深水半潜式钻井平台的设计和建造研究

作者:陈刚;吴晓源 刊名:船舶与海洋工程 上传者:刘丽华

【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。

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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“BluewaterRigNo.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114m90m132mABSA1ColumnStabilizedDrillingUnit,DPS-3,P,CDS,UWILDCCSCSASemi-submersibleDrillingUnit,PM,DP-3,HELDK,IWS柴油发电机85530kW推进器84600kW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

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