《海洋石油工程》4章

1、第四章第四章 海上钻井设备概述海上钻井设备概述海洋覆盖了地球约71%71%的表面积，蕴藏着丰富的石油资源石油资源。海洋石油资源约占全球石油总资源的1/31/3到1/21/2。我国拥有丰富的海洋资源，油气资源沉积盆地油气资源沉积盆地约707010104 4kmkm2 2,石油石油资源量估计为24024010108 8t t左右，天然气天然气资源量估计为141410101212m m3 3。我国海洋石油工业起步于20世纪50年代末，目前发展迅猛，有着美好的开采前景。与陆上石油钻井相比，海洋石油钻井由于地理地理位置位置和环境条件环境条件的不同，作业过程有很多特殊性。需要有一个海海上基地上基地以便安装

2、钻机的各个系统各个系统、配备相应器材相应器材、提供物资存放物资存放和人员作业作业及生活生活的场所，这个海上基地就叫做：“海洋石油钻海洋石油钻井平台井平台”。第四章第四章 海上钻井设备概述海上钻井设备概述?海水腐蚀海浪潮汐风暴搬安北海北海墨西哥湾墨西哥湾巴西海域巴西海域西非西非深水油田区域深水油田区域第一节第一节 海上钻井平台的类型与性能海上钻井平台的类型与性能一、海上钻井平台的分类1.按运移性分类：（1）固定式钻井平台；（2）移动式钻井平台；2.按钻井方式分类：（1）浮动式钻井平台；（2）稳定式（着底式）钻井平台；固定式钻井平台固定式钻井平台导管架导管架一、海上钻井平台的分类一、海上钻井平台的

3、分类二、海上钻井平台的结构及特点二、海上钻井平台的结构及特点（一）固定式钻井平台（一）固定式钻井平台定义：定义：固定式钻井平台固定于海底，架起一个高出水面的建筑物，上面铺设平台，用于放置钻井机械设备、生活及工作设施等。在整个使用寿命期内位置固定不变，不能再移动。固定式钻井平台分为：混凝土平台和钢制桩基平台。混凝土平台混凝土平台钢制桩基平台钢制桩基平台1 1、混凝土（重力基础）式钻井平台、混凝土（重力基础）式钻井平台七十年代初出现，底部是一个巨大的混凝土基础(沉箱)，用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油贮油舱和压载压载舱，这种平台的重量可达数

4、十万吨，正是依靠自身的巨大重量巨大重量，平台直接置于海底。现在我国约有大约20座混凝土重力基础式平台用于北海。（一）固定式钻井平台（一）固定式钻井平台1、混凝土（重力基础）式钻井平台特点：特点：平台组成：沉垫沉垫、立柱立柱、甲板甲板组成；沉垫形式：圆形圆形、六角形六角形、正方形正方形；立柱分类：独腿独腿、三腿三腿、四腿四腿等几种；优点优点：不需打桩具有相当的贮油能力，节省钢材，防火、保温、防腐性较好，维修费用低，寿命长。缺点缺点：对地质条件要求高，出现缺陷后修复较困难，作业结束后不能拆除，不利于环保。1、混凝土（重力基础）式钻井平台混凝土重力式平台的安装混凝土重力式平台的安装（一）固定式钻井平

5、台（一）固定式钻井平台2 2、钢制重力平台：、钢制重力平台：整个平台由沉箱、支撑框架和甲板三部分组成。沉箱兼做储罐，建造时先把各个沉箱、支撑框架、甲板分别预制，而后在岸边组装成整体，再拖运到井位下沉安放。相比混凝土平台，钢平台有较高的经济效益。重量较轻，适用水深浅，拖航马力小。缺点是储油量要小，使用钢材较多且不耐腐蚀，隔热性能差。（一）固定式钻井平台（一）固定式钻井平台3、钢制桩基平台结构：A：生活区组块；B：导管架组块；C：钻井、修井区组块；D：生产组块。（一）固定式钻井平台（一）固定式钻井平台4 4、钢制桩基、钢制桩基导管架导管架管节点类型管节点类型（一）固定式钻井平台（一）固定式钻井平台

6、5 5、钢制桩基平台特点：、钢制桩基平台特点：重量比混凝土轻，预制过程中对水水载要求载要求不高；拖船马力拖船马力小，对地基承载地基承载力要求不高；稳定性稳定性好、海面气象海面气象条件对钻井作业影响小，所以60年来，它成为海上油田开发应用最广泛最广泛的一种类型。不能移运不能移运、造价高造价高、易腐蚀易腐蚀，适用水深有限水深有限，成本成本会随水深增加而急剧增加。（一）固定式钻井平台（一）固定式钻井平台6 6、钢制桩基平台、钢制桩基平台导管架导管架的安装：的安装：桩基式平台由钢质桩钢质桩、导管架导管架和平台平台组成。导管架先在陆上预预制制,浮运或驳船拖运到安装地点就位,然后打桩将导管架固定固定，顶部

7、安装甲板甲板，所有设备都安装在甲板上。可用来钻井钻井和采油采油。主要方法有：主要方法有：（1 1）提升提升法；法；（2 2）滑入滑入法；（法；（3 3）浮运浮运法；法；5 5、钢制桩基平台、钢制桩基平台导管架导管架的安装：的安装：（1 1）提升提升法法（吊装法）安装安装5 5、钢制桩基平台、钢制桩基平台导管架导管架的安装：的安装：（1 1）提升提升法法（吊装法）安装安装5 5、钢制桩基平台、钢制桩基平台导管架导管架的安装：的安装：（2 2）滑入法滑入法（滑移法）安装：安装：在海上安装位置导管架滑移脱离滑移脱离驳船。导管架缓慢的沉入水中，然后呈现漂浮状态漂浮状态。通过控制浮箱浮箱中的水量水量到达

8、导管架自动竖立竖立，到达预定位置然后打桩，使导管架完成安装。5 5、钢制桩基平台、钢制桩基平台导管架导管架的安装：的安装：（2 2）滑入法滑入法（滑移法）安装：安装：5 5、钢制桩基平台、钢制桩基平台导管架导管架的安装：的安装：（3 3）浮运法浮运法安装：安装：把导管架的两端密封后，靠它自身的浮力浮力浮在水面上，用拖船把它拖到拖到井位后，再向导管内灌水灌水使它下沉并立在立在海底。（a）拖运；（）拖运；（b）一侧充水；（）一侧充水；（c）另一侧也充水；（）另一侧也充水；（d）均匀充水下沉）均匀充水下沉（一）固定式钻井平台（一）固定式钻井平台7 7、预制、预制平台平台的安装：的安装：（二）坐底式钻

9、井平台（二）坐底式钻井平台坐底式平台适用于河流和海湾等30m30m以下的浅水域。有上下两个船体两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备。下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础基础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从稳定性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础（平坦及坚实程度）的制约。江河用坐底钻井平台江河用坐底钻井平台（二）坐底式钻井平台（二）坐底式钻井平台坐底式钻井平台特点：坐底式钻井平台特点：钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响，完井后移动灵。作高度恒定，不能调节，对海底地基要求高，工作水深较浅（20-

10、30m20-30m），拖航时阻力大，当海底冲刷严重时，钻井易移位，需要采取防滑移、防冲刷及防掏空等措施。胜利一号钻井平台胜利一号钻井平台（三）半潜式钻井平台（三）半潜式钻井平台半潜式钻井平台（SEMI）又称立柱稳定式钻井平台，是目前应用最多的浮式钻井装置。结构：上部平台、下部浮体、中部立柱。我国自己设计建造的：“勘探三号”、“海洋石油981号”、“南海二号、五号、六号”，都为半潜式钻井平台。（三）半潜式钻井平台（三）半潜式钻井平台半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，移动灵活。缺点是结构复杂、成本大、维持费用高。自航能力差，要有一套复杂的水下器具，有效使用率低于自升式和钻井浮船。（四）

11、自升式钻井平台（四）自升式钻井平台自升式钻井平台又称甲板升降式（桩腿）式平台。这种石油钻井装置在浮在水面的平台上装载钻井机械、动力、器材、居住设备以及若干可升降的桩腿，钻井时桩腿着底，平台则沿桩腿升离海面一定高度；移位时平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船，可由拖轮把它拖移到新的井位。（四）自升式钻井平台（四）自升式钻井平台优点：钢材少、造价低，有良好的抗侧向移动性，可根据海浪调节平台高度。平台离开水面后，可维修整个船体。 缺点：桩腿长度有限，使它的工作水深受到限制。超过此水深，桩腿重量增加很快，拖航时对平台稳定性和桩腿强度都很不利。（四）自升式钻井平台（四）自升式钻井平台自升式钻井平台在近海

12、作业中，正在得到越来越广泛的应用。如：“渤海四号”、“渤海五号”、“渤海七号”、“渤海八号”、“渤海十号”、“南海三号”、“南海四号”、“勘探二号”、“胜利五号”和“胜利六号”等自升式钻井平台。其中“渤海五号”和 “渤海七号”是我国自行设计建造的自升式钻井平台。海洋石油海洋石油COSL 941号号（五）浮式钻井船（五）浮式钻井船（五）浮式钻井船（五）浮式钻井船利用船体作为工作平台，要求船体具有耐腐蚀、抗冲击以及抗移动的能力。其工作水深主要取决于钻井船的定位方法：用锚泊定位工作水深：200300m；采用自动动力定位，工作水深可达6000m。（五）浮式钻井船（五）浮式钻井船优点：适用于较深的海域；

13、移动性能好；造价较低，易维护；船速高；缺点：对风浪极为敏感、稳定性差；被迫停工率高；（六）步行式坐底钻井平台（六）步行式坐底钻井平台步行式钻井平台 “胜利二号”步行式钻井平台是一种我国自行研制的浅水钻井平台，也是世界上第一艘能够在浅海、滩海、甚至在海陆过渡地带的极浅水域，以“步行”方式前进到设计井位地点，搁浅后下沉坐底进行钻井作业的钻井平台。适用于工作水深小于6.86.8m的极浅水域进行钻井作业。沉得下沉得下坐得稳坐得稳浮得起浮得起步行式钻井平台工作原理步行式钻井平台工作原理外体坐于海底，支撑整个平台。4个顶升液缸将内船体顶起，由2个牵引液缸拉着内船体沿着外船体上的轨道运行1个步长。接着，内船

14、体坐于海底，4个顶升液缸将外船体顶起，由2个牵引液缸拉着外船体沿着内船体上的轨道运行1个步长。如此往复。步行式钻井平台结构图（七）张力腿（绷绳塔）式平台（七）张力腿（绷绳塔）式平台张力腿式钻井平台（TLP）是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的，其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底几乎垂直的，用的是桩锚或重力式锚等。优点：受力合理、用钢少、成本低、适用于深水、对海洋环境适应性大；张力腿平台可以用于水深超过600m的海区，但通常认为最经济的作业水深范围是450600m之间。（七）张力腿（绷绳塔）式平台（七）张

15、力腿（绷绳塔）式平台（八）各种钻井平台结构特点小节（八）各种钻井平台结构特点小节平台种类平台种类稳定性稳定性运移性运移性适用水深适用水深经济性经济性固定式固定式好差浅一般座底式座底式好差浅较好半潜式半潜式好好浅较好自升式自升式好好中深较好浮式钻井船浮式钻井船差好深好三、海上钻井平台的三、海上钻井平台的选择选择（一）选择依据（一）选择依据海上钻井平台的选择是一个涉及面很广的问题，需要综合考虑各种因素：（1）钻井类型。是钻勘探井还是生产井、直井还是丛式井以及完井方式等。（2）作业海区的海洋环境条件。包括水深、风、波、潮流等海况，海底地质条件及离岸距离等。（3）经济因素。主要是各种装置的建造成本、租

16、金及操作费用。（4）可供选择的钻井平台及其技术性能、使用条件。（二）钻井平台的选择（二）钻井平台的选择1.钻勘探井用的钻井平台（1）水深小于15m可选用座底式平台；（2）水深在1575m可选用自升式平台；（3）水深在75200m可选用锚定半潜式平台或钻井船；（4）水深在200m以上，可选用动力定半潜式平台或钻井船；2.钻生产井用的钻井平台（1）水深小于300m可选用基桩导管架式平台；（2）水深在300600m可选用绷绳塔或张力腿式平台；（3）水深小于160m且海底条件允许可选用混凝土重力平台；（4）水深在200m以上，可选用动力定半潜式平台或钻井船；四、海上钻井平台的布置四、海上钻井平台的布置

17、陆上常规钻井井场布置图四、海上钻井平台的布置四、海上钻井平台的布置1.1.需选择确定的主要设施需选择确定的主要设施（具备高度自持能力）（1）钻机设备及净化、固井设备等；（2）钻井动力设备及平台动力设备等；（3）钻井工具及钻井液药剂、油料等；（4）测井及录井等相关设备等；（5）起重设备及锚泊设备等；（6）安全消防及救生设备等；（7）生活保障设备等；四、海上钻井平台的布置四、海上钻井平台的布置海上钻井平台的结构布置图海上钻井平台的结构布置图四、海上钻井平台的布置四、海上钻井平台的布置上层甲板设备布置上层甲板设备布置 下层甲板设备布置下层甲板设备布置四、海上钻井平台的布置四、海上钻井平台的布置四、海

18、上钻井平台的布置四、海上钻井平台的布置2.2.海洋钻井平台布置原则海洋钻井平台布置原则（1）平台工作时安全可靠；（2）平台结构强度和稳定性；（3）合理利用平台面积和空间；（4）具备完备的安全、消防和防污染设施；（5）良好的通信、靠船和直升机起降设施、生活设施；（6）符合国际建造标准；海上钻井平台的结构布置图海上钻井平台的结构布置图五、海上钻井设备五、海上钻井设备1.1.海洋钻井设备与陆地钻井设备的异同海洋钻井设备与陆地钻井设备的异同（1）驱动形式不同；（2）转盘开口直径不同；（3）对设备及工具要求不同；（4）设备先进程度不同；2.2.海上钻井设备组成海上钻井设备组成（1）动力设备；（2）钻井设

19、备；（3）固井设备；（4）试油设备；（5）起重锚泊设备；（6）辅助设备；第二节第二节 海上钻井设备的特殊问题海上钻井设备的特殊问题一、平台定位问题二、升沉运动补偿问题三、装备水下设备问题四、防止海水腐蚀问题五、抵抗环境载荷问题一、平台定位问题一、平台定位问题移动式钻井平台，在整个钻井作业过程中，始终要面对由海风、海流以及海浪所带来的平台移动问题。为了使海面井口不会出现频繁的位移现象，我们就必须要解决平台定位问题。1.1.锚泊定位锚泊定位（1）锚或锚桩；（2）锚索，包括锚链，钢丝绳；（3）附件：连接环、缆端嵌环、快速释放装置；（4）导向装置：导向弯管、导向滑轮及导向孔；（5）锚机 、绞车；1.锚

20、泊定位无杆锚 有杆锚1.锚泊定位所有锚系锚缆分布相对于平台纵轴是对称的。平台对来自船头方向的风浪抵抗能力较强。对来自两侧方向的风浪的抵抗能力较弱，而且平台两侧的挡风面积也较大，所以两侧要布置较大的锚系拉力。还有一种扩展锚系，用锚缆作锚索，所有锚缆都集中缠绕在井口的专用转盘上，称为旋转锚系。钻井平台可以旋转而不影响锚索。这样钻井平台就可以随时旋转到使船头始终对准风向或有利的海况方向。1.锚泊定位定位系统的锚链的辐射状的布置。在定位过程中，平台受风、浪的袭击可能来自任何方向，因而常将定位系统的各根锚链拉向四面八方，即采用辐射状的布置，以便在各个方向都能给平台定位提供回复力。矩形的平台采用8根锚链；

21、 三角形的采用9根 ；五角形的采用10根； 一般为对称性布置；1.锚泊定位典型的辐射状布锚形式2.2.动力定位动力定位（1 1）定义：）定义：动力定位系统是依靠平台上的动力系统抵抗外力的影响，自动地保持平台在海上的位置。初期动力定位做法是人工观察或雷达监测平台位移，人工手动操作推进器。现已发展为从测量位移到操作推进器，实现完全自动化。螺旋桨结构图2.2.动力定位动力定位（2 2）组成：）组成：位置测量系统、计算机控制系统和推进器系统。位置测量系统：是测量平台相对于海底井口的位置变化；计算机系统：根据测量的位置变化，计算并确定推进器的工作方案，并发出控制指令；推进器系统：依照计算机的指令推动平台

22、回到原始位置。螺旋桨布局图2.2.动力定位动力定位（3 3）使用：）使用：船舶装备一套集控手操和自动航向保持的动力定位系统（DPS），主要是由一台电子计算机控制。船舶任何定位移动都会触发计算机输出相应定位指令，从而控制自动螺旋桨，能在最大环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围。动力定位系统图二、升沉运动补偿问题二、升沉运动补偿问题在海上进行浮动钻井时，由于海风及海浪等诸多原因，钻井船除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动，导致井架及大钩悬吊着的整个钻柱周期性地上下运动。不利于钻进。因此，必须解决引导装置、钻柱、隔水管等上下运动的补偿问题。（一）导向绳升沉补偿由于平台随海水运动有上下升

23、沉运动，所以导引绳将忽紧忽松。松弛时显然起不到导引作用，张力太大，又有可能将张紧绳拉断。所以需要有恒张力装置来张紧导引绳。导引绳也是利用气液弹簧原理提供恒张力的。导引绳通过复滑轮系统缩短气液弹簧的液缸活塞行程。（二）隔水管升沉补偿1 1、隔水管主要作用：、隔水管主要作用：引导钻具入井，隔绝海水，形成泥浆循环的回路。隔水管系统还要承受浮动平台的升沉和平移运动。2 2、隔水管系统包括：、隔水管系统包括：伸缩隔水管，隔水管，弯曲接头，张紧装置等。（三）钻柱升沉运动的补偿措施 1 1、增加伸缩钻杆、增加伸缩钻杆这种办法是在钻柱的钻铤上方加一根可伸缩的钻杆。伸缩钻杆由内、外管组成，沿轴向可作相对运动，行

24、程一般为2m2m 。当平台上下升沉运动时，伸缩钻杆的内管随伸缩钻杆以上的钻柱作轴向运动，而与伸缩钻杆外管相连的钻艇则基本不作升沉运动。因而可保持钻压恒定，同时还可避免平台上升时提起钻艇，平台下沉时压弯钻柱。 （三）钻柱升沉运动的补偿措施 2 2、伸缩钻杆存在的问题、伸缩钻杆存在的问题 （1）钻压不能调节钻压大小取决于伸缩钻杆以下的钻铤重量。因而不能随岩性的变化调节钻压。（2）承载条件恶劣伸缩钻杆既承受泥浆的高压、传递扭矩，又承受轴向运动的交变载荷，因此承载条件十分恶劣。（3）不利于特殊作业当关闭防喷器后，由于伸缩钻杆以上的钻柱随船体升沉做周期性上下运动，使防喷器的芯子反复摩擦，对于作业不利。（

25、四）水上升沉补偿装置水上升沉补偿装置水上升沉补偿装置一般采用液压传动。如在游动滑车与大钩间装设双液缸，缸体与游动滑车相连。当平台升沉时，游动滑车带动液缸的缸体作周期性上下运动；而活塞与大钩则基本保持不动。这时、整个钻柱的重量由活塞下面的液压所支承。液体压力可保持恒定，也可根据需要调节，以控制钻柱的拉力，随时调节井底钻压。 1、游动滑车升沉补偿装置（1 1）结构）结构u液缸：两个液缸用上框架与游动滑车相连，随平台升沉而上下运动。u活塞：两个液缸中的活塞通过活塞杆与固定在大钩上的下框架连接，大钩载荷由 活塞下面的液压所支承。游动滑车型升沉补偿装置结构图1、游动滑车升沉补偿装置（1 1）结构）结构u

26、储能器：储能器与液缸相通。储能器中有活塞，下端的液体通过软管与液缸相通；上端的气体通过管线与储气罐相通。这样，调节气体压力即可以改变液体压力。u锁紧装置：用以将上下两个框架锁紧成一体，从而使游动滑车与大钩连接在一起，进行起下钻工作。 游动滑车型升沉补偿装置原理图1、游动滑车升沉补偿装置（2 2）原理）原理u为了保持钻压，只要保持液缸中的液体压力PL为一定位值即可；而为了调节钻压，只要调节储能器中进气压力即可。u为了实现自动送进，只要调节液缸中液体压力PL，使其略小于整个钻柱的悬重，并使液缸中活塞行程大于升沉位移即可。钻进时游动滑车及大钩升沉补偿受力图2、天车升沉补偿装置（1 1）结构）结构u浮

27、动天车 u主气缸：它是支持浮动天车用的，相当于大型弹簧，共四个。u液缸：共两个。 u储能器：它安装在井架上，有管路与四个主气缸相通，用以调节主气缸中的气体压力。天车升沉补偿装置结构图2、天车升沉补偿装置（2 2）原理）原理u天车升沉补偿：当浮动平台上升或下降时井架沿轨道上下运动，主气缸中气体压缩或膨胀，相当于一个大弹簧，而天车及大钩基本保持不动，于是升沉运动得以补偿。u控制钻压：司钻利用甲板上的调压阀，控制自空气罐至主气缸系统的空气压力，使井底钻压调至合适值。天车升沉补偿装置原理图2、天车升沉补偿装置u自动送进：正常钻井时，将气缸中气压调节到略低于大钩上载荷，于是，浮动天车在大钩载荷带动下，沿

28、轨道下行，实现自动进尺。当浮动天车下行至最低点时，司钻即放松绞车滚筒上钢丝绳。使浮动天车上行至最高点，然后再继续自动进尺。u防止事故：当大钩载荷突然减少或主气缸严重漏气时，可借助液缸支持着钻柱重量，并使其减速，以防止事故，保证安全。 天车升沉补偿装置图2、天车升沉补偿装置u绳索作业：绳索作业时，可另加一根传感绳，使其一端固定在隔水导管上，另一端自井架外边引至浮动天车上，经滑轮后，再连到钻台的滚筒上。这样，传感绳随钻台运动而放松或缠紧。浮动天车在恒定气压下随之相应地补偿运动，即可实现绳索作业时的升沉补偿。u起下钻作业：起下钻时，用锁紧装置将浮动天车锁住，使浮动天车不随起下钻柱而上下滑行。天车升沉

29、补偿装置结构图3、死绳升沉补偿装置（1 1）结构）结构定滑轮组；动滑轮组；高压储能器；低压储能器；液缸；控制台； 死绳升沉补偿装置结构图3、死绳升沉补偿装置（2 2）原理）原理借助调节储能器中气压来改变死绳拉力。再通过死绳上拉力的改变来调节及保持井底钻压。此外，还可通过液压推动活塞移动来调节钢丝绳的有效长度。死绳升沉补偿装置结构图三、装备水下设备问题三、装备水下设备问题（一）（一）水下装置水下装置的的功用功用：隔绝海水、适应升沉、漂移和摇摆的工作环境、控制井口。（二）（二）水下装置的水下装置的组成组成：导向装置、套管头组、防喷器组、隔水管柱、泥线支撑器、连接器、其它。三、装备水下设备问题三、装

30、备水下设备问题（三）（三）水水下装置的下装置的结构结构：水下井口装置通常是在地面上预制成组块。在海上作业时，用快速连接器将几个组合连接起来。有一套远程遥控操作系统。必要时还要有潜水作业装置或水下机器人操作。包括：包括：1、钻井导向系统装置；2、防喷器系统装置；3、隔水管系统装置；4、快速连接器装置；5、泥线支撑、悬挂器装置；（三）水下装置的结构1 1、钻井导向装置：、钻井导向装置：井口盘、导引架、导引绳及其张紧装置。导引系统是整个水下井口装置的基础。1、钻井导向装置（1）井口盘是第一个被安放在海底的圆饼形部件。中心开孔，孔内有与送入钻具配合的“J”槽。用于确定井位，并固定水下井口。井口盘井口盘

31、井口盘井口盘J型送入工具型送入工具1、钻井导向装置井口盘上一般有两条临时导引绳。在平台上，将井口盘与其送入工具连接，送入工具上接钻柱，不断接长钻柱就可将井口盘下放到海底，倒转钻柱可退出送入工具，并起出钻柱。井口盘依靠巨大的重量固定在海底，这就确定了海底井口的位置。井口井口盘及盘及送入送入工具工具原理原理图图1、钻井导向装置（2 2）导引架结构：）导引架结构：有四个导引柱，每根柱上有一根永久导引绳。有的导引架上还固定有水下摄影或水下电视系统。导引架固定在导管上，并随导管一起下入。下入时，依靠井口盘上的临时导引绳，准确进入井口盘的内孔，并将导引架坐在井口盘上。然后将井口盘上临时导引绳割断。井口盘和

32、导引架固定后就成为一口井永久组成部分。井口盘及送入工具结构图井口盘及送入工具结构图1、钻井导向装置（3 3）导引绳）导引绳的一端固定在导引柱上，另一端固定在平台上。由于平台随海水运动有上下升沉运动，所以导引绳将忽紧忽松。松弛时显然起不到导引作用，张力太大，又有可能将张紧绳拉断。所以需要有恒张力装置来张紧导引绳。导引绳也是利用气液弹簧原理提供恒张力的。导引绳通过复滑轮系统缩短气液弹簧的液缸活塞行程。（三）水下装置的结构2 2、防喷器组：、防喷器组：井防喷器系统是水下井口装置的核心部分。包括：包括：万能防喷器；剪切闸板防喷器；半封闸板防喷器；全封闸板防喷器；四通及压井、放喷管线；控制操作系统等。

33、2、防喷器组防喷器组防喷器组最顶部是两个万能防喷器(也称为多效能防喷器，或球形防喷器)。下部采用 35 个闸板防喷器，通过连接器与套管连在一起。整个防喷器组外面有框架，框架的套管套在导向绳上。为起下方便，在地面上将防喷器系统的各部分组合成一个整体。防喷器框架有四个导向筒，四根永久导向绳分别穿入其中，引导防喷器系统准确地下放并与导引系统上快速连接器连接。水下井口防喷器组水下井口防喷器组2、防喷器组优点：优点：万能防喷器可以抱紧任何尺寸的钻柱，可抱紧钻铤，钻杆本体或接头，套管，电缆，钢丝绳，甚至可以全封。缺点：缺点：万能防喷器承受压力的能力有限，不能承受很高的压力。所以，万能防喷器仅仅在闸板防喷器

34、不能起作用的时候使用。 2、防喷器组半封闸板防喷器半封闸板防喷器是防喷器的主要部分。在出现井喷溢流时，它可以抱紧钻杆本体，封闭钻杆外环形空间。通过上下两个半封闸板防喷器的配合，可以在井喷溢流情况下，强行起钻。 全封闸板防喷器全封闸板防喷器，是当井内没有钻柱并需要关井时使用。2、防喷器组剪切闸板防喷器剪切闸板防喷器的使用环境：的使用环境：a a、在井内有钻柱，遇到台风或其他紧急情况，需要立即撤离平台，又来不及起钻，这时使用剪切闸板迅速将井内钻柱剪断，平台即可撤离。b b、发生井喷事故，井喷流体从钻柱内孔喷出，此时为了紧急控制，使用剪切闸板迅速将钻杆挤扁，封住内孔，制止井喷。2、防喷器组压井压井和

35、放喷放喷管线，自四通接出，一直延伸到平台上。压井放喷管线应该具有补偿平台运动的功能，所以要有伸缩管或高压软管部分。 防喷器系统的控制操作通常是用电力、气动和液压系统组成。液压管线汇集起来形成“管束”，捆绑在防喷器框架上，引向平台的软管绞车上。液压能量由平台上的储能器提供。3、隔水管系统装置隔水管系统隔水管系统的主体，使用16-24英寸直径的钢管做成，单根长度一般为15-16米，单根之间依靠两端的公母接头配合连接，连接时只要将母接头套入公接头并下压，公接头上的钢圈即可嵌入母接头的槽内并互相锁紧。隔水管的长度取决于海水的深度。显然在海水很深的情况下，由于自身重量的原因，隔水管可能被压弯。隔水管受力

36、示意图3、隔水管系统装置海水越深，隔水管越重，则需要的张紧力越大。此张紧力最终要施加到浮动钻井平台上，增大平台的吃水量。为了减小张紧力，可在隔水管管外面贴上一层厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系以铝制浮筒（筒内充以高压气体），以便增大在海水中的浮力，减轻隔水管系统的重量。另外隔水管在海水中还受到海水运动的作用，要承受很大的横向力，也会使隔水管弯曲，所以隔水管系统需要张紧。张紧装置原理上与导引绳的张紧相同，但需要的张紧力更大。隔水管受力示意图3、隔水管系统装置隔水管系统隔水管系统处在防喷器系统的上面。主要作用：引导钻具入井，隔绝海水，形成泥浆循环的回路。承受浮动平台的升沉和平移运动。系统包括：隔水管，

37、伸缩隔水管，弯曲接头，张紧装置等。3、隔水管系统装置伸缩隔水管：伸缩隔水管：处在井口装置的最顶端，由内管和外管组成。内管可在外管内轴向滑动，从而补偿钻井平台的升沉运动。一般长约 15 16m 。伸缩行程10m 。根据我国沿海的潮差及波高情况，行程以长 14m 为宜。 3、隔水管系统装置弯曲接头：弯曲接头：弯曲接头处在隔水管系统的最下端。作用是补偿钻井平台的平移和摇摆运动。挠性接头：此接头装在隔水管柱的下部，允许弯成一定角度，以使隔水管适应浮动钻井平台或船的摇摆、平移等运动。目前常用的有以下几种结构形式： 压力平衡式球形挠性接头； 多球式挠性接头； 万能挠性接头。3、隔水管系统装置 压力平衡式球

38、形挠性接头通过球的转动来适应浮船的转动。一般允许转动的角度是10，允许载 荷 为 3 7 0 t ， 可 与 直 径 406.4609.6mm直径的隔水管配合使用。压力平衡式就是用海水压力或泥浆压力来平衡球接触面处所承受的向下压力或向上拉力。海水或泥浆进人液缸推动活塞送入球接触面处，既可实现平衡，还可进行润滑。压力平衡式球形挠性接头压力平衡式球形挠性接头3、隔水管系统装置 多球式挠性接头 也是采用压力平衡原理只是将单球改成三个球。整个接头分成三段，每段一个球，允许转动角度为3度，相对于钻杆的曲率半径约11m 。由于采用多球，大大降低了每个球体的磨损。 多球式挠性接头多球式挠性接头3、隔水管系统

39、装置 万能挠性接头 上下各有一个轴承及转环。隔水管柱的拉力通过上转环，由上轴承承受，压力由下轴承承受，中间为球体。泥浆压力通过球体可部分导给转环。球体本身不承受轴向载荷，只起封严泥浆作用。此种挠性接头许用载荷可达560t。专门用于工作水深达1800m的深水中，允许转动角度10 。 万能挠性接头万能挠性接头4、快速连接器装置快速连接器快速连接器是连接水下井口装置各大系统之间的重要工具。由于使用时距离遥远，所以要求结构简单，动作迅速，连接可靠。其结构是由卡块、卡爪及液压缸、活塞等组成。卡块与液缸活塞连为一起，活塞上下运动则卡块也上下运动。卡块向下则推动卡爪抱紧下连接件。5、泥线支撑、悬挂器装置泥线

40、支撑器的作用:（固定平台钻井）将各层套管的重量悬挂在泥线处。这样可以大大减轻固定平台的承重。每层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。泥线支撑器以上的套管延长到平台上。5、泥线支撑、悬挂器装置泥线悬挂器的作用:（移动平台钻井）泥线悬挂器的作用也是悬挂各层套管柱的重量。每层套管下入时，利用套管挂悬挂在上一层套管的座环上。悬挂器以上，是通过一个下入工具与钻柱连接，钻柱延长到平台上。在注水泥固井之后，将钻柱倒开并起出来，这样在泥线悬挂器之上是没有套管的。完钻平台移走后，泥线以上的海水中没有套管。四、防止海水腐蚀问题四、防止海水腐蚀问题海洋钻井设备处于海上腐蚀性强的大气中，还有一部分构件浸人

41、海水中，由于海水对它产生强烈电化学和化学腐蚀，因此浸入海水中的构件的寿命显著降低。钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大400500倍，离海岸24m的钢试样比离海岸240m的同质钢试样腐蚀快12倍。据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值3.54.2，超过每年各项大灾（火灾、风灾及地震等）损失的总和。 四、防止海水腐蚀问题四、防止海水腐蚀问题（一）海洋平台钢结构腐蚀区域划分及腐蚀曲线示意图四、防止海水腐蚀问题四、防止海水腐蚀问题（二）海洋平台钢结构腐蚀情况分析1、海洋大气区 :海洋大气区海盐粒子使腐蚀加快 ,干燥表面与含盐的湿膜交替变换形成物理、化学和电化学作用影响金属腐蚀。

42、2、飞溅区 :在海洋环境中腐蚀最严重的部位是在平均海潮以上的飞溅区。由于经常成潮湿表面，表面供氧充足，无海生物污损。长时间润湿表面与短时间干燥表面的交替作用和浪花冲刷，造成物理与电化学为主的腐蚀破坏，且破坏最大。 （二）海洋平台钢结构腐蚀情况分析3、潮差区 :钢结构在潮差区的腐蚀为最低，甚至小于海水全浸和海底泥土的腐蚀率。4、水全浸区 :在海水全浸区的腐蚀中，浅海腐蚀可能比海洋大气中更迅速，深海区的氧含量比表层低得多，水温近于0腐蚀较轻。5、海底泥土区 :存在硫酸盐和还原菌等细菌，海底沉积物的来源及特征不一。受海水影响少，且温度低，腐蚀程度小，只是在海流作用交界处有一定腐蚀。（三）目前主要防腐

43、措施1、选择耐腐蚀的材料：（1）高合金钢；（2）低合金钢；（3）复合合金钢。2、设计合理的结构：如将外形设计成流线形，易腐蚀处适当加厚；尽量采用等强度设计；采用不同材料的铆接件及焊接件。3、海洋平台钢结构的涂料防腐技术：（1）富锌底漆；（2）中间漆；（3）面漆。3、海洋平台钢结构的涂料防腐技术（1）富锌底漆：要求含高比例锌粉的涂料，同时要求与基材附着力强。富锌底漆作用之一是起阴极保护，锌粉可以起牺牲阳极作用而保护基材。（2）中间漆：中间漆要求综合防腐能力强，中间漆的特点是含高效的防锈材料或防渗透材料。（3）面漆：面漆的作用是为底漆和中间漆提供一个保护层，减缓和限制水气、及化学活性离子的渗入。还

44、要求有抗冲击性、老化性和抗溶性等。面漆一般采用氯化橡胶、烯树脂、氨酯或丙烯树脂涂料等。典型海洋平台大气区重防腐涂料配套体系配套体系涂层名称涂层数干膜厚度m配套一环氧富锌底漆260环氧中间涂层2100环氧面漆3200配套二环氧富锌底漆270乙烯基中间涂层3100乙烯基丙烯涂层2150配套三无机富锌底漆375环氧中间涂层250聚氨酯面漆3150包覆防护技术系统组成包覆防护施工过程简介表面处理； 涂防蚀膏； 缠绕防蚀带； 固定防护罩；包覆包覆防蚀防蚀技术技术组成组成剖面剖面图图防止液体流动形式引起的腐蚀典型深水海洋环境典型深水海洋环境五、抵抗环境载荷问题五、抵抗环境载荷问题海流的分类及影响海上平台载荷