1、海上鉆井平臺基本結構1=【摘要】海上鉆井平臺主要用于鉆探井的海上結構物。上裝鉆井、動力、通訊、導航等 設備，以及安全救生和人員生活設施。海上油氣勘探開發不可缺少的手段。主要有自升式和 半潛式鉆井平臺。本支探討了海上鉆井平臺的分類主要是移動式平臺和固定式平臺，并對其優缺點進行了 分析對比，論述了導管架樁基平臺結構組成，對于加速我國進軍世界級海洋工程裝備開發.設 計和制造領域，提升我國深水作業能力，具有重要的戰略意義.目前，世界上己探明的海上油氣費源大部分蘊藏在大陸架及3000米以下的海底。有 數據顯示。深海能源儲量將是陸地能源儲量的100倍，但由于開采技術上的限制，其還是能 源領域最具潛力的處女

2、地。1海上鉆井平臺的分類海上鉆井平臺應滿足下面三個條件，適應海洋鉆井區域環境且安全.成本較低，滿 足鉆井、采油、測試等各項作業的要求。海洋鉆井平臺(drilling platfom)是主要用于鉆探井的 海上結構物。平臺上裝鉆井、動力、通訊、導航等設備，以及安全救生和人員生活設施，是 海上油氣勘探開發不可缺少的手段。主要分為移動式平臺和固定式平臺兩大類。固定式平臺 的下部由樁、擴大基腳或其他構造直接支承并固著于海底，按支承情況分為樁基式和重力式 兩種。活動式平臺浮于水中或支承于海底，能從一井位移至另一井位，接支承情況可分為著 底式和浮動式兩類。近年來正在研究新穎的半固定式海洋平臺，它既能固定在深

3、水中，又具 有可移性，張力腿式平臺即屬此類。其中按結構又可分為：移動式平臺：坐底式平臺、自升式平臺、鉆井船、半潛式平臺、張力腿式平臺、牽 索塔式平臺。坐底式平臺。最早的活動平臺采用鉆井駁船。后來隨著海洋石油鉆探水深的不斷增 加,鉆井駁船進一步發展成坐底式平臺，它由沉墊、立柱和平臺甲板三部分組成，適用于水深為 530米而且海底比較平坦的場合。沉墊可以是整體式，也可以是分離式。向沉墊內灌水， 平臺即下沉坐落在海底。把水排出，平臺就能浮起，故這種平臺又有沉浮式之稱，要求沉得下， 坐得穩，浮得起。中國建成的勝利一號平臺即屬淺海坐底式平臺。自升式平臺。由一個駁船式船體和若干能升降并能起支撐作用的樁腿組成

4、，船體有足夠的浮力以運載鉆井設備和給養到達工作地點。作業時平臺被樁腿支撐并抬升到海面以上。轉移時，把樁腿拔起，駁船式船體下降浮于水面，即可拖運到另一地點。自升式平臺分為插樁自升式和沉墊自升式。樁腿可插入海底，也可在樁腿下面設置“樁靴”或獨立的 小沉墊。樁腿結構可以是封閉殼體式，也可以是構架式。樁腿升降機構，有電動液壓式和電 動齒輪齒條式。船體平面形狀可以是三角形、矩形或五邊形，其特點是浮運方便，作業時穩 定性好，適用水深為590米。這種平臺的應用較廣。鉆井船。把鉆井設備安裝在船體上，靠錨系或動力定位，在漂浮的狀態下鉆井。 一般都有自航能力，可在幾百米或上千米水深的海域工作，但對風浪極為敏感，當

5、風力超過 78級，波高超過34米時就要停止作業。半潛式平臺。主要由上部結構、下潛體、立柱及斜撐組成，下潛體有靴式、矩形駁船船體式、條形浮筒式。其外形與坐底式平臺相似，上部結構裝設全部鉆井機械、平臺操 作設備以及物資儲備和生活設施、它是一個由頂板、底板、側壁和若干縱橫倉壁組成的空間 箱形結構，水密性較高，能提供較大的浮力，作業時下潛體灌入壓艙水使其潛入水下一定深 度，靠錨纜或動力定位。拖航時排出壓艙水，使下潛體浮在水面。在淺水區作業時可使下潛 體坐落在海底，類似坐底式平臺。它既可在10600米深的海域工作,又能較好地適應惡劣 的海況，但其經濟水深一般為100300米。在深水海域中開發石油時，坐底

6、式鉆井平臺不能滿足要求；自升式平臺雖然使用水深較大，但不經濟；浮動式鉆井船可適用于較大水 深，然而受海況的影響，其開工率很低；而半潛式平臺既可在很深的海域工作，又較能適應 惡劣的海況，有良好的運動特性。遇到惡劣天氣時，要引纜作業，可用船用撇纜槍。因此， 半潛式平臺是目前深海鉆井的主要裝置。（2）固定式平臺：導管架式平臺、混凝土重力式平臺、深水順應塔式平臺。80年代初， 人們開始注意北極海域的石油開發，設計.建造極區坐底式平臺也引起海洋工程界的興趣。 目前已有幾座坐底式平臺用于極區，它可加壓載坐于海底.然后在平臺中央填砂石以防止平 臺滑移.完成鉆井后可捧出壓載起浮，并移至另一井位.導管架型平臺。

7、在軟土地基上應用較多的一種樁基平臺。由上部結構（即平臺甲 板）和基礎結構組成。上部結構一般由上下層平臺甲板和層間桁架或立柱構成。甲板上布置 成套鉆采裝置及輔助工具、動力裝置、泥漿循環凈化設備、人員的工作、生活設施和直升飛 機升降臺等。平臺甲板的尺寸由使用工藝確定。基礎結構（即下部結構）包括導管架和樁。 樁支承全部荷載并固定平臺位置。樁數、長度和樁徑由海底地質條件及荷載決定。導管架立 柱的直徑取決于樁徑，其水平支撐的層數根據立柱長細比的要求而定。在冰塊飄流的海區， 應盡量在水線區域（潮差段）減少或不設支撐，以免冰塊堆積。對深海平臺，還需進行結構 動力分析。結構應有足夠的剛度以防止嚴重振動，保證安

8、全操作。并應考慮防腐蝕及防海生 物附著等問題。導管架焊接管結點的設計是一個重要問題，有些平臺的失事，常由于管結點 的破壞而引起。管結點是一個空間結點，應力分布復雜；近年應用譜分析技術分析管結點的 應力，取得較好的結果。導管架由導管（即立柱）和導管間的水平桿和斜桿焊接組成，鋼樁 沿導管打入海底。打樁完畢后，在兩者的環形空隙內用水泥漿等膠結材料固結，使樁與導管 架形成一個整體，以承受巨大的豎向和水平荷載。若樁的承載能力不能滿足要求時，可在立 柱之間和角立柱的周圍增設鋼樁。這種平臺施工時一般先在陸地上預制導管架，再用駁船拖 運就位進行安裝,通過調節壓艙水使駁船傾斜，然后用卷揚機將導管架送入水中，由其

9、自身 浮力懸浮在水中，再向導管架立柱內灌水，同時用起重船把導管架豎立就位于海底井址，再 將樁逐段連續打入海底土層固定。用于深海的導管架高度很大，整體運輸困難，可采用分段 制造，分段下水連接而成。重力式平臺 鋼筋混凝土重力式平臺。依靠自身重量維持穩定的固定式海 洋平臺。主要由上部結構、腿柱和基礎三部分組成。基礎分整體式和分離式兩種。整體式基 礎一般是由若干圓筒形的艙室組成的大沉墊。沉墊也可采用平板分倉的蜂窩式結構，其側表 面可做成多波形或平板形。分離式基礎用若干個分離的艙室做基礎，它對地基適應性強，受 力明確，抗動力性能好，腿柱間距大，在拖航及下沉作業時較安全。 鋼重力式平臺。 也屬于分離式基礎

10、型，由鋼塔和鋼浮筒組成，浮筒也兼作儲油罐。 鋼-鋼筋混凝土重 力式平臺。上部結構和腿柱用鋼材建造，沉箱底座用鋼筋混凝土建造，可充分發揮兩種材料 的特性。以上三種重力式平臺適用于較深海域。整體式基礎多建造在密實的砂土上，避免建在松散砂或較厚的軟土地基上。分離式基礎由于基礎面積視地質條件而定，立柱的間 距隨水深而變，故對地基和水深的適應性很強,可用于地質條件較差的場合。重力式平臺的施 工分兩個階段，前階段在干塢中進行，后階段在近岸可避風浪的深水區進行。施工程序是； 在干塢中建造基礎下部，至預定高度后向干塢中灌水，把已建成的基礎下部連同起重設備一 起浮運至能避風浪的深水區，并牢牢系泊，繼續建造基礎的

11、上部及立柱，直至混凝土工程全 部完成，再向基礎內部灌水，使平臺下沉，然后將預制的平臺甲板構件用駁船運到立柱上， 使基礎排水，稍稍起浮，直至立柱恰好頂在平臺甲板的預定位置。最后把立柱與平臺甲板牢 固地連在一起，形成平臺。重力式平臺設計時應防止基礎艙壁失穩或壓壞。當基礎兼做儲油 罐時，應考慮由于內外溫差所產生的溫度應力。平臺要有足夠的整體穩定性。基礎下邊可設 有插入地基的裙板，防止基礎底座沿海底滑動。此外，結構的傾斜度，總沉降量及動力效應都要求不超過限值。2固定式與移動式平臺比較情況2.1優點穩定性好。海面氣象條件對鉆井工作影響小。如有工業性油氣，可很快轉換成采油平臺。2缺點不能夠移動和重復使用造

12、價較高.其成本隨水深增加而急劇增加座底式平臺分.本體與下體(即箱)，有 若干個立柱連接本體與下體，平臺上設置鉆井設備、工作設備、存儲生活艙。鉆井前，在浮 箱中難入壓載水，使之沉底，鉆井時，座底承擔所有重量。此時.平臺位于水平面以上，不 受海浪侵襲。上浮時。放去浮箱中壓載，提供浮力，進行拖拽。座底式平臺工作水深較淺.因 為越深.整體重量越大。越不容易拖拽，經濟性下降。現在基本被淘汰，勝利l號，4號時 座底式的。自升式鉆井平臺。由平臺、樁腿和升降機構組成，平臺能沿樁腿升降，一般無 自航能力。1953年美國建成第一座自升式平臺。這種平臺對水深適應性強，工作穩定性良 好，發展較快，約占移動式鉆井裝置總

13、數的1/2。工作時樁腿下放插入海底.平臺被抬起 到離開海面的安全工作高度：并對樁腿進行預壓.以保證平臺遇到風暴時樁腿不致下陷。 完井后平臺降到海面.拔出樁腿并全部提起.整個平臺浮于海面，由拖輪拖到新的井位。3導管架樁基平臺結構組成1導營架樁基平臺導管架是由若干直立的和具有一定斜度的導管，由橫向、斜向連桿聯成一體的框架結 構。作用：支承上部結構作為打樁定位和導向的工具，將平臺上面的負荷比較均勻地傳遞到 樁上，可安裝系靠船的設備，可作為安裝上部結構時的臨時工作平臺。樁用于承受平臺的垂直重量及水平環境推力，并通過樁周的摩擦力和樁尖阻力。將這 一負荷傳遞給基土層，支承樁。摩擦樁.目前導管架多采用8根和

14、16根樁。上部結構由承受作業機械和其它荷載的各類桁架或粱(主粱、次粱、小粱)及平臺甲 板組成。3. 2導管架的運送，就位及安裝(1)運送與就位.提升法：水深30田以內.滑入法+起重機：水深30- 70m，滑入法+控 制壓載機；水深70 一 120m。浮運法：水深120m以上。(2)安裝打樁：少則四根。多則十多根，打入深度少則50m，多則幾百米，鋪設平臺上部結構， 分為整體鋪設和分塊鋪設。4其它固定式平臺4.1重力式平臺七十年代初出現.它完全借助于其本身的重量直接穩定地座在海底分為混凝土重力式 平臺和鋼質重力式平臺。4.2混凝土重力式平臺由沉墊、立柱、甲板三部分組成.沉墊一一整個建筑物的基礎。有

15、多種形式：圓形、六 角形、正方形，立柱有：三腿，四腿、獨腥等幾種，甲板一為生產提供工作場所，安裝 各種生產處理設施和生活設施。有銅質和混凝土兩種。與導管架平臺相比，具有以下優缺點：優點是不需打樁.具有相當的貯油能力.節省鋼材，防火，防腐性較好，維修費用低， 壽命長。缺點是對地質條件要求高，出現缺陷后修復較困難。4.3鋼質重力式平臺1971年慧大利首造.水深90米稱洛安高平臺，整個平臺由沉箱、支承框架、甲板三部 分組成，沉箱可作貯油罐，優點是重量比混凝土輕，預制過程中對水域要求不高，拖船馬力 小.對地基承載力要求不高。缺點是貯油量小，用鋼多，易腐蝕。4.4混合重力式平臺由混凝土基礎和鋼質導管架所組成。分為混合塔式平臺和重力基礎導管架式平臺兩種。 英國北海莫林(Maureen)