海洋平台论文

1、海上钻井平台基本结构1=【摘要】海上钻井平台主要用于钻探井的海上结构物。上装钻井、动力、通讯、导航等 设备，以及安全救生和人员生活设施。海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要有自升式和 半潜式钻井平台。本支探讨了海上钻井平台的分类主要是移动式平台和固定式平台，并对其优缺点进行了 分析对比，论述了导管架桩基平台结构组成，对于加速我国进军世界级海洋工程装备开发.设 计和制造领域，提升我国深水作业能力，具有重要的战略意义.目前，世界上己探明的海上油气费源大部分蕴藏在大陆架及3000米以下的海底。有 数据显示。深海能源储量将是陆地能源储量的100倍，但由于开采技术上的限制，其还是能 源领域最具潜力的处女

2、地。1海上钻井平台的分类海上钻井平台应满足下面三个条件，适应海洋钻井区域环境且安全.成本较低，满 足钻井、采油、测试等各项作业的要求。海洋钻井平台(drilling platfom)是主要用于钻探井的 海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是 海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。固定式平台 的下部由桩、扩大基脚或其他构造直接支承并固着于海底，按支承情况分为桩基式和重力式 两种。活动式平台浮于水中或支承于海底，能从一井位移至另一井位，接支承情况可分为着 底式和浮动式两类。近年来正在研究新颖的半固定式海洋平台，它既能固定在深

3、水中，又具 有可移性，张力腿式平台即属此类。其中按结构又可分为：移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵 索塔式平台。坐底式平台。最早的活动平台采用钻井驳船。后来随着海洋石油钻探水深的不断增 加,钻井驳船进一步发展成坐底式平台，它由沉垫、立柱和平台甲板三部分组成，适用于水深为 530米而且海底比较平坦的场合。沉垫可以是整体式，也可以是分离式。向沉垫内灌水， 平台即下沉坐落在海底。把水排出，平台就能浮起，故这种平台又有沉浮式之称，要求沉得下， 坐得稳，浮得起。中国建成的胜利一号平台即属浅海坐底式平台。自升式平台。由一个驳船式船体和若干能升降并能起支撑作用的桩腿组成

4、，船体有足够的浮力以运载钻井设备和给养到达工作地点。作业时平台被桩腿支撑并抬升到海面以上。转移时，把桩腿拔起，驳船式船体下降浮于水面，即可拖运到另一地点。自升式平台分为插桩自升式和沉垫自升式。桩腿可插入海底，也可在桩腿下面设置“桩靴”或独立的 小沉垫。桩腿结构可以是封闭壳体式，也可以是构架式。桩腿升降机构，有电动液压式和电 动齿轮齿条式。船体平面形状可以是三角形、矩形或五边形，其特点是浮运方便，作业时稳 定性好，适用水深为590米。这种平台的应用较广。钻井船。把钻井设备安装在船体上，靠锚系或动力定位，在漂浮的状态下钻井。 一般都有自航能力，可在几百米或上千米水深的海域工作，但对风浪极为敏感，当

5、风力超过 78级，波高超过34米时就要停止作业。半潜式平台。主要由上部结构、下潜体、立柱及斜撑组成，下潜体有靴式、矩形驳船船体式、条形浮筒式。其外形与坐底式平台相似，上部结构装设全部钻井机械、平台操 作设备以及物资储备和生活设施、它是一个由顶板、底板、侧壁和若干纵横仓壁组成的空间 箱形结构，水密性较高，能提供较大的浮力，作业时下潜体灌入压舱水使其潜入水下一定深 度，靠锚缆或动力定位。拖航时排出压舱水，使下潜体浮在水面。在浅水区作业时可使下潜 体坐落在海底，类似坐底式平台。它既可在10600米深的海域工作,又能较好地适应恶劣 的海况，但其经济水深一般为100300米。在深水海域中开发石油时，坐底

6、式钻井平台不能满足要求；自升式平台虽然使用水深较大，但不经济；浮动式钻井船可适用于较大水 深，然而受海况的影响，其开工率很低；而半潜式平台既可在很深的海域工作，又较能适应 恶劣的海况，有良好的运动特性。遇到恶劣天气时，要引缆作业，可用船用撇缆枪。因此， 半潜式平台是目前深海钻井的主要装置。（2）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台。80年代初， 人们开始注意北极海域的石油开发，设计.建造极区坐底式平台也引起海洋工程界的兴趣。 目前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底.然后在平台中央填砂石以防止平 台滑移.完成钻井后可捧出压载起浮，并移至另一井位.导管架型平台。

7、在软土地基上应用较多的一种桩基平台。由上部结构（即平台甲 板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置 成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞 机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。 桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立 柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区， 应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。对深海平台，还需进行结构 动力分析。结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安

8、全操作。并应考虑防腐蚀及防海生 物附着等问题。导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点 的破坏而引起。管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用谱分析技术分析管结点的 应力，取得较好的结果。导管架由导管（即立柱）和导管间的水平杆和斜杆焊接组成，钢桩 沿导管打入海底。打桩完毕后，在两者的环形空隙内用水泥浆等胶结材料固结，使桩与导管 架形成一个整体，以承受巨大的竖向和水平荷载。若桩的承载能力不能满足要求时，可在立 柱之间和角立柱的周围增设钢桩。这种平台施工时一般先在陆地上预制导管架，再用驳船拖 运就位进行安装,通过调节压舱水使驳船倾斜，然后用卷扬机将导管架送入水中，由其

9、自身 浮力悬浮在水中，再向导管架立柱内灌水，同时用起重船把导管架竖立就位于海底井址，再 将桩逐段连续打入海底土层固定。用于深海的导管架高度很大，整体运输困难，可采用分段 制造，分段下水连接而成。重力式平台 钢筋混凝土重力式平台。依靠自身重量维持稳定的固定式海 洋平台。主要由上部结构、腿柱和基础三部分组成。基础分整体式和分离式两种。整体式基 础一般是由若干圆筒形的舱室组成的大沉垫。沉垫也可采用平板分仓的蜂窝式结构，其侧表 面可做成多波形或平板形。分离式基础用若干个分离的舱室做基础，它对地基适应性强，受 力明确，抗动力性能好，腿柱间距大，在拖航及下沉作业时较安全。 钢重力式平台。 也属于分离式基础

10、型，由钢塔和钢浮筒组成，浮筒也兼作储油罐。 钢-钢筋混凝土重 力式平台。上部结构和腿柱用钢材建造，沉箱底座用钢筋混凝土建造，可充分发挥两种材料 的特性。以上三种重力式平台适用于较深海域。整体式基础多建造在密实的砂土上，避免建在松散砂或较厚的软土地基上。分离式基础由于基础面积视地质条件而定，立柱的间 距随水深而变，故对地基和水深的适应性很强,可用于地质条件较差的场合。重力式平台的施 工分两个阶段，前阶段在干坞中进行，后阶段在近岸可避风浪的深水区进行。施工程序是； 在干坞中建造基础下部，至预定高度后向干坞中灌水，把已建成的基础下部连同起重设备一 起浮运至能避风浪的深水区，并牢牢系泊，继续建造基础的

11、上部及立柱，直至混凝土工程全 部完成，再向基础内部灌水，使平台下沉，然后将预制的平台甲板构件用驳船运到立柱上， 使基础排水，稍稍起浮，直至立柱恰好顶在平台甲板的预定位置。最后把立柱与平台甲板牢 固地连在一起，形成平台。重力式平台设计时应防止基础舱壁失稳或压坏。当基础兼做储油 罐时，应考虑由于内外温差所产生的温度应力。平台要有足够的整体稳定性。基础下边可设 有插入地基的裙板，防止基础底座沿海底滑动。此外，结构的倾斜度，总沉降量及动力效应都要求不超过限值。2固定式与移动式平台比较情况2.1优点稳定性好。海面气象条件对钻井工作影响小。如有工业性油气，可很快转换成采油平台。2缺点不能够移动和重复使用造

12、价较高.其成本随水深增加而急剧增加座底式平台分.本体与下体(即箱)，有 若干个立柱连接本体与下体，平台上设置钻井设备、工作设备、存储生活舱。钻井前，在浮 箱中难入压载水，使之沉底，钻井时，座底承担所有重量。此时.平台位于水平面以上，不 受海浪侵袭。上浮时。放去浮箱中压载，提供浮力，进行拖拽。座底式平台工作水深较浅.因 为越深.整体重量越大。越不容易拖拽，经济性下降。现在基本被淘汰，胜利l号，4号时 座底式的。自升式钻井平台。由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一般无 自航能力。1953年美国建成第一座自升式平台。这种平台对水深适应性强，工作稳定性良 好，发展较快，约占移动式钻井装置总

13、数的1/2。工作时桩腿下放插入海底.平台被抬起 到离开海面的安全工作高度：并对桩腿进行预压.以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。 完井后平台降到海面.拔出桩腿并全部提起.整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。3导管架桩基平台结构组成1导营架桩基平台导管架是由若干直立的和具有一定斜度的导管，由横向、斜向连杆联成一体的框架结 构。作用：支承上部结构作为打桩定位和导向的工具，将平台上面的负荷比较均匀地传递到 桩上，可安装系靠船的设备，可作为安装上部结构时的临时工作平台。桩用于承受平台的垂直重量及水平环境推力，并通过桩周的摩擦力和桩尖阻力。将这 一负荷传递给基土层，支承桩。摩擦桩.目前导管架多采用8根和

14、16根桩。上部结构由承受作业机械和其它荷载的各类桁架或粱(主粱、次粱、小粱)及平台甲 板组成。3. 2导管架的运送，就位及安装(1)运送与就位.提升法：水深30田以内.滑入法+起重机：水深30- 70m，滑入法+控 制压载机；水深70 一 120m。浮运法：水深120m以上。(2)安装打桩：少则四根。多则十多根，打入深度少则50m，多则几百米，铺设平台上部结构， 分为整体铺设和分块铺设。4其它固定式平台4.1重力式平台七十年代初出现.它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底分为混凝土重力式 平台和钢质重力式平台。4.2混凝土重力式平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成.沉垫一一整个建筑物的基础。有

15、多种形式：圆形、六 角形、正方形，立柱有：三腿，四腿、独腥等几种，甲板一为生产提供工作场所，安装 各种生产处理设施和生活设施。有铜质和混凝土两种。与导管架平台相比，具有以下优缺点：优点是不需打桩.具有相当的贮油能力.节省钢材，防火，防腐性较好，维修费用低， 寿命长。缺点是对地质条件要求高，出现缺陷后修复较困难。4.3钢质重力式平台1971年慧大利首造.水深90米称洛安高平台，整个平台由沉箱、支承框架、甲板三部 分组成，沉箱可作贮油罐，优点是重量比混凝土轻，预制过程中对水域要求不高，拖船马力 小.对地基承载力要求不高。缺点是贮油量小，用钢多，易腐蚀。4.4混合重力式平台由混凝土基础和钢质导管架所组成。分为混合塔式平台和重力基础导管架式平台两种。 英国北海莫林(Maureen)