔一定距离后，再用适当的方法将驳船拖离导管架就位区域。

影响线

G实例

采用上述的方法，使用“重任1501”号驳船，于2002年10月成功地将重达3256吨的EDC平台整体浮装在胜利油田埕岛海域。

创造了国内海洋平台海上整体浮装的先例。

（3）特点

评价钻井平台优劣的指标有四个

稳定性好运移性差适用水深浅经济性

到目前为止，仅在我国渤海区域先后建成了几十座固定式钻井平台，现在已拆除了3座，报废两座，其余的都改装成采油平台，渤海北油田的A、B平台，每座设计钻井32口，现在已改装成采油平台。

介绍胜利埕岛情况。

2、坐底式钻井平台

这是一种具有沉垫浮箱的移动式平台，如图所示是我国自行设计创造的“胜利一号”坐底式钻井平台，目前正在胜利油田浅海区钻井。

1）结构组成：

a）工作平台：

其作用如前述

b）立柱：

支撑平台，连接平台与沉垫

c）沉垫：

这是一个浮箱结构，有许多各自独立的舱室，每个舱室都装有供水泵和排水泵，它用充水排气及排水充气来实现平台的升降，就位时，向沉垫中注水，平台就慢慢下降，控制各舱室的供水量，可保持平台的平衡，沉垫坐到海底后，可进行钻井作业。

2）特点

稳定性好运移性好适用水深浅经济性

3、半潜式钻井平台

这种平台与坐底式平台相似，也是具有沉垫浮箱的移动式平台，在浅水区，沉垫完全坐于海底，作为坐底式平台使用。

但一般坐底式是专门设计制造，不用半潜式代用；

在深水区，处于漂浮状态。

目前我国有多座半潜式钻井平台，一为从挪威阿光公司引进的AkerH3号，后改名为“南海二号”一座是我国自行设计制造的“勘探三号”，已在东海勘探井两口。

去年通过国家技术鉴定，还有87年新引进自加生产的“南海五号”。

1）结构组成

与坐底式平台相似

a）工作平台

b）立柱

c）沉垫（下船体）

d）锚泊系统用于给平台定位，通过锚和锚链来控制平台的水平位置，把它限定在一定范围内，以满足钻井工作的要求。

2）特性

稳定性好

运移性好

使用水深深

经济性

4、自升式钻井平台

它是一种可沿桩腿升降的移动式平台，平台就位时，先将桩腿放下插入海底，然后将工作平台沿桩腿升起到一定高度即可进行钻井作业，打完井后，工作平台降至海面，提起桩腿，即可搬家。

a工作平台它是一个驳船结构，拖航时浮在海面，支撑整个重量。

b桩腿其作用是在钻井时插入海底，支撑上部平台，有圆柱型和桁架型两种，圆柱型桩腿，结构简单，制造容易，但由于直径大，承受的波浪力较大，故使用于浅水，桁架型桩腿与之相反。

桩腿的根数及布置（成三角形、正方形….）以及桩腿本身的端面形状均有多种。

桩腿的升降方式有气动，液压和齿轮、齿条传动三种，圆柱型桩腿一般采用气动或液压传动；

木行架型桩腿采用齿轮、齿条传动。

c底垫其作用是增加海底对桩腿的反力，防止由于海底局部冲刷而造成的平台倾斜。

使用水深中深

5、浮式钻井船

它是一种移动式钻井平台，它是用改装的普通轮船或专门设计的船作为工作平台，其船体可以是一个或两个，前者必须在海底完井，否则船移运时会撞坏井口装置，后者可在海面完井。

浮动钻井船一般采用锚泊定位，但现在已开始逐步采用动力定位。

我国曾有一艘浮动钻井船“勘探一号”是由两艘退役的军舰改装成的双体般，在东海打了多口探井后已报废。

（1）船体：

相当于平台的工作平台

（2）锚泊系统作用同半潜式平台的锚泊系统

（3）自航系统这是浮动钻井船区别于其它钻井船的特点，其他钻井平台的搬迁要依靠拖轮，而浮动钻井船具有自航能力，所以其运移性能最好。

2）特点：

稳定性差横向最差

适用水漏深

6、步行式平台

这是我国自行设计、制造，世界上独一无二的钻井平台。

它既可以在极浅海或潮间带行走，又能在深海中拖航，属于两栖钻井平台。

a内船体它是由沉垫、支撑以及甲板等组成。

沉垫为中空的舱室，漂浮时，提供浮力；

行走或坐底作业时，起支撑作用。

支撑由立柱和斜撑组成，它连接甲板和沉垫。

甲板用以安装钻井设备等。

b外船体它也是由沉垫、支撑以及甲板等组成。

不同的是甲板上有四条长为15米的步行轨道，用来提升外体或顶升内体。

c步行机械与液压控制系统它是由在内外体组合部的四个大型顶升液缸、牵引油缸等组成。

2）工作原理

外体坐于海底，支撑整个平台，四个顶升液缸将内船体顶起，由两个牵引液缸拉着内船体沿着外船体上的轨道运行一个步长。

接着，内船体坐于海底，四个顶升液缸将外船体顶起，由两个牵引液缸拉着外船体