自升式钻井平台技术发展趋势

自升式钻井平台技术发展趋势
摘要：自升式钻井平台属于海上移动式平台，被广泛运用在现代海洋油气资
源的开发，其定位能力强和作业稳定性好的特点使其在大陆架海域的油气勘探和
开发中居重要地位。

自升式钻井平台适用于不同海底地层条件和较大水深范围，
移动灵活方便且便于建造，在全球现有海上钻井平台中约占到40%。

工程实践中，自升式平台灾难性事故主要有:平台倾覆、桩腿入泥过深拔桩困难、桩腿穿刺等，这些与海洋地基承载力及其稳定性息息相关。

而在钻井平台插桩过程中，穿刺事
故是钻井平台作业期间的最大风险因素，根据挪威HSE统计资料表明，穿刺事故
约占平台总事故的53%。

自升式钻井平台插桩深度分析要求高，难度大，可检验
性非常强。

已有的工程实践分析表明，钻孔的布置、场地的地质情况、土性评价
和土质参数选用、计算模型的选择、地区经验、桩靴压载速率和荷载增量是影响
钻井平台插桩分析准确与否的关键。

根据国内近海数百个井场的调查和分析发现，近海大部分区域插桩分析的预测结果与实际结果基本吻合，但是对于某些复杂地层，如两硬地层夹一软弱层、硬地层与软弱层反复交替出现等，仍存在预测不准
的情况。

因此，钻井平台在复杂地层中的插桩深度分析及穿刺分析，是工程分析
中的重点关注对象，也是钻井平台插桩作业时关注的焦点。

基于此，本篇文章对
自升式钻井平台技术发展趋势进行研究，以供参考。

关键词：自升式；钻井平台技术；发展趋势
引言
自升式钻井平台带有能够自由升降的桩腿，作业时，桩腿下伸到海底，站立
在海床上，利用桩腿托起船体，并使船体底部离开海面一定的距离，保证船体不
承受波浪载荷，从而实现平台安全地钻井和采油等功能。

由于井口处海床地质复杂，土体强度非均匀系数等参数变化对桩靴承载力的影响，平台插桩后3个桩腿
载荷分布不同，受力大的桩靴容易穿透海床黏土层而失稳侧倾，待主船体部分入
水产生浮力，提供回复力矩，平台慢慢扶正。

在总结其技术的同时，提出了数字化、环保技术等等。

1自升式钻井平台技术
1.1水深选型
自升式钻井平台在海上被动航行，是被拖物，需要主拖船拖航。

自升式钻井
平台和主拖船都有最小吃水深度以避免搁浅。

海洋钻井平台在海上进行拖航、就位、插桩和钻井作业，水深是需要考虑的重要因素。

７ｍ以浅和１２０ｍ以深是
进行海洋平台选型和匹配的２个重要参考值。

水深过浅容易导致主拖船和钻井平
台拖底搁浅；若水深过深，由于自升式钻井平台桩腿长度有限，则在插桩过程中
容易导致滑移和桩腿变形。

船体和桩腿受涌浪影响非常大，对自升式钻井平台的
安全性和稳定性产生较大响，插桩和防碰风险陡增。

在就位作业前须进行井场调查，明确就位区域范围内水深随着潮汐和涌浪的变化范围，以保证航行和就位安全。

1.2覆盖能力选型
自升式钻井平台依靠悬臂梁将钻台推出，实现转盘中心对井口区的纵向移动，钻台有上下底座，通过上底座的移动实现转盘中心对井口的横向覆盖。

覆盖能力
分为纵向覆盖能力和横向覆盖能力，需分别建立选型公式。

根据自升式钻井平台
悬臂梁尺寸和载荷分布特征，结合生产平台结构和空间展布，建立自升式钻井平
台悬臂梁覆盖能力评价模型。

该模型考虑钻修井船与生产平台距离的安全控制、
悬臂梁载荷分布和海况条件等，使悬臂梁覆盖能力评价精度由原来的７０％提高
至９０％。

1.3平台升降试验
待平台桩腿穿刺设置完成以后，平台在船厂码头合适的海域插桩，并按照建
造时船级社认可的平台升降试验大纲进行升降试验，以验证桩腿设置是否满足平
台正常升降功能。

通过几艘穿刺平台的试验，已成熟地掌握该类桩腿技术和经验，完整合理的施工方案也为平台修理节约了宝贵的时间，赢得了船东的信任，得到
市场的认可。

2数字化
2.1状态监测
典型代表如GE和Nobel、GE和MAERSK推出的数字化钻井平台，NOV的RIGSENTRY水下BOP监测系统以及MHWirth的RiCon隔水管监测系统等，均提供
设备状态显示及故障在线诊断功能除设备状态监测外，自升式平台独有的数字化
的技术将聚焦于桩腿结构的实时状态监测和损伤预警。

DNVGL的混合数字孪生技
术（HybridTwinTechnology）已在超大型集装箱船上进行了验证：该技术通过仅
仅8个应变测量点和全船结构响应的逆有限元化，倒推出整个船体结构的响应历史，并与实测记录进行对比，果吻合较好。

该技术已经在某MOPU（Mo－bileOffshoreProductionUnit）平台上进行了测试，有望通过少量传感器对平台
桩腿结结构状态进行监测，测疲劳寿命。

2.2大数据分析
大数据分析的基础是海量的数据库，因此必须有足够的数字化改造程度及时
间积累。

目前挪威国油、Kongsberg等公司已经建立了大数据分析雏形，主要用
于数字化勘探、数字化建井、数字双胞胎平台、数字化就位分析等内容。

3环保技术
IMO（InternationalMaritimeOrganization，国际海事组织）于2018批准
了MARPOLAnnexVI修正案，该规定要求2020年起，全球范围内的船舶燃油含硫
量从3.5%下降至0.5%，对氮氧化物的排放也提出了限制，另外ECA （EmissionControlArea，排放控制区）区域将会有更严格的要求，届时起将禁
止所有未安装脱硫设备的船舶携带高硫燃油。

而我国也已规划了3个新的排放控
制区：珠江三角洲、长江三角洲和环渤海地区。

这对于目前在役自升式钻井平台，无疑是一个挑战。

目前，SCR（SelectiveCatalyticReduction，选择性催化还原）及双燃料发动机都是比较可行的解决方案。

预计今后发动机排烟脱硫装置、氮氧
化物减排系统以及IMOTierIII标准的发动机将成为自升式钻井平台动力配置的
主流。

结束语
综上所述，研究自升式钻井平台技术，得出如下结论：（1）水深是自升式钻井平台选型的首要考虑因素，水深选型同时影响气隙选型和插桩选型。

研究水深和自升式钻井平台桩腿合理匹配问题，建立水深选型方法和公式，为钻机资源合理安排提供依据和准则。

（2）自升式钻井平台气隙、覆盖、避让选型模型、方法和公式的建立为自升式钻井平台就位提供竖向空间的理论依据和准则，保证就位设施不会发生碰撞。

（3）钻井平台悬臂梁覆盖能力选型模型、方法和公式的建立为钻井平台选型和就位提供横向空间的理论依据和准则，保证钻井平台不会与生产平台重要设备发生干涉。

（4）对于有可能发生破坏模式的场址，钻井平台在达到预测的最终入泥深度之前均可能存在穿刺的风险。

（5）在实际应用中，要综合分析评价桩端土体破坏模式的各影响因素，选用最适宜且合理的方法进行全方位的分析判断，以提高钻井平台插桩预测的准确性，为钻井平台就位作业提供精确的指导建议。

参考文献
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