海工知识普及--自升式钻井平台发展概述（求加精）

xiaohanhan · 发表于 2012-10-26 23:08

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自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面，拔出桩腿并全部提起，整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位

中海油63号自升式钻井平台

2008年全球共有自升式钻井平台（Jackup）446座，分布在南美、北美、亚洲、非洲、欧洲、澳洲各地。设计水深一般为10米(30英尺)到250米(750英尺)以内，属近海海域。它们主要集中建造于1980～1983年，之后的建造数量特别少，使用年限基本上在20～30年，而在役的自升式钻井平台船龄大多数超过25年。因此，该类钻井平台未来更新换代的需求比较大。

1. 主要建造国家及制造厂

截止到2008年8月底，在役的自升式钻井平台为428座，其中美国建造了150座，新加坡建造了110座，居世界前两位（见表1）。无论是从在役还是新订单来看，美国和新加坡都是Jackup的主要建造商。美国的建造公司主要有：Bethlehem Beaumont, Marathon Vicksburg, Marathon Brownsville, Marathon LeTourneau, Ingalls Shipbuilding, Baker Marine, Levingston Shipbuilding等；新加坡的建造公司主要有：Keppel FELS, Marathon LeTourneau, SembCorp, Bethlehem, Promet等。
表1主要建造国家及其数量（已建和拟建）

主要国家	已建造数量（座）	主要国家	新订单数量（座）
美国	150	美国	32
新加坡	110	新加坡	13
日本	48	阿联酋（U.A.E）	11
法国	13	中国	9
苏格兰	13	印度尼西亚	5
加拿大	11	印度	3
中国	10	伊朗	2
俄罗斯	10	巴西	2
巴西	9
印度	2

2. 主要运营商[1]

2008年8月底统计数据，世界上自升式钻井平台的运营商大部分在美国，比例达60%以上。主要营运公司有：美国Transocean有限公司、美国ENSCO国际公司、美国诺布尔钻井公司（Noble Drilling）等（见表2）。
表2 在役的自升式钻井平台主要运营商

运营商名称	拥有Jackup数量（座）
美国Transocean有限公司	65
美国ENSCO国际公司	44
美国诺布尔钻井公司（Noble Drilling）	41
美国离岸公司（Hercules Offshore）	36
美国Pride 国际公司	28
美国Rowan公司	21
美国那伯斯海上石油公司（Nabors Offshore）	16
美国Diamond Offshore公司	15
阿联酋(U.A.E)National Drilling公司	12
中国油田服务有限公司（China Oilfield Services）	12
美国Premium Drilling公司	11

在新订单方面，美国Vantage Energy公司持有14艘，居世界第一位，其次是美国Rowan 公司持有9艘，而中国油田服务有限公司以7艘订单位居第三位。总体而言，各承包商的订单比较分散，集中度不高（见表3），但这也说明自升式钻井平台市场旺盛的需求、丰厚的利润回报，吸引了越来越多的新进入者。
表3自升式钻井平台新订单主要承包商

承包商名称	承包Jackup新订单数量（座）
美国Vantage Energy公司	14
美国Rowan 公司	9
中国油田服务有限公司(China Oilfield Services)	7
美国Premium Drilling公司	6
丹麦Maersk承包公司	4
美国Scorpion 离岸公司	4
挪威SeaDrill 有限公司	4
美国普若克堡（Procorp Mgmt）	3
印度Essar油田服务有限公司	2
美国诺布尔钻井公司（Noble Drilling）	2

主要设计公司

目前，世界上主要的自升式钻井平台设计公司有：美国的LeTourneau，F&G ，BASS与BMC，荷兰的MSC，日本的三井海洋开发与Hitachi Zosen以及法国的CFEM。每个公司已经形成多种型号的系列产品。当前技术领先的是LeTourneau，MSC和F&G。其中美国的LeTourneau公司是自升式钻井平台设计的先驱，设计产品占世界市场份额33%，新加坡品牌（Kfels和Baker Marine）占42%，美国F&G和荷兰MSC各占10%和9%。荷兰的MSC公司设计了一系列自升式钻井平台，工作于超恶劣海况的海域，例如挪威北海与加拿大东海岸；美国的F&G公司在20世纪80年代初首次申请了齿条锁定系统(Rack Chock Fixation System)专利，该创新使得自升式钻井平台能够进入更深与更恶劣海况的海域工作。不过，三井海洋开发、Hitachi Zosen和CFEM 在最近20多年，既没有新型号平台推出，也没有老型号平台的再建。

主要技术情况

目前，世界上自升式钻井平台主要技术有：悬臂梁技术、平台船体设计技术、桩腿技术、提升工作水深等方面技术，现分别介绍如下：
（1）悬臂梁技术
自升式平台的钻台已经从早期的槽口式发展到当今的悬臂梁式，大大提高了钻井效率。目前悬梁臂已发展成可脱离式(Skid Off)。即悬臂梁伸出钻井船体艉部，移到导管架平台，然后脱离自升式钻井平台，最后坐落到导管架平台顶部进行钻井作业。此技术使得自升式钻井平台可以在风暴情况下，更安全与高效地进行钻井作业。如MSC公司发明的X—Y悬臂梁，钻台保持在悬臂梁中心，由滚式支座实现整体沿纵向与横向移动，两侧主梁承受相同的荷载，最大悬挑27.4米。在悬臂梁悬挑27.1米及其移动范围内，具有均匀的1,400吨可变载荷。
此外，荷兰Huisman公司发展出概念新颖的旋转型悬臂梁，它通过径向与环向滑轨实现移动，有与X—Y悬臂梁类似的可移动范围内均匀的可变载荷，但目前型号的旋转型悬臂梁的可变载荷没有X—Y悬臂梁大，但旋转型悬臂梁可以在甲板上抬高，可以增加甲板的可用面积。
（2）平台船体设计技术
自升式钻井平台的船体采用模块化设计与施工，加大甲板主尺寸和作业面积，增大可变载荷和钻井物资储放能力，延长在偏远恶劣海域作业的自持力。将平台生活区移到船艏，采用挑出式与包络式设计，既可减少悬臂梁钻井作业发生事故时，对船员造成的伤害，也可以腾出甲板中部空间给作业堆料。另一方面，悬臂梁悬挑作业时，会将平台整体重心往船艉移动。平台生活区的前移，可以减少平台重心的后移量，减少左舷与右舷桩腿轴力的增加量。
（3）桩腿技术
新一代自升式钻井平台多采用超高强度钢、大壁厚、小管径壁厚比的主弦管与支撑管，以减小水阻力与波浪载荷。一般采用具有高强度、高刚度的“X”与逆“K”型管节点，并减少节点数量。在逆“K”型水平撑管上多采用叠加式节点，以提高节点抗剪强度。
（4）提升工作水深技术
自升式钻井平台的工作水深得以不断增加，主要基于两个方面的原因：首先在结构上，采用高强度、高刚度重量比、低水阻力的桩腿设计。安装齿条锁定系统，用桩腿主弦管轴向力形成的力距，来主要地平衡由环境荷载产生的作用于船体底部的桩腿横截面弯距，减小支撑管轴向力，减小支撑管管径。如“玛士基创新者号”的船体宽达102.5米，桩腿间距大，更加有效地抵御风浪流引起的基底倾覆力距，降低桩腿基地反力。另一方面，波浪理论和随机振动理论的发展，使得能够更加精确地计算由于随机波浪作用而产生的动力效应。
（5）主要发展趋势
自升式钻井平台发展趋势主要体现在三个方面：（1）采用高强度钢。以提高平台可变载荷与平台自重比，提高平台排水量与平台自重比和提高平台工作水深与平台自重比率；（2）增大甲板的可变载荷，甲板空间和作业的安全可靠性，全天候工作能力和较长的自持能力；（3）采用悬臂式钻井和先进的桩腿升降设备、钻井设备和发电设备。
此外，为了提升市场竞争力和增加市场占有率，近10多年来，世界自升式钻井平台主要设计公司都与船厂或钻井公司等组成联合体。如1994年美国Rowan石油钻井公司收购了LeTourneau公司及其船厂，业务覆盖石油钻井、高强度钢材生产、自升式平台设计建造、森林与石油矿藏开采的重型设备制造；1995年，美国Baker Marine被新加坡PPL船厂收购；2003年Gusto、MSC及GMOD组成GustoMSC集团，提供一系列海洋钻井、生产平台及设备设计建造服务；2004年，俄罗斯MNP集团与F&G及乌克兰CDB Corall设计局组成集团，业务包括船舶建造、钻井设备、钻井平台的设计与施工；2006年，F&G在中国成立合资公司：中船高曼海洋工程技术（大连）有限公司；2007年7月23日，美国Transocean Inc和GlobalSantaFe Corp宣布，同意合并组建一家价值530亿美元的钻井承包公司，合并后Transocean成为全球最大的海洋石油钻探承包商，并拥有最多的深水钻井船、深水半潜式平台及深水自升式平台。
虽然日本船舶海洋工业实力雄厚，韩国建造上乘，但在自升式钻井平台设计与建造市场上两国所占份额均不高，主要有两大原因：第一，造船与海洋钻井平台有所不同，大多数船舶如同一个“仓库”，主要由船体、内部空间及动力推进系统组成，易于流水线生产，这正是日韩两国强项。而钻井平台如同一个中小型工厂，不同设备需从不同制造商进货，不同国家船东有各自的偏好与要求，这是一个再设计工程。在建造平台过程中，有效地管理材料、设备供应链并如期完工，始终是一个巨大挑战。韩国船厂在建两个CJ70钻井平台时曾遇到诸如此类问题。第二，当时造船市场与海洋工程同样兴旺，日韩船厂不愁造船订单不满，他们把主要精力放在更擅长的船舶建造上。但是，我们应该清楚的认识到日韩两国在海洋工程领域的实力。当前日本钢铁企业是自升式钻井平台所用的超高强度钢材的关键生产商及一些其他设备供应商。例如日本三井海洋开发（MODEC）早己将业务从自升式平台设计转移到深海技术FPSO、半潜及张力腿平台开发上；韩国船厂也在最近3年里承揽了全球14艘钻井船的全部订单。
带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船壳，并使船壳底部离开海面一定的距离（气隙）。拖航时桩腿收回，船壳处于漂浮状态。

　　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。

　　自升式钻井平台有两种型式，独立桩腿式和沉垫式。

　　平台稳定站立后，大多数悬臂梁可以将钻台外伸到固定平台。

　　在风大浪急的海面不能进行拖航。

　　1.支撑型式：桩靴式；沉垫式

　　2.升降装置：液压缸升降(插桩式)；齿条/齿轮箱

　　3.桩腿结构型式：筒型；桁架

　　4.桩腿数量：3腿；4腿

　　5.槽口：有槽口；无槽口

　　6.生活楼的布置：横向布置；周边布置

　　自升式钻井平台，又称为桩脚式钻井平台，是目前国内外应用最为广泛的钻井平台。自升式钻井平台可分为三大部分；船体，桩脚和升降机构。需要打井时，将桩脚插入或坐入海底，船体还可顺着桩腿上爬，离开海面，工作时可不受海水运动的影响。打完井后，船体可顺着桩腿爬下来，浮在海面上，再将桩脚拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。