浮式海洋平台-半潜式平台
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自重比。 通常大多数海上工程用钢的屈服强度（R）为250－350Mpa，目 前，高强度钢（ R=700MPa ）已用作平台的重要结构，甚至使用 R=827Mpa的钢材，这些钢材不仅强度高，而且韧性好，可焊性好。。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
适应更恶劣海域
半潜式平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力强，稳
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
未来研究热点
高效钻井作业系统
如何配置多井口作业系统、钻杆处理系统、动力锚道等，以提
高工作效率，是研制半潜式钻井平台的关键。
升沉补偿系统
在深海钻井作业过程中为了保持钻头恒定接触井底，必须设法 补偿平台由于风浪作用而产生的升沉落差，早期的方法是使用伸 缩钻杆，目前主要采用天车补偿、游车补偿以及绞车补偿等方法。
1966年Sedco135 半潜式平台为12 根立柱,为Friede&Goldman 公
司设计； 这个时期的平台结构布局大多不合理,设备自动化程度低。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
第二代半潜式钻井平台：
20 世 纪 70 年 代 ， 出 现 了 以 Bulford Dolphin, Ocean Baroness, Noble Therald Martin等为代表的第2代半潜式钻井 平 台 ， 这 类 平 台 作 业 水 深 180 ～ 600 m ， 钻 深 能 力 以 6096m(20000英尺) 和7620m(25000 英尺)两种为主，采用锚 泊定位，设备操作自动化程度不高。
建造过程（在陆地上建造）
甲板建造
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
ห้องสมุดไป่ตู้第五代半潜式钻井平台：
2000 -2005年期间 , 出现了以Ocean Rover, Sedco Energy , Sedco Express为代表的第5代半潜式钻井平台，其作业水深达1800～3600m，
钻深能力在7620～11430m (25000 ～37500 英尺) 之间，采用动力定位
m(30000英尺)为主，锚泊定位为主，采用推进器辅助定位并配有部分 自动化钻台甲板机械，设备能力与甲板可变载荷都有提高。
De Hoop Megathyst公司设计的Pride Brazil, Pride Carlos Walter
,Pride Portland, Pride Riode Janeiro 均属于此级别平台。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
装备先进
第六代深水半潜平台装备大功率（绞车功率达6000-7000HP及
以上）的新一代钻井设备、新一代动力定位设备和大功率电力设 备先进的监测报警、救生消防、通讯联络等设备，平台钻井作业
的自动化、效率和安全性能等都有显著提高。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
技术：
传统的导管架和重力式等平台不适合深水开发：应发展张力 腿平台（TLP）、Spar、半潜式平台（Semisubmersible）。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
应用背景 特点：
半潜式平台由立柱提供工作所需的稳性，因此又称 为柱稳式平台。半潜式平台水线面很小，这使得它具 有较大的固有周期，不大可能和波谱的主要成分波发
水下设备
水下设备主要包括水下井口系统、水下封井器系统、隔水管系 统、水下设备控制系统等。
平台设备集成控制
平台设备集成控制技术研究是为航行、定位、钻井、完井作业 创建一个数字化、智能化的控制平台。
半潜式平台简介
建造过程（在陆地上建造）
支柱与浮体的建造
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
自升式平台设计原理
浮式海洋平台设计原理 海洋平台设计和计算软件专题 海洋平台设计应用专题
2
《海洋平台设计原理》课程
第十二讲 浮式海洋平台设计原理
3
《海洋平台设计原理》课程
半潜式海洋平台
4
半潜式平台简介
应用背景
资源：
油气资源
水深：
平均水深3730米；200米至6000米（面积90%）；3000米到 6000米（面积74%）；500米以内（石油储量80%）；海底油气 的开采向深水域（水深450-1500米）和超深水域（水深1500米以 上）发展。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
外形结构简化，采用高强度钢
早期平台的立柱数目众多，现多采用 6个或4个圆立柱或圆角方立
柱。斜撑数目从14－20根大幅降低，以致减为2－4根横撑，并将最 终取消各种形式的撑杆和节点。平台主结构采用高强度钢，以减轻平
台结构自重和造价，提高可变载荷与平台自重比，提高排水量和平台
泊定位，结构较为合理,操作自动化程度不高。 这类平台是20 世纪80～90 年代的主力平台，建造数量最多。同
期平台还有F&G Enhanced Pacesetter公司设计的Pride Venezuela ;
Pride South Atlantic以及AkerH23设计的Ocean Winner和Deep sea Bergen 等。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
第三代半潜式钻井平台：
1980-1985 年 , 以 Sedco714, Atwood Hunter, AtwoodEagle, Atwood Falcon等为代表的第3代半潜式钻井平台出现，此时平台作
业水深450～1500 m，钻深以7 620 m(25 000 英尺) 为主，采用锚
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
第四代半潜式钻井平台：
以Jack Bates, Noble Amos Runner, Noble Paul Romano , NobleMax Smith为代表的第4代半潜式钻井平台出现在20世纪90年代
末 ， 其作业水深达1000～2000m ， 钻深以7620m(25000英尺)和9144
半潜式平台简介
发展阶段
第一代半潜式钻井平台：
第1代半潜式钻井平台出现在20世纪60年代中后期,由座底式平台
演变而来,这个时期平台作业水深为90～180 m ,采用锚泊定位。 1961 年诞生的Ocean Driller 为3 立柱结构,甲板呈V 字形; Blue Water 钻井公司拥有的Rig NO. 1 半潜式平台为4立柱结构,该平 台为Shell 公司设计;
性等安全性能良好。大部分深海半潜式平台能生存于百年一遇的 海况条件，适应风速达100kn～120kn，波高达16m～32m，流速
达2kn～4kn。
随着动力配置能力的增大和动力定位技术的新发展，半潜式平 台进一步适应更深海域的恶劣海况，甚至可望达全球全天候的工 作能力。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
定位系统
未来研究热点 浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式钻井平台在海中处于飘浮状态，受风、浪、流的影响要 发生纵摇、横摇运动，因此必须采用可靠的定位方法对其进行定 位。半潜式平台的定位方式主要有锚泊定位和动力定位2种，当水 深大于1 500 m时，多采用动力定位的方式。
半潜式平台简介
技术特点
工作水深显著增加
1998 年新建和在建的 19 艘半潜式平台中， 17 艘工作水深超过
1524 m (5000 ft) ； 2002年末现有和在建的175艘半潜式平台中， 31艘工作水深超 过1829m (6000 ft)，16艘工作水深超过2286 m(7500 ft)，其中IH I2RBF Exploration ， Deepwater Horizon 、 EirikRaude(Bingo 9000系列) 工作水深达3048 m (10000 ft) 。 未来20年内，工作水深达4000m～5000m的半潜式平台有望出 现。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段（海洋石油981） 浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
可变载荷增大
通过优化设计，其可变载荷与总排水量的比值超过0.2，甲板可
变载荷将达到万吨，平台自持能力增强，同时甲板空间增大，钻井 等作业安全性能提高。
半潜式平台简介
技术特点
趋势
在结构形式上，新一代的半潜式平台趋于大型化和简单化。
平台的主尺度增大，立柱浮体和主甲板间的内部空间增大，物 资（水泥，粘土粉，重晶石粉，钻井泥浆，钻井水，饮用水和 燃油等）存储能力增强。 平台外形结构趋于简化，下浮体趋向采用简单的方形截面，平 台甲板也为规则的箱形结构；采用少节点，无撑杆的简单外形 结构，立柱和撑杆、节点的型式简化、数目减少，这些改变都 大大降低了节点疲劳破坏风险并减少了建造费用。
《海洋平台设计原理》课程
海洋平台设计原理
Principles of Offshore Platform Design
甘 进 博士/讲师
交通学院海洋工程系
2015年12月22日
教学内容（32学时）
海洋工程发展及平台类型
海洋平台设计的关键技术 海洋环境及平台设计载荷 海洋油气开发方式和生产系统 导管架平台设计原理
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
DeepwaterNautilus。
半潜式平台简介
发展阶段
第六代半潜式钻井平台：
21 世纪初，作为目前世界上最先进的第6代半潜式钻井平台相继诞生， 如Scarabeo9, AkerH-6e, GVA7500, MSCDSS21等。 第6代半潜式钻井平台作业水深达2550～3600m ，多数为3048 m，钻 深大于9144 m(30000 英尺) ，采用动力定位，船体结构更为优化，可变载 荷更大，配备自动排管等高效作业设备，能适应极其恶劣的海洋环境。 第6代平台比以往钻井平台更先进的设计在于采用了双井口作业方式， 即相对于陆地钻机而言，该平台钻机具有双井架、双井口、双提升系统等。 主井口用于正常的钻进工作，辅助井口主要完成组装、拆卸钻杆及下放、 回收水下器具等离线作业。虽然平台的投资有所增加，但是对于海洋钻井 作业效率的提高是显著的。据相关资料介绍，双井口钻井作业在不同的作 业工况下可以节省21%-70%的时间。
生共振，达到减小运动响应的目的；它的浮体位于水
面以下的深处，大大减小了波浪作用力。 当波长和平台长度处于某些比值时，立柱和浮体上 的波浪作用力能互相抵消,从而使作用在平台上的作用 力很小，理论上甚至可以等于零。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
应用背景 优点：
半潜式海洋钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良 的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作
为主，锚泊定位为辅的定位方式，能适应更加恶劣的海洋环境。由 SedcoForex公司设计的第5代半潜式平台采用模块化的甲板构件和2台独
立的管子垂直移运排放机等自动化设备，提高了钻管移放速度。
同期平台有Friede & Goldman 设计的GSF Development Driller I & II 和Reading &Bates RBS-8D and RBS-8M 设计的Deepwater Horizon ,
业效率、易于改造并具备钻井、修井、生产等多种工
作功能，无需海上安装，全球全天候的工作能力和自 存能力等优点。其在深海能源开采中具有其他形式平 台无法比拟的优势。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
国内外半潜式海洋平台概况
首座半潜式海洋平台：
浮 “Ocean Driller”：1961 年，90～180 m，3 立柱结构,甲板呈V 字形; 式 中国首座半潜式钻井平台 “勘探3号” ：1984年7月 ，工作水深35米至200 海 米，最大钻井深度6000米 ; 洋 中国首座深水半潜式钻井平台 “ COSLPIONEER ”，工作水深70米至750米，平 最大钻井深度7500米; 台 中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981” ， 设 工作水深3000米，最大钻井深度10000米（世界最先进）。 计 原 理 半潜式钻井平台经历了6 个发展阶段
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
适应更恶劣海域
半潜式平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力强，稳
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
未来研究热点
高效钻井作业系统
如何配置多井口作业系统、钻杆处理系统、动力锚道等，以提
高工作效率，是研制半潜式钻井平台的关键。
升沉补偿系统
在深海钻井作业过程中为了保持钻头恒定接触井底，必须设法 补偿平台由于风浪作用而产生的升沉落差，早期的方法是使用伸 缩钻杆，目前主要采用天车补偿、游车补偿以及绞车补偿等方法。
1966年Sedco135 半潜式平台为12 根立柱,为Friede&Goldman 公
司设计； 这个时期的平台结构布局大多不合理,设备自动化程度低。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
第二代半潜式钻井平台：
20 世 纪 70 年 代 ， 出 现 了 以 Bulford Dolphin, Ocean Baroness, Noble Therald Martin等为代表的第2代半潜式钻井 平 台 ， 这 类 平 台 作 业 水 深 180 ～ 600 m ， 钻 深 能 力 以 6096m(20000英尺) 和7620m(25000 英尺)两种为主，采用锚 泊定位，设备操作自动化程度不高。
建造过程（在陆地上建造）
甲板建造
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
ห้องสมุดไป่ตู้第五代半潜式钻井平台：
2000 -2005年期间 , 出现了以Ocean Rover, Sedco Energy , Sedco Express为代表的第5代半潜式钻井平台，其作业水深达1800～3600m，
钻深能力在7620～11430m (25000 ～37500 英尺) 之间，采用动力定位
m(30000英尺)为主，锚泊定位为主，采用推进器辅助定位并配有部分 自动化钻台甲板机械，设备能力与甲板可变载荷都有提高。
De Hoop Megathyst公司设计的Pride Brazil, Pride Carlos Walter
,Pride Portland, Pride Riode Janeiro 均属于此级别平台。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
装备先进
第六代深水半潜平台装备大功率（绞车功率达6000-7000HP及
以上）的新一代钻井设备、新一代动力定位设备和大功率电力设 备先进的监测报警、救生消防、通讯联络等设备，平台钻井作业
的自动化、效率和安全性能等都有显著提高。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
技术：
传统的导管架和重力式等平台不适合深水开发：应发展张力 腿平台（TLP）、Spar、半潜式平台（Semisubmersible）。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
应用背景 特点：
半潜式平台由立柱提供工作所需的稳性，因此又称 为柱稳式平台。半潜式平台水线面很小，这使得它具 有较大的固有周期，不大可能和波谱的主要成分波发
水下设备
水下设备主要包括水下井口系统、水下封井器系统、隔水管系 统、水下设备控制系统等。
平台设备集成控制
平台设备集成控制技术研究是为航行、定位、钻井、完井作业 创建一个数字化、智能化的控制平台。
半潜式平台简介
建造过程（在陆地上建造）
支柱与浮体的建造
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
自升式平台设计原理
浮式海洋平台设计原理 海洋平台设计和计算软件专题 海洋平台设计应用专题
2
《海洋平台设计原理》课程
第十二讲 浮式海洋平台设计原理
3
《海洋平台设计原理》课程
半潜式海洋平台
4
半潜式平台简介
应用背景
资源：
油气资源
水深：
平均水深3730米；200米至6000米（面积90%）；3000米到 6000米（面积74%）；500米以内（石油储量80%）；海底油气 的开采向深水域（水深450-1500米）和超深水域（水深1500米以 上）发展。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
外形结构简化，采用高强度钢
早期平台的立柱数目众多，现多采用 6个或4个圆立柱或圆角方立
柱。斜撑数目从14－20根大幅降低，以致减为2－4根横撑，并将最 终取消各种形式的撑杆和节点。平台主结构采用高强度钢，以减轻平
台结构自重和造价，提高可变载荷与平台自重比，提高排水量和平台
泊定位，结构较为合理,操作自动化程度不高。 这类平台是20 世纪80～90 年代的主力平台，建造数量最多。同
期平台还有F&G Enhanced Pacesetter公司设计的Pride Venezuela ;
Pride South Atlantic以及AkerH23设计的Ocean Winner和Deep sea Bergen 等。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
第三代半潜式钻井平台：
1980-1985 年 , 以 Sedco714, Atwood Hunter, AtwoodEagle, Atwood Falcon等为代表的第3代半潜式钻井平台出现，此时平台作
业水深450～1500 m，钻深以7 620 m(25 000 英尺) 为主，采用锚
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段
第四代半潜式钻井平台：
以Jack Bates, Noble Amos Runner, Noble Paul Romano , NobleMax Smith为代表的第4代半潜式钻井平台出现在20世纪90年代
末 ， 其作业水深达1000～2000m ， 钻深以7620m(25000英尺)和9144
半潜式平台简介
发展阶段
第一代半潜式钻井平台：
第1代半潜式钻井平台出现在20世纪60年代中后期,由座底式平台
演变而来,这个时期平台作业水深为90～180 m ,采用锚泊定位。 1961 年诞生的Ocean Driller 为3 立柱结构,甲板呈V 字形; Blue Water 钻井公司拥有的Rig NO. 1 半潜式平台为4立柱结构,该平 台为Shell 公司设计;
性等安全性能良好。大部分深海半潜式平台能生存于百年一遇的 海况条件，适应风速达100kn～120kn，波高达16m～32m，流速
达2kn～4kn。
随着动力配置能力的增大和动力定位技术的新发展，半潜式平 台进一步适应更深海域的恶劣海况，甚至可望达全球全天候的工 作能力。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
定位系统
未来研究热点 浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式钻井平台在海中处于飘浮状态，受风、浪、流的影响要 发生纵摇、横摇运动，因此必须采用可靠的定位方法对其进行定 位。半潜式平台的定位方式主要有锚泊定位和动力定位2种，当水 深大于1 500 m时，多采用动力定位的方式。
半潜式平台简介
技术特点
工作水深显著增加
1998 年新建和在建的 19 艘半潜式平台中， 17 艘工作水深超过
1524 m (5000 ft) ； 2002年末现有和在建的175艘半潜式平台中， 31艘工作水深超 过1829m (6000 ft)，16艘工作水深超过2286 m(7500 ft)，其中IH I2RBF Exploration ， Deepwater Horizon 、 EirikRaude(Bingo 9000系列) 工作水深达3048 m (10000 ft) 。 未来20年内，工作水深达4000m～5000m的半潜式平台有望出 现。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
发展阶段（海洋石油981） 浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
技术特点
可变载荷增大
通过优化设计，其可变载荷与总排水量的比值超过0.2，甲板可
变载荷将达到万吨，平台自持能力增强，同时甲板空间增大，钻井 等作业安全性能提高。
半潜式平台简介
技术特点
趋势
在结构形式上，新一代的半潜式平台趋于大型化和简单化。
平台的主尺度增大，立柱浮体和主甲板间的内部空间增大，物 资（水泥，粘土粉，重晶石粉，钻井泥浆，钻井水，饮用水和 燃油等）存储能力增强。 平台外形结构趋于简化，下浮体趋向采用简单的方形截面，平 台甲板也为规则的箱形结构；采用少节点，无撑杆的简单外形 结构，立柱和撑杆、节点的型式简化、数目减少，这些改变都 大大降低了节点疲劳破坏风险并减少了建造费用。
《海洋平台设计原理》课程
海洋平台设计原理
Principles of Offshore Platform Design
甘 进 博士/讲师
交通学院海洋工程系
2015年12月22日
教学内容（32学时）
海洋工程发展及平台类型
海洋平台设计的关键技术 海洋环境及平台设计载荷 海洋油气开发方式和生产系统 导管架平台设计原理
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
DeepwaterNautilus。
半潜式平台简介
发展阶段
第六代半潜式钻井平台：
21 世纪初，作为目前世界上最先进的第6代半潜式钻井平台相继诞生， 如Scarabeo9, AkerH-6e, GVA7500, MSCDSS21等。 第6代半潜式钻井平台作业水深达2550～3600m ，多数为3048 m，钻 深大于9144 m(30000 英尺) ，采用动力定位，船体结构更为优化，可变载 荷更大，配备自动排管等高效作业设备，能适应极其恶劣的海洋环境。 第6代平台比以往钻井平台更先进的设计在于采用了双井口作业方式， 即相对于陆地钻机而言，该平台钻机具有双井架、双井口、双提升系统等。 主井口用于正常的钻进工作，辅助井口主要完成组装、拆卸钻杆及下放、 回收水下器具等离线作业。虽然平台的投资有所增加，但是对于海洋钻井 作业效率的提高是显著的。据相关资料介绍，双井口钻井作业在不同的作 业工况下可以节省21%-70%的时间。
生共振，达到减小运动响应的目的；它的浮体位于水
面以下的深处，大大减小了波浪作用力。 当波长和平台长度处于某些比值时，立柱和浮体上 的波浪作用力能互相抵消,从而使作用在平台上的作用 力很小，理论上甚至可以等于零。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
应用背景 优点：
半潜式海洋钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良 的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效的作
为主，锚泊定位为辅的定位方式，能适应更加恶劣的海洋环境。由 SedcoForex公司设计的第5代半潜式平台采用模块化的甲板构件和2台独
立的管子垂直移运排放机等自动化设备，提高了钻管移放速度。
同期平台有Friede & Goldman 设计的GSF Development Driller I & II 和Reading &Bates RBS-8D and RBS-8M 设计的Deepwater Horizon ,
业效率、易于改造并具备钻井、修井、生产等多种工
作功能，无需海上安装，全球全天候的工作能力和自 存能力等优点。其在深海能源开采中具有其他形式平 台无法比拟的优势。
浮 式 海 洋 平 台 设 计 原 理
半潜式平台简介
国内外半潜式海洋平台概况
首座半潜式海洋平台：
浮 “Ocean Driller”：1961 年，90～180 m，3 立柱结构,甲板呈V 字形; 式 中国首座半潜式钻井平台 “勘探3号” ：1984年7月 ，工作水深35米至200 海 米，最大钻井深度6000米 ; 洋 中国首座深水半潜式钻井平台 “ COSLPIONEER ”，工作水深70米至750米，平 最大钻井深度7500米; 台 中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981” ， 设 工作水深3000米，最大钻井深度10000米（世界最先进）。 计 原 理 半潜式钻井平台经历了6 个发展阶段