半潜式海洋钻井平台的发展.PDF

2 0 0 8年 第 3 7 卷 第 1 1 期 第 9 O页 石 油 矿 场 机 械 OI L F I E LD EQUI P MENT o o 文 章 编 号 1 0 0 1 - 3 4 8 2 2 0 0 8 1 1 - 0 0 9 0 0 4 半潜式海洋钻井平 台的发展 栾苏 ， 韩成才 ， 王维旭 ， 于兴军 1 ． 西安石油大学 ， 西安 7 1 0 0 6 5 ； 2 ． 宝鸡石油机械有限责任公 司， 陕西 宝鸡 7 2 1 0 0 2 摘要 对深 海半潜 式钻 井平 台的发 展进行 了研 究 ， 介 绍 了每 个发展 阶段 的平 台性 能特 点和典型 配置 及 国内外研 制半 潜式钻 井平 台的现状 ， 提 出 了近年 来研制 半潜 式钻 井 平 台的 热点技术 ， 为相 关平 台 设 计提 供 参考 。 关键 词 半潜式钻 井平 台 ； 深海 ； 定位 方式 ； 工作水深 ； 额 定钴 深 中图分类号 T E 9 5 1 文 献标识 码 A De v e l o p me n t o f S e mi - S u b me r s i b l e Ri g LUAN S u ～， HAN C h e n g c a i ， WANG We i X U ， YU Xi n g j u n 1 ． Xi ’ a n S h i y o u Un i v e r s i t y，Xi ’ a n 7 1 0 0 6 5， C h i n a ； 2 ． Ba o j i Oi l f i e l d Ma c h i n e r y Co ．， Lt d． ， B a o j i 7 2 1 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Re s e a r c h o f d e v e l op me nt a bo ut t he d e e pwa t e r Se mi Su b m e r s i bl e r i g wa s i nt r od uc e d a n d t he c ha r a c t e r i s t i c a nd t h e t y pi c a l c o n f i g ur e o f t h e S e mi S ub m e r s i bl e r i g d u r i ng e a c h de ve l o p m e nt p ha s e wa s pr e s e nt e d a s we l 1 ．The ma n uf a c t u r e s t a t us o f Se m i Su bme r s i b l e r i g a br o a d a nd d ome s t i c i S de s c r i be d．The pi vo t a l t e c h ni q ue o f t he r e s e a r c h o n S e mi Sub m e r s i bl e r i g wa s s u m ma r i e d ．I t i S a r e f e r e n c e f or t h e de vi s e r s who wo r k f o r t h e Se mi Su bme r s i bl e r i g ． Ke y wo r d sSe m i s u b m e r s i b l e r i g； d e e p s e a； p os i t i on i n g； wo r ki n g d e p t h； r a t e d d r i l l i n g d e pt h 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 9 0 以上海 洋面积 的水深 为 2 0 0 ～ 6 0 0 0 m， 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 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 业效 率 等特点 ， 其 在深 海 能源 开 采 中具 有其 他 形式 平 台 无 法 比拟 的优势 。本文介 绍 了半 潜式钻 井平 台技术 的研究 现状和各 发展 阶段 的技 术 特点 ， 提 出了 半潜 式钻井 平台 的研 究热点 等 问题 。 l 半潜式钻井平台的发展 1 ． 1 发展 阶段 自 1 9 6 1 年世 界上 首 座半 潜 式钻 井 平 台诞 生 到 目前 ， 半潜 式钻井 平 台经 历 了 6 个 发展 阶段 ， 各 阶段 的代 表平 台参数 如表 1 。 第 1代半潜 式钻井 平 台出现在 2 O 世 纪 6 O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 9 O ～ 1 8 0 m， 采 用 锚泊 定位 。1 9 6 1年诞 生 的 Oc e a n D r i l l e r 为 3立 柱 结 构 ， 甲板 呈 V 字形 ； B l u e Wa t e r钻井公 司拥有 的 R i g NO ． 1半 潜 式平 台为 4 立 柱结 构 ， 该 平 台为 S h e l l 公 司设计 ； 1 9 6 6年 S e d c o 1 3 5半潜式平 台为 1 2根立柱 ， 为 F r i e d e Go l d ma n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 。 2 0世纪 7 O年代 ， 出现 了以 Bu l f o r d Do l p h i n， O c e a n B a r o n e s s， No b l e Th e r a l d Ma r t i n等为代表的 收稿 日期 2 0 0 8 0 4 1 7 基金项 目 8 6 3计划“ 南海深水 油气 资源勘 探开 发关 键技 术和装 备”项 目“ 深水 半潜 式钻 井船设 计 与建 造关键 技术 ” ， 2 0 0 6 AA0 9 A1 O 作者简介 栾苏 1 9 7 1 一 ， 男 ， 山东莱阳人， 高级工程师， 在读工程 硕士 ， 现从事石油机械研究开发 和管理工作 ， E ma i l y x j s wp i 1 6 3 ． c o rn。 第 3 7 卷第 1 1 期 栾苏 ， 等 半潜式海洋钻井平 台的发展 9 1 第 2代 半 潜式 钻 井 平 台 ， 这 类 平 台作 业 水 深 1 8 0 ～ 6 0 0 m， 钻深 能力 以 6 0 9 6 m 2 0 0 0 0英尺 和 7 6 2 0 m 2 5 0 0 0英 尺 两 种 为 主 ， 采 用 锚 泊 定 位 ， 设 备操 作 自动化 程度 不高 。 表 1 六 代 半 潜 式 海 洋 钻 井 平 台及 典 型 配 置 第 3 代 Bl ue wa t e r Bl u e wa t e r Ri g No ．1 u l f or i d A b a n lo y d 。 7 6。 。 。2 0 E m sc o D 。 lp h in s h ip y rd 1 2 5 O 2 5 O O o 3 O OO hp FB一 1 6。 O I D 4 t r i p l e x 1 6 00 hp 3 N V N0V Ko r e a l 48 8 7 6 20 1 4 一 P 2 2 0 Se d e o 7 1 4 Tr a ns o c e a n E- 3 00 0 Shi py a r d 1 60 0 25 0 00Tr i p l e x 2 5 0 0 hp 2 2 00 hp V a r c o TD 5 Ba t ⋯s 0c ⋯ J a p a n ⋯ E m sco熏 H P-1 700P 第 5 代 Co nt i ne nt a 1 Ems c o 4 9 ． 5 英寸 Oi l we l l 4 9 ． 5英 寸 Oi l we l l 4 9 ． 5英 寸 3 N0 V Na t iona l FC一 2 20 0． 2 20 0 Na t i o na 1 Or l e a ns oi l we l l Na t i on a l Oc e a n Di a mond 1 9 81 1 0 6 6 8 HP， 1 N0V oi l we l 1 I A 2 0 40 o i l we l l Ro v e r 0f f s h o r e 6 5 0 0 3 5 0 0 0 F B - 1 6 0 0 h p 6 O ． 5英 寸 Shi p ya r d UDBEL ‘PS2 1 00 0 Tr i pl e x M o de l T6 05 0 4 00 0 h p 1 6 O O hD M a i n 4 M a r i t i m e M a i n M H Dd m Hyd r a u l i c s 1 5 2 4 0 N／ A 1 0 0 0 Hy Rr Tr i p l ex 50 00 0 Aux i l i a r y Aux i l i a r y DUm Ds N／ A ‘ ‘ M H Ddm ， 2 2 0 0 hp 1 00 0 HY Rr M a i n M H ～ W i r t h 6 0 ． 5英 寸 Aux i l i a r y M H ～ W i r t h 6 0 ． 5英寸 1 9 8 0 1 9 8 5年 ， 以 S e d c o 7 1 4， At wo o d Hu n t e r ， At wo o d E a g l e ， At w o o d F a l c o n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 4 5 0 ～ 1 5 0 0 m， 钻深 以 7 6 2 0 m 2 5 0 0 0英 尺 为 主 ， 采用锚 泊定位 ， 结构较 为合理 ， 操作 自动化程 度不 高 。这类 平 台是 2 0世纪 8 0 ～ 9 O年 代 的 主力平 台 ， 建 造 数量 最多 。同期平 台还有 F ＆G E n h a n c e d P a c e s e t t e r 公 司设计 的 P r i d e Ve n e z u e l a ； P r i d e S o u t h At l a n t i c 以 及 Ak e r H一 3设计 的 0c e a n Wi n n e r和 D e e p s e a B e r g e n等 。 以 J a c k B a t e s ， No b l e Amo s Ru n n e r ，No b l e P a u l R o ma n o ， N o b l e Ma x S mi t h为代 表 的第 4代半 潜 式钻井 平 台出现 在 2 0世 纪 9 0年代 末 ， 其 作业 水 深 达 1 0 0 0 2 0 0 0 m， 钻深 以 7 6 2 0 m 2 5 0 0 0英尺 和 9 1 4 4 m 3 0 0 0 0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。D e Ho o p Me g a t h y s t 公 司 设 计 的 P r i d e B r a z i l ， P r i d e C a r l o s 第 代 第 代 ㈣ 3 d ． m h p C S m S ∞ 曲 第 代 石 油 矿 场 机 械 2 0 0 8年 1 1月 Wa l t e r ， Pr i d e P o r t l a n d，P r i d e Ri o d e J a n e i r o均 属 于 此级别平 台 。 2 0 0 02 0 0 5年 期 间 ， 出现 了 以 Oc e a n Ro v e r ， S e d c o E n e r g y ， S e d c o E x p r e s s 为 代表 的第 5代 半潜 式 钻井平 台 ， 其作 业水 深达 1 8 0 0 ～3 6 0 0 m， 钻深能 力 在 7 6 2 0～1 l 4 3 0 m 2 5 0 0 0～ 3 7 5 0 0英 尺 之 间 ， 采用动 力定 位 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 S e d c o F o r e x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 u 7 。同期 平 台有 F r i e d e Go l d ma n设 计 的 GS F D e v e l o p me n t Dr i l l e r I I I和 Re a d i n g B a t e s RB S 8 D a n d RB S 8 M 设 计 的 De e p wa t e r Ho r i z on，De e p wa t e r Na u t i l u s。 2 1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 S c a r a b e o 9 ，Ak e r H一 6 e ， GVA 7 5 0 0 ， MS C D S S 2 1等 。第 6代半潜 式钻井 平 台作业 水深达 2 5 5 0 ～3 6 0 0 m，多数为 3 0 4 8 m， 钻 深大 于 9 1 4 4 m 3 0 0 0 0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 于深 海钻 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 2 1 ～7 O 的时间 j 。 随 着作 业水 深 的逐 渐 加大 ， 半潜 式 钻井 平 台钻 机 能力也 逐渐加 大 ， 需 要 的绞 车 、 泥浆 泵 、 顶驱 、 转盘 能力均相 应提 高 。 目前 ， 半 潜 式钻 井 平 台顶 驱 以美 国国 民 油 井 Va r c o公 司 、 加 拿 大 C a n r i g以及 Ma t i me Hy d r a u l i c s 公 司 的产 品为 主 ， 仅 就技 术 和 使用 情 况来说 ， Va r c o公 司一直处 于行 业 的领 先 地位 ， 泥 浆 泵 主要 生 产 厂家 为 N 0V、 wi r t h 、 L e wc o ， 绞 车 主 要 生产 厂家为 NOV、 E ms c o、 Wi r t h。 1 ． 2 国外研 制现状 截止 2 0 0 7 1 2 ， 全球 在 册 登 记 的 半 潜 式 钻 井 平 台共有 2 1 0座 ， 其 中包括 部 分 在建 平 台和维 修 平 台 如表 2 ， 在 册的 2 1 0座半 潜式 钻 井平 台 中 ， 工 作水 深 以3 0 4 ． 8 ～9 1 4 ． 4 m 1 0 0 0 ～ 3 0 0 0英 尺 居 多 ， 工 作 深水 3 O 4 8 m 1 0 0 0 0英尺 的仅有 3 0 座 ， 其 中 有 2 6座 为在建平 台 如 表 3 。 表 2截止 2 0 0 7 1 2全球半潜式钻井平台数量和作 业状态 表 4列举 了 目前 世界上 深水钻 井作业 实力最 强 的公 司 以及 拥 有 的半 潜 式 平 台 数 量 。Tr a n s o c e a n 公 司以拥有 4 2座半 潜 式 平 台 的绝对 优 势 占据 全球 第 1的位置 。 表 4 世界主要的半潜式钻 井作业公司及其拥有半潜式钻井平台数量 第 3 7卷第 1 1 期 栾苏 ， 等 半 潜式海洋钻井平台的发展 半潜 式钻井平 台的设 计 技术含 量极 高 。 目前 国 际上设 计 半 潜 式 钻 井 平 台 的 公 司 主 要 有 美 国 的 F r i e d e Go l d ma n公 司 、 挪 威 的 Ak e r Kv a e r n e r公 司、 新加 坡 的 H a r a l d F r i g s t a d工 程 设 计 公 司 、 挪 威 的 G l o b a l Ma r i t i me 公司 、 瑞典的 GA V 咨询公 司、 荷 兰的 海洋结构咨询公 司、 美 国的 J ． R a y Mc D e r mo t t 公 司和 新加坡的吉宝公 司 K e p p e l F E L S 等 。 半潜 式钻 井平 台的建造 工程非 常庞大 ， 周期 长 ， 世界 上只有少 数几 家公 司有 能力承 建 。 目前承建 半 潜式钻 井平 台 的公 司主 要 有 新加 坡 的 吉 宝 公 司 和 S e mb C o r p海洋公 司 、 韩 国 的 三 星 重 工 公 司 和 大 宇 造船 海洋 工 程 公 司 、 美 国 的 F r r i e d e G o l d ma n近 海 公 司 、 挪威 的 Ak e r 集 团[ 。 近年来 ， 随着 国外造船任 务 的 日益增 长 ， 部分 平 台建 造也转移 到 中国 ， 如烟 台莱佛 士船业有 限公 司 、 大连新 船重工 公 司等 。特 别是 大连 船 厂 ， 2 0 0 0年 至 今 ， 已为挪威 先后建 造 了 B i n g o 9 0 0 0系列 共 4艘半 潜 式钻井平 台 ， 该 系列平 台工作水 深 2 5 0 0 m ， 钻深 能力 9 1 4 4 m， 属 于第 5代平 台l 5 ] 。 1 。 3国 内研 制现状 我国海洋 油气 开发 己有 近 4 0 a的历 史 ， 但从 海 洋工 程装备 和技术 角 度看 ， 与 世 界先 进 国 家仍 存 在 较 大差距 ， 尤 其是半 潜 式平 台技 术方 面 的 差距 更 为 明显 。 1 9 8 4年 ， 我 国第 1台半 潜式 平 台一一 勘探 3号 诞生 ， 由 中国船 舶与 海洋工 程设计研 究 院 、 地质矿 产 部海洋 地质调 查局 和 上海 船 厂联 合设 计 ， 由上 海 船 厂建 造 。该平 台为 非 自航 半 潜式 钻 井平 台 ， 工 作 水 深 3 5 ～2 O 0 m， 最大 钻井 深度 6 0 0 0 m， 井 架 由宝鸡 石油 机械有 限责任 公 司 制造 ， 高 4 9 m， 钻 井 设 备 主 要 由 美 国大 陆 E MS C O 公 司 供 应 ， 泥 浆 泵 为 2台 F B 一 1 3 0 0型三缸单作 用泵 。 近年来 ， 通 过 购买 旧船方 式 ， 我 国新增 了数座 半 潜式 钻井平 台 。中海 油拥有 南海 2号 、 南海 5号 、 南 海6 号 ；中 石 化 的 勘 探4 号 为Ak e r H一 3 、 F r i e d e ＆Go l d m a n 公 司设 计 的第 3代 半 潜 式平 台 ， 这几 座平 台的工 作水 深 除勘 探 4号为 6 0 0 m 左 右 ， 其余 均小 于 5 0 0 m， 钻井 深度 为 7 6 2 0 m 2 5 0 0 0英 尺 ， 服役均在 2 0 a以上 。 目前 我 国南海 深 水 区域 已有 重大 的 油气 发 现 ， 但受深水 钻井装 备 的限制 ， 开 发 进展 缓 慢 ， 为 此 ， 我 国已经将 “ 深水 半潜式 钻井船 设计 与建造关 键技术 ” 列 为国家 8 6 3 项 目。中海 油和美 国 F G 公 司正 在 联合研制 C NOO C S e mi s u b TB NI 号半潜式平 台， 该 平 台最 大作 业水 深 3 0 0 0 m， 最 大钻 井 深 度 l O 0 0 0 m， 属 于第 6代半潜 式平 台 。 2半潜式钻 井平 台研 究热点 a 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 。 b 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 。 c 定 位系统半潜 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 5 0 0 m 时 ， 多采用动力定位的方式 。 d 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 。 e 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。 3 结 语 目前 深海 钻 探作 业 呈迅 猛 的增 长趋 势 ， 导致 半 潜式 钻井平 台供 不应 求 ， 研 制具 有 自主知 识 产权 的 半潜 式钻井 平 台是 一个具 有前 瞻性和 迫切性 的重要 课题 。本文 介绍 了深 海钻 井平 台技术 的研究现 状和 发展 趋势 ， 着 重分 析 了半 潜 式平 台钻 井设 备 的 配置 情况 以及工 作能力 ， 提 出 了半潜 式 钻 井平 台的研 究 热点 。随着 研究技 术 的 提 高和 工 程经 验 的积 累 ， 相 信在不 久 的将 来 ， 具 有 我 国 自主知 识 产权 的 新一 代 半潜 式钻井 平 台将 会诞生 。 参 考 文 献 I t ] 胡 辛 禾．第 五 代 海 上 半潜 式 钻 机 [ J ] ．石 油 机 械 ， 2 001， 29 4 5 7 1 ． [ 2 ] 赵建亭．深 海半潜 式钻 井平 台钻机 配置浅 析E J ] ．船 舶 ， 2 0 0 6 4 3 7 3 8 ． E 3 ] W WW ． r i g z o n e ． c o m [ 4 ] 杨金华．全球深水钻井装置发展及市场现状 [ J ] ．国际 石 油 经 济 ， 2 0 0 6 1 1 4 1 4 3 ． E s ] 廖谟圣．三 论我 国海 洋石 油工业 技术 装 备之 国产化 [ J ] ．中国海洋平台 ， 2 0 0 4 4 卜3 ．