海洋钻井设备概述Word下载.docx

1、（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。8

2、6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

3、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

4、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

5、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

6、、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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Aker H3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

12、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

13、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

14、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