海上钻井装置
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海上钻井装置
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
海上钻井平台的分类
桩基式平台
固定式
重力式平台 张力式平台
海 上
绷绳塔式
钻
井 装
坐底式 坐底式平台
置
自升式平台
移动式
半潜式平台 浮动式 浮式钻井船
过腿柱平台
固定式与移动式平台比较情况
三、半潜式钻井平台
1、结构组成
沉垫浮箱
其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下平坦、左右两侧为椭 圆等多种形式
上部平台
其外形有三角形、矩形、五角形、八角形、十字形及中字形 等多种形式
立柱
立柱个数有3，4，5，6，8个等
2、半潜式平台的定位
动力定位
锚泊定位 用得较多的是45 0夹角类
半潜式钻井平台进入井场和锚泊的几种典型的抛 锚方法之一
风力2到4级
8(6)
7(8)
风向 1(3)
45o 2(7)
6(5) 5(2)
3(4) 4(1)
平台航向
3、半潜式钻井平台优缺点
优点：
相船对于钻井
– 稳定性好
– 移动灵活
– 兼有座底式平台的优 点
缺点：
– 造价高 – 净负荷能力小 – 航行速度较低
相对于自升 式
四、浮式钻井船
第一艘浮式钻井船是1953年改装下水 的 船体有单船体和双船体
不同钻井装置对比表
海洋钻机与陆地钻机的区别
1、驱动形式不同 陆地钻机采用柴油机联合机械驱动 海上多采用电驱动：柴油机→交流发电机→整流输
出直流电→直流电动机驱动工作主机。（SCR电驱动系统） 2、井架、底座的差异
海洋多采用塔式井架，并进行防腐镀锌处理，底座 面积宽；
浮式钻井装置上需安装升沉补偿装置； 井架强度、承载能力大； 井架底座作成上下两层，上层可横向移动，下层可 纵向移动。
– 抛锚 下降
拔起桩腿
– 冲桩 → 迅速同时提桩 → 固桩
拖航
– 拖航方式有串联和并联
插、升、降、拔、拖
Βιβλιοθήκη Baidu
3、自升式平台的优缺点
对水深适应性强 无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低 在出现意外的高海浪时，平台可增大离水面 的距离 桩脚插入海底时，有良好的抗侧向移动性 平台离开水面后，可维修整个船体 桩腿下部有底垫时，容易造成整个装置的飘 移 不适于更深海域
二、自升式钻井平台
1、结构组成
自升式平台由工作平台、桩腿和升降机构 组成 工作平台的形状有三角形、四边形、五角 形等多种形状
桩
腿
桩腿数目有3,4,5,6,12,14,18腿等多种 桩腿直径从两米多到十多米不等 桩腿外形
圆筒形 柱型 四边形
三角形 桁架型
矩形
桩腿箱和底垫
升降机构
升降机构的作用是升降平台和拔桩。它分为两 类： 一类是孔穴插销液压升降装置，另一类是 齿轮 齿条式电动升降装置
设计标准： 最大作业水深: 40 m 最大钻井深度：6000 m 最低工作环境温度：一20°C 平台最大抗风能力：51.4 m／s 平台升降速度：36 m/h 钻井作业时最大可变载荷：1950 t。
舱室储存能力： 燃 油：365.4 m3 钻 井 水：170.2 m3 淡 水：391.7 m3 在用泥浆：190 m3 储备泥浆：80 m3
齿轮齿条式电动升降装置 孔穴插销液压升降装置
2、自升式平台的安置与撤离
压载
– 压载有两种：一种是靠自身重量压载，另一 种
是压载舱压载
升起平台
– 平台纵向和横向倾斜不能大于 1º – 平台离开水面高度一般在6~18m之间
2、自升式平台的安置与撤离
降下平台
– 固定活动部件，关闭密封舱门，检查升降机 构
一、座底式钻井平台
结构组成 沉垫浮箱 工作平台 中间支撑
优缺点
优点：
钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响完井后移动灵 活 缺点： 工作高度恒定，不能调节 对海底地基要求高
“胜利2号”座底式钻井平台 简介
它由上海交通大学和胜利油田钻采设计研究院联合设计 的世界上第一座极浅海步行式石油钻井平台，于88年9月19 日在青岛北海船厂下水。这是我国也是国际造船史上的一项 重大突破。
1、浮式钻井平台优缺点
优点：
– 适用于较深的海 域
– 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
2、克服船体运动对钻井影响的措施
增设升沉补偿装置 采取定位（抛锚或动力定位）措施 中心抛锚以减少摇摆 采用钻杆自动排放架 设置减摇舱、减摇罐 采用双体船型，增加横摇周期
二、张力（腿）式平台TLP
(Tension Leg Platform)
英国北海赫顿（Hutton）油田首次于生产中使用 此平台，1983年安装，84年投产
张力式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索 及系缆桩组成
它是今后深水用主要平台
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
三、绷绳塔架式平台
渤海七号
渤海七号钻井平台主要技术尺寸
建造：大连造船厂
非自航自升式钻井平台。
总长： 75.6m
船体型宽：34m
船体型深： 5.5m
桩腿总长：78 m
桩腿直径：3m
桩腿中心距（纵）：34.8m
桩腿中心距（横）：27.4m
桩腿结构类型：圆柱型
桩腿数：4根
艉端钻井凹槽：11m×8.4m
直升机坪直径：17.2m ×21m
优点：
① 稳定性好
② 海面气象条件对钻井工 作影响小
③ 如有工业性油气，可很 快转换成采油平台 如
缺点：
① 不能够移动和重复使用
② 造价较高，其成本随水 深增加而急剧增加
第一节 导管架桩基平台
一.结构组成
1、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
缺点： 贮油量小 用钢多，易腐蚀
3、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。
世界最大的钢质重力式平台
英国北海莫林（Maureen)油田的一个平台， 水深98m，平台结构钢重4万t，造价3.2亿美元；固 体压舱物重5.1万t，甲板、组块和设备重16200t，钻 井导管重490t，平台储油能力为65万t，平台建造时 间36个月，于83年夏安装就位
3、海洋钻机转盘开口直径较陆地钻机大 4、绞车结构基本与陆地相同，但海上采用单独电驱动， 驱动功率较大，且可实现无级调速 5、由司钻集中控制 6、海上对泥浆泵及泥浆净化系统要求更高 7、海上防喷器比陆地要求更高 8、海上多装有钻杆排放装置，自动化程度更高 9、增设升沉补偿装置
2、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16根桩。
3、上部结构
由承受作业机械和其它荷载的各类桁架或梁（主梁、 次梁、小梁）及平台甲板组成。
平台上荷载传递的次序：上部荷载 → 面板 → 小梁 → 次梁 → 主梁 → 桩 → 地基。
“胜利2号”钻井平台长72 m，宽42.5 m，主甲板高 12.6 m排水量4000 t。平台船体结构象火柴盒，有内体和外 体。在拖航、沉浮、座底等情况下，内外体由锁紧装置连接， 平台在陆上移动时脱开锁紧装置，内外体在微机控制下分别 起降升落，并借助于液压步行机械系统，实行内外体交替移 动。该平台“一步”可跨10 m，“步行”平均速度为 60~100 m/h。
研究证明：绷绳塔架式平台最经济的工作水 深范围在240~480 m之间
与钢质桩基相比，优点如下 节省钢材（成本低） 井口装置可设置于水面上
第三节 移动式钻井平台
移动式钻井平台分类
座底式钻井平台 自升式钻井平台 半潜式钻井平台 浮式钻井平台
1949年出现第一台移动式钻井装置“环球 钻机40”，它是一台座底式钻井平台 1953年出现第一台自升式钻井平台 1953年出现了浮式钻井船 1961年出现了半潜式钻井平台
上部结构常做成两层，即上层平台和下层平台。两层 平台之间用柱或桁架相连接。
上层平台：用作安放井架、绞车、钻具堆放场地及 宿舍等
下层平台：安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、 固井设备、仓库等
二.导管架的运送、就位及安装
1、运送与就位 如图 提升法：水深30m以内 滑入法+起重机：水深30--70m 滑入法+控制压载机： 水深70--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 整体铺设 分块铺设
3、井架的移位
第二节 其它固定式平台
一、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 1、混凝土重力式平台：
由沉垫、立柱、甲板三部分组成 沉垫----整个建筑物的基础。有多种形式：圆形、六 角形、正方形 立柱有：三腿、四腿、独腿等几种 甲板----为生产提供工作场所，安装各种生产 处理设 施和生活设施。有钢质和混凝土两种
与导管架平台相比，具有以下优缺点 优： 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： 对地质条件要求高 出现缺陷后修复较困难
2、钢质重力式平台 1971年意大利首造，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： 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
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
海上钻井平台的分类
桩基式平台
固定式
重力式平台 张力式平台
海 上
绷绳塔式
钻
井 装
坐底式 坐底式平台
置
自升式平台
移动式
半潜式平台 浮动式 浮式钻井船
过腿柱平台
固定式与移动式平台比较情况
三、半潜式钻井平台
1、结构组成
沉垫浮箱
其外形有矩形、鱼雷形、潜艇形及上下平坦、左右两侧为椭 圆等多种形式
上部平台
其外形有三角形、矩形、五角形、八角形、十字形及中字形 等多种形式
立柱
立柱个数有3，4，5，6，8个等
2、半潜式平台的定位
动力定位
锚泊定位 用得较多的是45 0夹角类
半潜式钻井平台进入井场和锚泊的几种典型的抛 锚方法之一
风力2到4级
8(6)
7(8)
风向 1(3)
45o 2(7)
6(5) 5(2)
3(4) 4(1)
平台航向
3、半潜式钻井平台优缺点
优点：
相船对于钻井
– 稳定性好
– 移动灵活
– 兼有座底式平台的优 点
缺点：
– 造价高 – 净负荷能力小 – 航行速度较低
相对于自升 式
四、浮式钻井船
第一艘浮式钻井船是1953年改装下水 的 船体有单船体和双船体
不同钻井装置对比表
海洋钻机与陆地钻机的区别
1、驱动形式不同 陆地钻机采用柴油机联合机械驱动 海上多采用电驱动：柴油机→交流发电机→整流输
出直流电→直流电动机驱动工作主机。（SCR电驱动系统） 2、井架、底座的差异
海洋多采用塔式井架，并进行防腐镀锌处理，底座 面积宽；
浮式钻井装置上需安装升沉补偿装置； 井架强度、承载能力大； 井架底座作成上下两层，上层可横向移动，下层可 纵向移动。
– 抛锚 下降
拔起桩腿
– 冲桩 → 迅速同时提桩 → 固桩
拖航
– 拖航方式有串联和并联
插、升、降、拔、拖
Βιβλιοθήκη Baidu
3、自升式平台的优缺点
对水深适应性强 无桩脚底垫时，用钢量少，造价较低 在出现意外的高海浪时，平台可增大离水面 的距离 桩脚插入海底时，有良好的抗侧向移动性 平台离开水面后，可维修整个船体 桩腿下部有底垫时，容易造成整个装置的飘 移 不适于更深海域
二、自升式钻井平台
1、结构组成
自升式平台由工作平台、桩腿和升降机构 组成 工作平台的形状有三角形、四边形、五角 形等多种形状
桩
腿
桩腿数目有3,4,5,6,12,14,18腿等多种 桩腿直径从两米多到十多米不等 桩腿外形
圆筒形 柱型 四边形
三角形 桁架型
矩形
桩腿箱和底垫
升降机构
升降机构的作用是升降平台和拔桩。它分为两 类： 一类是孔穴插销液压升降装置，另一类是 齿轮 齿条式电动升降装置
设计标准： 最大作业水深: 40 m 最大钻井深度：6000 m 最低工作环境温度：一20°C 平台最大抗风能力：51.4 m／s 平台升降速度：36 m/h 钻井作业时最大可变载荷：1950 t。
舱室储存能力： 燃 油：365.4 m3 钻 井 水：170.2 m3 淡 水：391.7 m3 在用泥浆：190 m3 储备泥浆：80 m3
齿轮齿条式电动升降装置 孔穴插销液压升降装置
2、自升式平台的安置与撤离
压载
– 压载有两种：一种是靠自身重量压载，另一 种
是压载舱压载
升起平台
– 平台纵向和横向倾斜不能大于 1º – 平台离开水面高度一般在6~18m之间
2、自升式平台的安置与撤离
降下平台
– 固定活动部件，关闭密封舱门，检查升降机 构
一、座底式钻井平台
结构组成 沉垫浮箱 工作平台 中间支撑
优缺点
优点：
钻井时固定牢靠不受海洋环境的影响完井后移动灵 活 缺点： 工作高度恒定，不能调节 对海底地基要求高
“胜利2号”座底式钻井平台 简介
它由上海交通大学和胜利油田钻采设计研究院联合设计 的世界上第一座极浅海步行式石油钻井平台，于88年9月19 日在青岛北海船厂下水。这是我国也是国际造船史上的一项 重大突破。
1、浮式钻井平台优缺点
优点：
– 适用于较深的海 域
– 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
2、克服船体运动对钻井影响的措施
增设升沉补偿装置 采取定位（抛锚或动力定位）措施 中心抛锚以减少摇摆 采用钻杆自动排放架 设置减摇舱、减摇罐 采用双体船型，增加横摇周期
二、张力（腿）式平台TLP
(Tension Leg Platform)
英国北海赫顿（Hutton）油田首次于生产中使用 此平台，1983年安装，84年投产
张力式平台主要由甲板、立柱（大浮体）、缆索 及系缆桩组成
它是今后深水用主要平台
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
三、绷绳塔架式平台
渤海七号
渤海七号钻井平台主要技术尺寸
建造：大连造船厂
非自航自升式钻井平台。
总长： 75.6m
船体型宽：34m
船体型深： 5.5m
桩腿总长：78 m
桩腿直径：3m
桩腿中心距（纵）：34.8m
桩腿中心距（横）：27.4m
桩腿结构类型：圆柱型
桩腿数：4根
艉端钻井凹槽：11m×8.4m
直升机坪直径：17.2m ×21m
优点：
① 稳定性好
② 海面气象条件对钻井工 作影响小
③ 如有工业性油气，可很 快转换成采油平台 如
缺点：
① 不能够移动和重复使用
② 造价较高，其成本随水 深增加而急剧增加
第一节 导管架桩基平台
一.结构组成
1、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
缺点： 贮油量小 用钢多，易腐蚀
3、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。
世界最大的钢质重力式平台
英国北海莫林（Maureen)油田的一个平台， 水深98m，平台结构钢重4万t，造价3.2亿美元；固 体压舱物重5.1万t，甲板、组块和设备重16200t，钻 井导管重490t，平台储油能力为65万t，平台建造时 间36个月，于83年夏安装就位
3、海洋钻机转盘开口直径较陆地钻机大 4、绞车结构基本与陆地相同，但海上采用单独电驱动， 驱动功率较大，且可实现无级调速 5、由司钻集中控制 6、海上对泥浆泵及泥浆净化系统要求更高 7、海上防喷器比陆地要求更高 8、海上多装有钻杆排放装置，自动化程度更高 9、增设升沉补偿装置
2、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16根桩。
3、上部结构
由承受作业机械和其它荷载的各类桁架或梁（主梁、 次梁、小梁）及平台甲板组成。
平台上荷载传递的次序：上部荷载 → 面板 → 小梁 → 次梁 → 主梁 → 桩 → 地基。
“胜利2号”钻井平台长72 m，宽42.5 m，主甲板高 12.6 m排水量4000 t。平台船体结构象火柴盒，有内体和外 体。在拖航、沉浮、座底等情况下，内外体由锁紧装置连接， 平台在陆上移动时脱开锁紧装置，内外体在微机控制下分别 起降升落，并借助于液压步行机械系统，实行内外体交替移 动。该平台“一步”可跨10 m，“步行”平均速度为 60~100 m/h。
研究证明：绷绳塔架式平台最经济的工作水 深范围在240~480 m之间
与钢质桩基相比，优点如下 节省钢材（成本低） 井口装置可设置于水面上
第三节 移动式钻井平台
移动式钻井平台分类
座底式钻井平台 自升式钻井平台 半潜式钻井平台 浮式钻井平台
1949年出现第一台移动式钻井装置“环球 钻机40”，它是一台座底式钻井平台 1953年出现第一台自升式钻井平台 1953年出现了浮式钻井船 1961年出现了半潜式钻井平台
上部结构常做成两层，即上层平台和下层平台。两层 平台之间用柱或桁架相连接。
上层平台：用作安放井架、绞车、钻具堆放场地及 宿舍等
下层平台：安放泥浆泵、泥浆池、防喷器、发电房、 固井设备、仓库等
二.导管架的运送、就位及安装
1、运送与就位 如图 提升法：水深30m以内 滑入法+起重机：水深30--70m 滑入法+控制压载机： 水深70--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 整体铺设 分块铺设
3、井架的移位
第二节 其它固定式平台
一、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 1、混凝土重力式平台：
由沉垫、立柱、甲板三部分组成 沉垫----整个建筑物的基础。有多种形式：圆形、六 角形、正方形 立柱有：三腿、四腿、独腿等几种 甲板----为生产提供工作场所，安装各种生产 处理设 施和生活设施。有钢质和混凝土两种
与导管架平台相比，具有以下优缺点 优： 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： 对地质条件要求高 出现缺陷后修复较困难
2、钢质重力式平台 1971年意大利首造，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： 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