基本介紹
- 中文名：坐底式鑽井平台
- 外文名：Sit-on drilling platform
- 學科：有機地球化學
- 亦稱：沉浮式鑽井平台
- 優點：構造比較簡單，建造周期較短
- 套用：油氣勘探開發作業
平台簡介,工作原理,主要分類,設計工況,拖航工況,沉浮工況,正常作業工況,坐底自存工況,結構組成,套用情況,防腐措施,
平台簡介
坐底式鑽井平台有兩個船體，上船體又叫工作甲板，安置生活艙室和設備，通過尾郡開口藉助懸臂結構鑽井；下部是沉墊，其主要功能是壓載以及海底支撐作用，用作鑽井的基礎。兩個船體間由支撐結構相連。該種鑽井裝置在到達作業地點後往沉墊內注水，使其著底。因此從穩性和結構方面看，作業水深不但有限，而且也受到海底基礎（平坦及堅實程度）的制約。所以該平台發展緩慢。然而中國渤海沿岸的勝利油田、大港油田和遼河油田等向海中延伸的淺海海域，潮差大而海底坡度小，對於開發此類淺海區域的石油資源，坐底式鑽井平台仍有較大的發展前途。20世紀80年代初，人們開始注意北極海域的石油開發，設計、建造極區坐底式鑽井平台也引起海洋工程界的興趣，已有幾座坐底式鑽井平台用於極區，它可加壓載坐于海底，然後在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成鑽井後可排出壓載起浮，並移至另一井位。
坐底式鑽井平台（中油海3）
坐底式鑽井平台（中油海3）工作原理
坐底式鑽井平台工作原理是利用其浮體（沉墊或穩定立柱）灌水下沉，用幾個立柱支承固定高度的上層平台進行作業，當作業完成後，排除浮體（潛體）中的水而起浮，轉移到另一個作業點。該種平台名稱較多，中國海上移動式鑽井平台入級與建造規範中將它稱為坐底式鑽井平台，是從它的接地方式而命名的，反映了坐底工作的特點，應成為它的正式名稱，但也有些稱以及可沉式或沉浮式，以及固定甲板高度式。
坐底式鑽井平台是海上移動式平台中產生最早的一種。早期的鑽探作業是將鑽井設備安裝在駁船上，然後下沉坐在海底進行鑽進作業。由於駁船型深有限，工作水深很淺，而且它抗風、浪能力很差，很快就被後來的沉墊坐底式和格管坐底式所代替，形成現代的坐底式鑽井平台，由上部平台、下部結構和立柱支撐結構三個主要部分組成。
主要分類
坐底式鑽井平台從接地形式、沉浮穩性和立柱功能等方面可分成以下類型：
一、駁船坐底式。它是坐底式駁船，駁船本身起著上部平台和下部浮體的作用，只可用於極淺的水域。以後的坐底式鑽井平台是從它演變而成的，早期的鑽井駁船多採用該種型式，工作水深一般在5m以內。
二、沉墊坐底式。按立柱的粗細和作用可分成以下兩種：
1、穩定立柱沉墊坐底式，是粗立柱坐底式鑽井平台，立柱除支承上部平台外，在沉、浮過程中可保持平台穩性，平台可平穩下沉和起浮，適用於較大工作水深，一般在10m以上。
2、細立柱沉墊坐底式鑽井平台，立柱只起支承上部平台並連線下部沉墊的作用。當平台下沉時，一旦水深超過沉墊的型深時，水線面突變，平台的下沉穩性不能保證，適用水深較小，只有在沉墊型深的水深範圍內，平台可平穩沉、浮，當超過時，應採取一頭先下沉（或起浮）或採取其它措施沉浮，多用於10m水深以內。
沉墊坐底式鑽井平台適用於較平坦的海底，地基承載力較差的海床條件。
3、格管坐底式，立柱都是大型穩定立柱，常作成鋼瓶式變載面的，在波浪作用壓變成細瓶口狀，鋼瓶立柱，既起支承作用，又起浮體作用，設有壓載水艙。平台底部結構不用沉墊，而是用格管連線各立柱，形成整體結構，格管有縱、橫格管、臥在海底，適用水深較大，一般在10m以上，可達25m至30m，且地基承載力較好的海床。
坐底式鑽井平台在國外海上移動式平台規範中不再單列，而是歸到立柱穩定式平台中，它包括半潛式平台和坐底式鑽井平台，半潛式平台坐底工況和坐底式鑽井平台坐底工況相同。國外極淺海海域的油氣資源已開發完了，而中國極淺海尚未開發。從以上坐底式鑽井平台分類可看出，坐底式鑽井平台不全是立柱穩定式，在10m以內水深的坐底式，常用細立柱，採用一頭先下沉或起浮，勝利1號至勝利4號坐底式鑽井平台都是此種型式。新設計建造的勝利開發1號和2號坐底式採油平台也是細立柱沉墊坐底式鑽井平台。由於中國極淺海海域油氣資源開發剛剛開始，在中國極淺海勘探開發中仍將發揮重要的作用。
設計工況
拖航工況
它是指由一個地點被拖到另一個地點的工況。拖航工況下平台處在漂浮狀態。它受到的靜載荷包括平台結構自重、固定裝置、供應品和壓載重量以及浮力；環境載荷包括拖航狀態下的風力、波浪力和海流力；此外，由於平台在拖航中有搖擺、升沉慣性力和漂移慣性力，如運動加速度不大，則可忽略。
沉浮工況
它是指平台由漂浮狀態向坐底狀態轉變，或由坐底狀態向漂浮狀態轉變的過渡工況，是坐底式鑽井平台特有的工況。而對於一頭先沉或一頭先浮的平台，還應考慮由於平台傾斜狀態下，傾斜重力對平台的作用。環境載荷應考慮工況條件下的風力、波浪力和海流力。為保證沉浮操作的安全，應限制沉浮工況的風、浪條件。
正常作業工況
它是指平台在坐底狀態下進行正常生產作業的工況。正常作業是指與生產有關的全部作業，對於鑽井平台，它包括處理各種事故的作用。該種工況下的靜載荷包括平台自重、所有固定裝置、供應品、壓載重量、浮力和作業載荷；若作業載荷是動載荷，則應按動載荷考慮；環境載荷應取冊中規定的正常作業允許的最大環境載荷和海床對平台的支持力。
坐底自存工況
它熱平台承受最惡劣設計環境載荷狀態下，坐底不進行作業的工況。平台的全部重童靠平台的浮力和海底對平台的反作用力支持。靜載荷包括平台自重、固定裝置、供應品、壓載重和浮力等，必要時，可以拋棄部分裝載；環境載荷按設計的極端環境載荷，應考慮海床對平台的支持力；對於有定位樁的平台還應考慮樁作用在平台上的力。
結構組成
1、上部平台和上甲板。上部平台主要為海上作業提供生產和生活的場地。
甲板有單層和雙層，主要根據生產工藝和生活設施的布置確定。對於坐底式鑽井平台，其鑽井設備、動力設備、井場和生活樓等均布置在平台甲板上。對於極淺海坐底式鑽井平台可作成單層甲板，採用輕型梁板結構，如勝利1號的甲板。若水深增大，工藝布置需要，上部平台設計成箱形結構，如勝利3號的上部平台。
上部平台的非浸水結構，不考慮波浪的直接作用，上部平台最低構件下沿與波峰之間的峰隙高度C不必大於1.2m，但不應小於下式的計算值：
C=0.1（H1+H2+H3），式中H1為天文潮潮高（m），H2為風暴潮潮高（m），H3為最大設計波高在設計高潮水面以上的高度。
2、沉墊和格管。
沉墊坐底式鑽井平台，其沉墊為浮體結構，為拖航和起浮提供浮力，同時它可有效地傳遞並分配立柱和撐桿傳下來的載荷給地基。沉墊中可布置壓載水艙、淡水艙、燃油艙和泵艙等。沉墊的尺度和型式對平台著底穩性有重要的影響，它受到地基反力作用。格管坐底式鑽井平台是通過下部的格管將穩定立柱連線成一個整體，它與立柱底部共同支承平台的重量，平台的載荷通過立柱和格管傳給地基。格管可縱、橫交叉布置，也可沿立柱軸線方向布置。
3、立柱和撐桿。
穩定立柱常設計成有構架支撐的殼體結構，細立柱和撐桿常採用鋼管。立柱和撐桿把上部平台和下部結構連線成一個空間構架，並將上部平台的載荷傳到下部結構；相反地，也把下部結構受到的外力傳遞到上部平台，立柱和支撐結構是承上啟下，波浪力、海流力和冰力作用在立柱和撐桿上。
4、抗滑樁和防沖刷結構。
對於沉墊坐底式鑽井平台，工作在風、浪、流較大、海底土壤較差的海域，一般都設定抗滑或防沖刷結構。為防止滑移，常採用抗滑樁，勝利1號至4號均採用抗滑結構。為增加抗滑和防沖能力也可在沉墊上設定垂直裙板，但要減少一部分吃水，對於極淺海坐底式鑽井平台不適用。勝利4號平台採用活動式水平裙板，鋪在沉墊四周，每塊裙板用6m*5m*5mm的鋼板，對防沖刷取得較好效果。
套用情況
坐底式鑽井平台投入淺海石油勘探開發中，發揮了重要作用，並培養和鍛鍊了一支設計、建造、操作和管理的隊伍，在解決沉浮穩性、抗滑穩性，向極淺海邁進等技術問題上取得了好的成績。
坐底式鑽井平台已套用於中國淺海鑽井平台、採油平台和儲油平台，並正在設計研製鋪管平台，生活平台，動力平台和起重、打樁、施工作業平台，有著廣闊的套用前景。在10m水深範圍內，已有較成熟的設計、建造和使用的經驗。國外坐底式鑽井平台統計資料表明，坐底式鑽井平台較經濟的工作水深範圍為3m至25m，工作水深在3m至10m、11m至20m、21m至30m三個範圍大約各占三分之一左右，25m水深以內占95%，18m水深以內占65%。中國現有的坐底式鑽井平台均在10m水深以內。隨著勘探開發水深的增加，在10m至20m水深範圍內，坐底式鑽井平台在中國淺海勘探開發中有著廣闊的套用前景，應研究立柱穩定坐底式鑽井平台，以滿足平穩沉浮的穩性要求。
防腐措施
對坐底式鑽井平台宜採用如下防腐措施：
1、在甲板及其上層建築部分均可採用適合于海洋大氣區的相應塗料保護；
2、在甲板下面及立柱上半部分或大部分均可採用適合于飛濺區的相應塗料保護，也可在立柱下半部或根部安裝少量鋁陽極保護；
3、沉墊可採用塗料加鋁陽極相結合進行保護，在拖航水線以下可採用適合於全浸區的相應塗料，在拖航水線以上則可採用適合于飛濺區的相應塗料。
由於坐底式鑽井平台的沉墊底部大部分時間是和海底土壤接觸，而鋁陽極在土壤中容易鈍化，電流效率會降低，其主要原因是腐蝕產物結成“痴”難以溶解，形成高電阻的板狀結塊，阻止陽極電流的輸出，使陽極無法正常工作。為使鋁的鈍化特性改變，可向鋁中加入適量的鋅、錮、錫、鎂、欽等元素，變成鋁合金陽極，這樣可以改變鋁表面鈍化膜的成分和性質，促使膜的溶解和脫落，使鋁陽極具有足夠的驅動電位和穩定的電流輸出。在沉墊底部可採用上述改進的適用於海底土壤的鋁合金犧牲陽極。
