深水半潜式钻井平台的设计和建造研究_陈刚

NA V AL ARCHITECTURE AND OCEAN ENGINEERING 船舶与海洋工程2012年第1期（总第89期）

深水半潜式钻井平台的设计和建造研究

陈刚，吴晓源

（上海外高桥造船有限公司，上海 200137）

摘要：半潜式钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积与装载容量和更高的作业效率等特点，在深水能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势。以上海外高桥造船有限公司建造的深水半潜式钻井平台“海洋石油981”为例，对在建造过程中主要应用的有限元数值计算、超高强度钢焊接、平台码头系泊抗台风、减震降噪、重量控制等工作进行了总结，为今后工作积累经验。

关键词：半潜式钻井平台；建造工艺；有限元计算；减震降噪；重量控制

中图分类号：U674.38 文献标识码：A 文章编号：1005-9962(2012) 01-0009-06

Abstract: Semi-submersible drilling platforms have several features such as great anti-wave ability, excellent seakeeping performance, vast deck area and loading capacity and higher working efficiency; therefore, they have unmatchable advantages over other platform types in exploring deepwater energy resources. Taking the deepwater semi-submersible drilling platform “Ocean Oil 981” as an example, which is built in Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd, this paper summarizes several main applications such as finite element calculation, ultra-high strength steel welding, platform anti-typhoon pier mooring, vibration and noise reduction and weight control during the construction process, so as to accumulate some experience for future developments.

Key words:semi-submersible drilling platform; construction craft; finite element calculation; vibration and noise reduction; weight control

0引言

随着陆地资源的日益枯竭，石油天然气开采已经逐渐由陆地转移到海洋。据有关资料报道，全球90%以上海洋面积的水深为200~6000m，因而广阔的深海领域必将是未来能源开发的主战场。半潜式钻井平台从上世纪60年代初问世以来，在海洋石油勘探开发中一直得到广泛应用。

半潜式钻井平台由坐底式平台发展而来，由平台上船体、立柱和下浮体组成，下浮体、立柱与上船体之间设有横撑或斜撑进行连接。通常采用的双下浮体结构形式便于拖航，但与环形下浮体相比，强度有所降低。作业时，下浮体潜入水中，提供主要浮力。与开放式的单层甲板结构相比，箱形上船体能增加总强度和内部空间，并可在破舱时提供附加浮力。上船体高出水面一定距离，保持气隙，以免受波浪的冲击。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，主要由主甲板为钻井作业提供空间。

自从1962年壳牌石油公司改装了世界上第一艘半潜式钻井平台“Bluewater Rig No.1”，见图1。半潜式钻井平台已经历了从第1代到第6代的发展历程，划分的主要标准为建造年份、作业水深、可变载荷和作业环境。第5代半潜式钻井平台的最大作业水深已达到3048m，第5代以后的半潜式钻井平台作业水深差别不大，主要体现在可变载荷和作业环境上。目前世界上的深水半潜式钻井平台集中在墨西哥湾和北海进行作业。

1 “海洋石油981”平台

自1984年我国自行研制的半潜式钻井平台“勘探三号”投入使用后，国内的半潜式钻井平台设计建

基金项目：工业及信息化部深海半潜式钻井平台工程开发科研基金资助项目(工信部装[2009]382号)

第一作者简介：陈刚，男，研究员，博士，1972年出生。2001年毕业于上海交通大学船舶与海洋结构物设计制造专业，现从事海洋工程项目的项目管理工作。

收稿日期：2012-01-16

10 船舶与海洋工程2012年第1期

造工作一直处于停顿状态，与国际水平差距较大。时隔20余年，第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”的建造，标志着我国正在迅速缩小这一差距，见图2。该平台设有双下船体、横撑、4个立柱以及箱形上船体，可作业于南海等深水海域，最大可变载荷9000t，具备钻井、完井、试油、修井等功能；平台在1500m水深以内采用锚泊定位，在动力定位模式下（DP-3）作业水深可达3050m，钻井深度可达12000m 。平台的主要技术参数如下：

图1 壳牌石油“Bluewater”图2 中海油“海洋石油981”

主尺度 114m×90m×132m

ABS A1 Column Stabilized Drilling Unit, DPS-3, P, CDS, UWILD

CCS CSA Semi-submersible Drilling Unit, PM, DP-3, HELDK, IWS

柴油发电机8×5530kW

推进器8×4600kW

自航最大航速 8kn

结构净重 18700t

舾装重量 12000t

电缆长度 960km

管线 3.5万根

设备 1000台套以上

报警点 16000点

2设计、生产难点及关键技术

在“海洋石油981”平台的设计建造过程中，结合深水半潜式钻井平台的设计建造难点，共列出了17项课题、30项子课题进行重点攻关。以课题研究为先导，以工程项目为载体，推行科研工作与工程项目并行、科研成果直接应用于工程项目设计与建造的工作模式，取得了显著的效果。

2.1总体建造方案

制定深水半潜式钻井平台的建造方案时，首先要进行结构的分段/总段划分。分段划分图是平台建造的指导性文件，分段划分的有效合理直接影响到平台建造周期。平台的下浮体、立柱和上船体既有纵向骨架，又有横向密集的肋板，而横撑、克令吊、钻台等结构钢级较高、板厚较厚，因此在平台分段/总段划分时，应充分考虑其结构特点，遵循相关原则，最大可能地提供预舾装率，同时根据具体建造场地及设施条件，尽最大可能发挥各个设备和场地的功效，减少分段/总段数量。

分段、总段划分方案经过优化后，整个平台分为159个分段、35个总段，在建造过程中，根据工程项目关键设备的到货情况，及时调整立柱和上船体的总段划分方案，从建造过程看，围绕提高预舾装率为目标展开分段、总段的划分工作符合半潜式钻井平台的结构和设备/系统布置特点。