自升式海洋钻井平台浅谈

自升式海洋钻井平台浅谈自升式平台顾名思义是具备自升能力的功能性平台，通过一定长度可以自行升降的桩腿来实现操作高度的变化以适应不同作业水深的要求，有槽口式和悬臂梁式的，现今新建平台基本都是悬臂梁式，一些平台配置有DP（dynamic position）系统从而实现自航和自定位功能，本文仅对不带有DP系统的自升式具备钻井操作能力的平台布置的简析。

自升式平台目前主要有两种形式，独立桩腿式和沉垫式，作业水深范围从12/14 英尺直至550 英尺。

大多数自升式钻井平台的作业水深在250至300 英尺范围内，较浅水深则由一些固定式平台覆盖，比如模块钻机等。

目前主流自升式平台多采用独立桩腿式，主要船型有新加坡吉宝船厂的Keppel Fels B Class , 美国F&G 公司的Super M2 以及JU2000/JU2000E ，荷兰MSC公司的Gusto CJ系列（CJ46/CJ50/CJ70，设计作业水深不同），美国Letourneau公司的Letourneau 116 系列等。

各类型平台各具特色，根据不同的可变载荷（后面会提到其影响）和设备功能配置会有不同的租金差别，但其主要差别目前仍是从作业水深来大致区分，从各自平台造价来说，设备配置占据整个平台的较大部分，再加之一些设计费用和专利费，各类型平台取决于客户的想法和习惯以及使用区域的实际情况等因素。

自升式平台目前主要入级的船级社有ABS（美国船级社），DNV（挪威船级社，目前改为DNV-GL，同德国劳氏合并后简称），CCS（中国船级社）以及较少的BV （法国船级社），目前最主要的是ABS和DNV，原因是其关于钻井平台的要求较为详细完整，并且出台的相应的专门入级的规范，如MODU等，其网站提供相关规范的免费下载，同时每年会有相应的更新，在进行平台设计时应注意该平台入级的是哪一年的规范，同时按照对应规范进行相关设计，有些更改会对相关系统和设备由额外的要求，将会直接的提高建造成本。

其中DNV的规范相对来说更加详细和严格一些，对北海区域的针对性比较强，所以我们会发现大部分入级平台如果作业区不是北海区域，多数选择入级ABS，也有部分平台入级双船级社，这里简单的讲就是为了将来船东的运营方便，比如我国的海洋石油981（半潜式钻井平台）同时入级CCS和ABS船级社,这里还要针对双船级和双重船级说明一下，前者船级社分主次。

平台设计要有相应的设计依据，这里的依据除了按照平台的建造规格书和相关的设备技术协议外，就是我们在设计时需要遵从的行业内以及涉及到的相关规范，比如国际载重线公约，国际防污公约(MARPOL),国际海上人命安全公约（SOLAS），涉及直升机平台的CAP437等等，当然最主要的是船级社的入级规范，比如ABS的MODU（Rules for building and classing mobile offshore drilling units），随着行业的越来越成熟，船级社的规范更新的频率也愈加的频繁，一些要求也更加的详细，所以在设计时要仔细研读规范，涉及的部分力求理解明白，一些看法不一致的地方可以同船级社人员进行沟通达成一致。

针对自升式钻井平台的布置，目前主流的平台基本都是三桁架式桩腿支撑，大三角形箱式结构的船体模块，辅以生活模块和钻井模块（悬臂梁，钻台）以及一些辅助设施等构成，一些设计公司喜欢追求较大的甲板空间，用于将来一些辅助设备和工具等的临时存放使用等。

船体按照提供的各项功能性分舱，大致分为：主机舱（发电机、日用油柜、滑油柜等）、配电板间和变压器间（Switch Board Room & transform room）、泥浆泵间（Mud Pump Room）、泥浆池以及泥浆池顶部房间用于泥浆池相关操作和流转设备的布置、辅机间（不局限于一个舱室，用于舱底水、压缩空气、冷却、消防、生活单元供给、污水处理、淡水、海水等系统的循环等等功用的各类设备处所）、储藏间（因不同船型而异，存储空间和类型各不相同）、以及船体底部和四周的一些工作舱室（燃油舱、淡水舱、污油舱、海底阀箱等）和压载水舱，各平台根据设计不同有的设置双层底，有的为单层底。

三腿和四腿甚至五腿的在选择上主要考虑上造价成本，三腿从重量升降单元数量来说相对成本较低，所以目前的主要船型采用三腿的居多，但桩腿数量少，对桩腿的举升能力和建造工艺要求也高。

桩腿形式有壳体式和桁架式，两者的优缺点简单来说就是前者制造工艺上比后者简单，但后者在较深水域有较好的抵抗波浪力和洋流作用力的影响，这个水深一般在65m左右，也就是200尺左右。

桩腿下面连接部分各种平台又有所不同，但目前按照适应性来讲，普遍采用桩靴形式，简单来讲就是避免了在软土层地区作业时桩腿插入太长影响作业深度，同时也提高了插桩和拔桩作业时安全性，一般这种桩靴底部会做成突起的过渡形状，像一个小锥形的头部，方便入泥的功用，桩靴上一般自身带有冲桩系统，但遇到复杂底层时有时还需要额外帮助提供冲桩作业帮助。

船体舱室布置按照功能性区域和实用性相结合的方式，缩短相关管线布置，优化电缆桥架走向，合理分配房间通风，考虑各设备的操作维护空间，保证主逃生通道的顺畅，同时兼顾重量重心的影响。

下面以H平台为例，此平台为三桩腿式自升式平台，平台型长260尺，型宽261尺，桩腿艏艉间距129尺，左右舷间距142尺。

配备升降单元36套，设计钻井深度9000米，设计可变载荷4500吨，包括钩载680吨，立根区载荷320吨，探井用套管张紧装置载荷600 kips。

桩腿齿条厚度7寸，半圆板半径257mm，生活楼能力150人，配备三台50吨吊机，设计水深400ft，钻井模块覆盖范围80*40 ft2，左右舷方向各20尺。

首先对整个平台的布置做下说明，后面将列举这一系列说明所考虑的因素。

整个船体布置生活区位于船艏，工作区位于船尾及船中部分舱室，动力区位置船中主甲板以下，升降控制以及直升机甲板位于生活楼顶部。

主船体四周为全型深压载舱，船体中间配置燃油舱，污水舱，淡水舱（根据规范要求要同其他舱室进行隔离，故设置管弄围绕淡水舱,有条件的可以设置隔离空仓，如果布置注意隔离空仓的规范要求，会涉及一些通道、落水等要求）、基油舱、盐水舱以及海水阀箱。

压载舱的布置相当于双层壳，对破仓稳性很有好处，当然任何做法都不是绝对，有些平台仅在桩腿周围设置压载舱。

以上舱室内液体的密度较为相近，具体舱容将根据整体稳性计算和静水力表来进行调整，受影响因素为设备和泥浆舱的布置。

船体艏部布置150人生活楼（主要以2人间为主，这个主要取决于作业海域政府的要求，有些地域会对工作人员的住所要求较高，这取决于此平台计划用于作业的区域，进而了解具体的要求进行前期设计）及直升机平台，船艉部布置钻井模块（悬臂梁和钻台）左右舷各布置一个50吨吊机，左舷尾部布置一个50吨吊机，固控模块和固井模块布置于船尾部左右舷两侧，加载站位于船中部左右舷侧，钻井模块(悬臂梁和钻台井架部分布置于船中靠近船尾处，钻井作业时自尾部滑出，船体未开槽。

船体工作舱室布置上，我们将泥浆池舱布置于船中靠近艏部桩腿，船中自首向尾依次为压载舱、桩腿围井、泥浆池舱，泥浆泵舱，主机舱，变压器以及配电板间、船尾压载舱；在泥浆池舱左右两侧布置辅泵间及水处理设备；在泥浆泵舱左右两侧布置重型装备间和散料间（用于储存调配泥浆用的散料袋，设计空间存放能力5000袋）；在主机舱和配电板间左右两侧布置压缩空气以及其他相关冷却、消防、舱底水等系统的设备和阀组。

钻井模块采用悬臂梁和钻台分别滑动的移动方式变化井位，悬臂梁为门型结构，悬臂梁内部两侧布置了中间甲板，用于一些井口设备的操作控制以及维修等工作。

下面我们将阐述以上布置的原因和考虑：从主船体上布置来看，艏部放置生活楼和直升机甲板，尾部放置钻井模块，均对称船中布置，从重量中心分布来说较协调，左右两舷侧吊机基本对全船进行全覆盖，辅以左舷尾部吊机，实现了船体范围内物料的无阻碍转运。

从穿体内各舱室布置来讲，泥浆舱设计容积680立方米，工作时满舱状态泥浆重量约750吨，此不涉及加重泥浆的状态下，固将其布置于艏部桩腿附近，这样在钻井作业时，能够相对的减少整船重心向船尾井口的偏移，减少尾部桩腿的受力，提高立桩稳性，泥浆泵房则就近布置便于泥浆的循环作业，而主机舱和配电板间的布置，从较为便利的角度讲应该配电板间布置于泥浆泵房附近，而后主机舱布置于尾部，这样可以减少电缆的长度和走向造成的各类空间占用，但主机舱的通风以及排烟管的布置受限制于两舷侧桩腿井的因素，将会造成很麻烦的穿舱工作，同时涉及一些不同区域的防火等要求，故而进行如上所述布置。

在泥浆泵房左右两侧布置散料间和重物储备间的目的同上，均是为了平衡整个船体的重量分布。

其他辅机泵舱等，则主要按照各系统原理尽量采取就近便利布置，在实现功能的同时，尽量减少相关管线和电缆长度和走向，减少流程损失，同时兼顾不同工作区域和机械处所的防火通风要求，权衡经济性的同时进行分类分区域布置。

生活楼模块的布置要远离工作区，减少相关舱室和毗邻处所振动、噪音的影响，相关设计遵照规范严格执行，由于钻井平台同航运船舶在形式上存在着一定程度的不同，所以一些对于船舶上层建筑或甲板间的要求不一定全部遵照，这个需要具体问题具体分析，总体重量上当然是在合理范围内越小越好。

钻井模块的布置，由于海洋平台的空间有限，钻井模块中涉及的设备和控制又较多，同时钻井模块在工作中是各个系统间的协同动作，所以对钻井模块的布置要求灵活便利，相关设备根据原理合理的布置，考虑管线、电缆、通道、照明的覆盖影响有一个整体的统筹认识，对布置人员的能力要求较高，要同时兼顾实用性和功能性的影响，另外一些钻井设备成本较高，合理的避让一些危险区域的覆盖，进而影响相关设备的防爆要求将会节省相应的建造成本。

优化性建议1、建议增大桩腿内围部分的甲板面积，将尾部两桩腿分别向舷外移动。

虽然对于桩腿的布置，从平台的站桩稳性来讲，桩腿之间的间距越大平台的抗倾性越好，但过大会增加船中部分结构的负担，造成平台的一些舱容减小以及平台重量的增加，但此平台左右舷侧间距142尺，型宽261尺，剩余桩腿外侧部分利用率不高，而靠近悬臂梁部分的甲板面都被一些风帽、舱孔等占用，造成甲板面积的综合利用率低。

平台设计作业水深400尺，如不在400区域作业时，位于桩腿升降基础部分之上的桩腿高度将干涉船上吊机的使用，使得平台吊装作业存在盲区。

2、将位于主甲板生活楼以下，船中部位的灰罐系统（装有水泥、膨润土和重晶石）移至船舱内部，将散料袋存储区域移至生活楼之下，原混浆系统设备仍留在原散料间。

将减少主甲板载荷，改善泥浆池顶部房间高度，同时减少泥浆混浆管线的布置，在重量分布上，如泥浆泵房另一侧的重物储备间利用率不高则可以布置部分灰罐至重物储备间。