半潜式钻井平台大解密

经过数几十年的勘探开发，全球70%的重大油气发现来自于水深超过1000米的海域。我们今天就来盘点一下海洋油气田开发的巅峰装备产品----半潜式钻井平台。并解密它的配套设备。

 

 

 

 

 

 

 

 

深海钻探利器——半潜式平台

 

 

 

 

 

 

 

 

 

半潜式平台简介

 

 

 

一

什么是半潜式平台？

 

 

 

半潜式平台（Semi-Submersible Drilling Platform）是目前应用最广泛的浮式平台它集钻井、修井、生产等多种功能为一体。半潜式，顾名思义，它的一半可以潜入水下，水下浮体产生浮力并托举水面上甲板部分。

 

 

△工作期间，大部分浮体处于海面以下

 

 

 

二

半潜式平台结构

 

 

 

半潜式平台由三大部分组成：上部平台、中间立柱和下部浮体。

 

 

△半潜式平台结构图

 

上部

 

 

 

△上层甲板概观

 

 

 

下部浮体为整个平台提供浮力。

 

 

 

 

 

中部立柱将平台与浮体连接起来。

 

 

 

 

三

半潜式平台具有哪些优势？

 

 

 

1. 与钻井船相比，半潜式平台因能浮动，浮力大，在钻井过程中能抵抗更强的风浪，稳定性更好，工作水深更大。

 

 

 

 

 

2. 与固定式钻井平台相比，半潜式平台不固定在某一地点，能够灵活移动，在一个海域施工作业完成之后，移动到另外一个海域进行施工，满足多海域钻井施工需求。而固定式钻井平台一旦建好，就不能移动。

 

 

△固定式钻井平台

 

 

△半潜式平台

 

半潜式平台移动方式可分为：干拖、湿拖和自航三种方式。

 

干拖：把半潜式平台放置在特殊的驳运船，可以根据需要从一个地点移到另一个地点。

湿拖：运用平台拖船，根据需要在漂浮状态下把半潜式平台从一个地点拖往另一个地点。

自航：半潜式平台装有自航动力，原动机驱动螺旋桨，可以根据需要，从一个地点用自身的动力移动到另外一个地点。不需要额外借助拖船。

 

 

 

△干拖

 

△湿拖

 

△自航

 

 

 

3. 钻完井后，可迅速转为生产平台用于油田的早期开发。

 

 

 

 

四

半潜式平台发展历程

 

 

 

自1961年诞生以来，半潜式平台发展共经历了6代，钻井深度大幅增大、承载能力大幅度加强、自动化水平大幅提高、抗风抗浪的能力猛增。

 

 

△各代半潜式平台对比表

 

 

△第一代和第六代半潜式平台

 

 

△第一代和第六代平台差距大概是这样的

 

 

 

 

 

 

 

半潜式平台核心技术

 

 

 

为满足深水开发需求，半潜式平台配备了精准的动力定位系统，自带浮力的隔水管、设计巧妙的升沉补偿装置等一系列先进设备。

动力定位系统可以减少的锚泊的依赖，在海面有风浪的情况下可以实现平台固定在原地作业，基本不受风浪和潮流的影响

深沉补偿装置可以在海浪和潮流的海况条件下保证钻井作业处于平稳状态，而不是处于颠簸状态。

 

 

△平台中控室

 

 

△升沉补偿装置

 

 

△防喷器及海底生产系统

 

 

 

一

定位系统

 

 

 

半潜式平台在海面定点作业时，需要采用锚泊系统和动力定位系统来防止其随波逐流。

深水的平台如果采用锚泊来定位，需要很深的锚链，这就会增加平台的重量，也增加采购成本。所以采用动力定位系统，配备动力实现更加精准的定位。

 

 

△锚泊定位系统

 

△辐射状的多点锚泊系统

 

深海风浪大，海底情况复杂多变，单一锚泊定位系统难以有效固定平台，而动力定位系统,它可以实时监测平台的位置偏差，综合外界干扰因素，自动控制装于自身的推进器，实现推力和推力方向的自动控制，使平台尽可能地固定于作业位置。

 

 

△动力定位系统机动性好

 

△动力定位螺旋桨推进器

 

 

 

二

隔水管

 

 

 

与陆地相比，深海钻井作业中最大挑战是上千米深的海水，海水会阻碍钻具稳定向下钻入海床，因此要向海底下送入隔水管。

 

 

 

△隔水管

 

 

△隔水管主管

 

△下入隔水管

 

 

 

随着钻井深度加深，相应隔水管的根数增加、重量增加隔水管配备了浮力块。浮力块可减轻水管90-95%的重力，大大减轻平台的重力负荷。

 

 

△浮力块由复合泡沫塑料制成

 

△隔水管的固定

 

 

 

在钻井作业过程中若外部海水压力大于隔水管内钻井液压力，海水会挤毁隔水管，因此需要配备填充阀，它可以感应压差，在适当时机打开外部套筒，使海水进入隔水管，保持压力平衡。

 

 

△填充阀

 

三

升沉补偿装置

 

 

 

海上浮式钻井平台会受风浪作用摇摆不定，进而使钻头无法恒定接触井底，升沉补偿装置也在有波浪的海况下保持钻头始终接触井底，无论风吹浪打，升沉补偿装置解决了钻井受风浪影响而摇摆不定的这一难题。

 

 

△早期使用置于钻柱之中的伸缩钻杆来补偿升沉落差，但控制精度差

 

 

 

后来逐渐发展为液压传动式升沉补偿装置。

 

 

 

△升沉补偿装置

 

 

 

四

水下井口+防喷器组

 

 

 

1.水下井口

 

深水钻井作业水下井口是必备设施，在选择时要考虑海况、隔水管和上部防喷器组的重量以及可能存在的轴向力和弯矩等因素的影响。

 

 

 

 

 

 

2. 水下防喷器组

 

水下防喷器组（Subsea Blowout Preventer，SSBOP），其作用是在发生井喷或井涌时控制井口压力，在台风等紧急情况下关闭井口，保证人员、设备安全。

 

 

 

水下防喷器组位于海床，由多个环形防喷器和闸板防喷器共同组成。

 

 

 

防喷器组

 

 

△安装水下防喷器 

 

 

紧急情况下，隔水管与防喷器水下分离

 

 

 

五

钻井泥浆循环系统

 

 

 

在钻井作业过程中，钻井泥浆作为钻井工程的“血液”，备受关注。

 

 

 

△良好的钻井液体系能够提高钻井作业效率

 

 

 

△钻井泥浆循环处理系统

 

 

 

 

 

 

 

如何建造半潜式平台？

 

 

 

一

半潜式平台建造步骤

 

 

 

第一步：钢板切割下料并对钢板根据图纸设计要去进行预处理

 

 

 

 

第二步：建立分段，按设计要求把平台分割成若干个段，最后分段拼接。

 

 

 

 

第三步：把做好的分段移至涂装厂进行喷涂，做好防腐防锈底漆。

 

 

 

 

第四步：铺墩，做好分段的合拢工作

 

 

 

 

第五步：浮体、立柱合拢，水平支撑管安装，水下部份基本上到位

 

 

 

 

第六步：上部甲板按设计要求安装

 

 

 

 

第七步：钻井作业平台合拢

 

 

 

 

第八步：井架顶部吊装

 

 

 

 

第九步：出坞

 

 

 

 

第十步：如果有侧推的话，进行侧推安装

 

 

 

 

第十一步：试航，平台要在水上完成各种性能试验

 

 

 

 

二

哪些企业能够设计、建造半潜式平台？

 

 

 

半潜式平台建造技术含量极高，目前国际上建造半潜式平台的公司主要分布在新加坡、韩国、美国、挪威以及瑞士。

 

 

 

 

1.主要设计商

 

 

 

A．美国Friede&Goldman

 

该公司是全球领先的海洋工程移动式钻井平台设计商。主要类型有：F&G ExD型和Millennium SA型。

 

 

 

 

B.荷兰Gusto MSC

 

Gusto MSC公司于1975年首次设计建造Viking Piper号半潜式钻井平台，随后又开发了DSS系列、TDS系列和OCEAN系列半潜式钻井平台。

 

 

 

 

 

C.挪威克瓦纳集团公司(Kvaerner)

 

该公司创建于1865年，目前正在开发设计适用于全球海域的AKERH-7000型半潜式钻井平台。

 

 

 

△Kvaerner集团目标市场

 

 

 

2.建造、承包商

 

深水浮式钻井装置市场被少数几家公司占领。

 

 

 

A. 新加坡Keppel Offshore & Marine公司

 

Keppel Offshore & Marine是全球最大的海洋钻探平台生产公司，能够建造世界领先的移动式海上钻井平台，自升式平台和半潜式平台。

 

 

 

 

B. 韩国大宇造船海洋工程公司

 

大宇造船海洋工程有限公司（Daewoo Ship building & Marine Engineering，DSME）主要产品包括FPSO、RIG、Drill-Ship、海洋钻井平台等。

 

 

 

 

C. 新加坡胜科（SembCorp）海洋公司

 

该公司已经成立50余年，主要聚焦于四个重点业务：浮动平台与浮动装置、维修与翻新、岸外固定平台及特殊船舶制造。

 

 

 

 

 

 

 

 

半潜式平台现状及发展趋势

 

 

 

一

全球半潜式平台分布

 

 

 

目前，全球深水半潜式平台主要分布在：欧洲、美洲海域和远东地区。

 

 

△全球在役、在建半潜式平台区域分布

 

 

△全球在役、在建半潜式平台数量及百分比

 

 

 

全球拥有半潜式平台的深水钻井服务商主要有：

 

 

A.瑞士Transocean

 

越洋钻探公司（Transocean）共拥有136座海上移动式钻井平台，深海钻井装置占全球总数约30%。

 

 

 

 

B.美国Diamond Offshore公司

 

Diamond Offshore Drilling是一家深水钻井承包商，主要提供深水钻井服务。

 

 

 

 

C. Noble Drilling

 

英国诺布尔钻井公司成立于1921年，目前拥有91台钻井装置。

 

 

 

 

二

我国深水半潜式平台发展现状

 

 

 

我国第一台半潜式平台勘探3号诞生于1984年，由上海船厂建造而成。该平台为非自航半潜式钻井平台，工作水深为35-200米，最大钻井深度为6000米。

 

 

△勘探3号

 

之后通过购买旧船的方式，我国又拥有了以下几座半潜式钻井平台：中海油的南海2号、南海5号、南海6号。

 

 

△南海2号

 

 

△南海5号

 

 

△南海6号

 

 

 

CNOOC中海油公司与中船集团建造完成我国首座深水半潜式钻井平台海洋石油981。

 

 

△海洋石油981：作业水深3000米，最大钻深12000米，甲板面积相当于一个标准足球场，高度相当于45层高楼

 

 

 

 

△研制具有完全自主知识产权的半潜式钻井平台仍迫在眉睫

 

 

 

即使身处低油价的寒冬，深水油气开发仍将继续深入，深海钻探利器——半潜式平台的需求必将不断增加。

 

 

 

国际油价自从2012年之后从最高峰一落千丈，海工行业随着油价的跌落而逐渐走向萧条，至今都还步履蹒跚地行走在泥淖当中。但我们相信，石油是现代工业的血液，油价伴随着经济周期必然会有再次走高的可能，当油价在60美元时，海工可能是盈亏平衡点，在越过75美元时，海工行业必然会再次的复苏甚至爆发。