自升式鉆井平臺石油開采生力軍

海洋油氣資源的勘探開發，經歷了從近海到遠海、從淺海到深海的過程。受技術條件的限制，最初只能開采從海岸直接向淺海延伸的油氣礦藏。在能源危機和技術進步的刺激下，近海石油勘探與開發飛速發展，海洋石油開發迅速向大陸架挺進，逐漸形成了嶄新的近海石油工業部門。海上鉆井平臺是實施海底油氣勘探和開采的工作基地，它標志著海底油氣開發技術的水平。

海上鉆井平臺一般可分為固定式鉆井平臺和移動式鉆井平臺。固定式鉆井平臺穩定性好，海面氣象條件對鉆井工作影響小，但缺點是不能移動和重復使用，其造價成本隨水深增加而急劇增加。為解決鉆井平臺的移動性和深海鉆井問題，又出現了多種移動式鉆井平臺，主要包括：沉墊式鉆井平臺、自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平臺和鉆井船等，其中自升式鉆井平臺對水深適應性強，工作穩定性良好，發展較快，約占海上移動式鉆井平臺的60％。自升式鉆井平臺由平臺、樁腿和升降機構等組成，平臺能沿樁腿升降，一般無自航能力。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。因其定位能力強、作業靈活、可移動性能好等特點，將會在未來海洋油氣勘探開發中扮演著越來越重要的角色。

自升式鉆井平臺的基本組成

在海洋油氣資源開發過程中，自升式鉆井平臺主要用于打探油氣井，也可用于打生產井、修井作業，也可作為早期生產中的鉆采平臺，這些主要功能的實現，主要依賴于其特殊部件如樁腿、升降系統、鎖緊裝置以及懸臂梁等的應用。

樁腿及樁靴

樁腿是自升式鉆井平臺的關鍵部位，當自升式鉆井平臺實施作業的時候，需通過升降機構將平臺舉升到海面以上安全高度，接著進行樁腿的插樁，并由樁靴來支撐整個平臺。典型的自升式鉆井平臺有3個獨立樁腿，每個樁腿根部設計有樁靴。世界第一艘三樁腿自升式鉆井平臺“天蝎號”于1956年在美國建成并投入使用，該設計大膽采用了創新的桁架式樁腿及齒條和齒輪升降系統，該平臺型長56.7米，型寬45.7米，樁腿長42.7米，總重4000噸，是現代自升式鉆井平臺的雛形。

樁腿結構有圓柱式、封閉式、桁架式等，新一代自升式鉆井平臺樁腿大多采用桁架式。桁架式樁腿能夠極大地減少水阻力和波浪載荷的影響，從而使作業水深得以大幅提升，能深達120米或者更深。桁架式樁腿多采用高強度鋼、大臂厚、小管徑臂厚比的主弦管和支撐管，管節點一般采用高強度、高剛度的“X”和逆“K”形，以減小節點數量。

樁靴是獨立插樁式海洋自升式鉆井平臺在海上安全鉆井的關鍵，用來承擔海底對平臺的支撐力。自升式平臺依據其樁腿和樁靴的形式可分為2種：一是由樁靴支撐的，獨立桁架式樁腿的自升式平臺；二是席地支撐的自升式平臺，該席地將所有的樁腿連接在一起。

獨立桁架式樁腿的自升式平臺的優點是樁腿之間的機械獨立性。因為這個性能，平臺可以安裝在略微傾斜或不平的海底。整個平臺的穩定性就取決于其樁腿和樁靴的幾何形狀和直徑。樁靴的形狀和尺寸可根據作業的需求進行不斷的更新改進，其受力面設計更加趨于受力均勻，而且能夠承受更多的載荷要求。早期的樁靴形狀為罐體形狀，直徑在 5-10米左右，從上世紀70年代開始，逐漸演變為“橄欖球形狀”（俗稱錐形），直徑增加到了10-20米。

升降系統

升降系統作為自升式平臺中的關鍵部分，在平臺的設計制造中歷來受到高度重視，其性能的優劣直接影響平臺的安全和使用效果。自升式平臺的升降系統大致分為兩大類：齒輪齒條電動升降和孔穴插銷液壓升降。由于齒輪齒條式升降速度快、操作簡單、易對井位，多為桁架式自升式鉆井平臺所采用。

齒輪齒條式升降系統由動力驅動系統、動力傳遞系統（主要包括齒輪齒條及相應的減速機構）和平臺升降控制系統等3大部分組成。動力通過樁邊馬達驅動齒輪減速箱，然后傳遞給與齒條嚙合的小齒輪．從而帶動平臺的升降。

鎖緊裝置

所有的升降裝置都必須將環境、重力和運行時的載荷在平臺與支腿之間進行轉換。有些平臺是依賴起升的齒輪來實現這一功能，但是大部分平臺卻是只在起升時依賴齒輪，而其他多數時間是依靠鎖緊裝置來實現這一功能的。

鎖緊裝置主要由夾鎖緊液壓缸、驅動液壓缸及鎖緊塊等組成。通過驅動液壓缸推動鎖緊塊與齒條接觸，并與齒條緊緊嚙合，通過上下兩鎖緊液壓缸將鎖緊塊緊緊夾住，這樣可將整個平臺的重量施加在鎖緊塊上，以固定平臺。液壓驅動系統是將平臺與鎖緊塊聯系起來的一個紐帶。在進行升降操作時，松開上下部夾緊液壓缸，驅動液壓缸回縮，即可將鎖緊塊與齒條脫開。

懸臂梁

自升式平臺的鉆臺已經從早期的槽口式發展到當今的懸臂梁式。懸臂梁平臺的設計建造，大大提升了自升式鉆井平臺的作業功能，從傳統的純勘探鉆井發展到鉆完井作業、修井作業和鉆調整井等作業，大大減輕井口導管架平臺的設計承載量，減少導管架平臺的成本。目前，200米水深以內大陸架海域的油氣開發有90％采用導管架生產平臺，所以懸臂梁鉆井平臺備受歡迎。目前，新建和待建的自升式鉆井平臺幾乎均設計成懸臂梁式鉆井平臺。

活躍在海洋石油開采的主力裝備

近年來，隨著國內經濟的迅速發展，對石油資源的需要也在迅速增加。目前，我國已成為世界第二大石油進口國，陸地油氣資源的勘探開發已接近飽和，油氣供求矛盾日益突出，能源安全已成為政治、經濟、外交等重要的議題之一，向海洋進軍，開發新的海洋油氣資源已是必然趨勢。我國擁有漫長的海岸線和廣闊的海域，在渤海、黃海、東海、南海等區域均蘊藏著極為豐富的油氣資源，據有關部門估計，我國的海底石油資源領儲量約占全國石油資源儲量的10％-14%，天然氣資源量約占全國天然氣資源的25％-34%，由此可見，海上油氣資源的開發有著相當可觀前景。

我國第一艘自升式鉆井平臺“渤海1號”由原船舶工業總公司708研究所完成設計，由大連造船廠于1971年建造完畢，由于受當時技術條件限制，其總長60.4米，總寬32.5米，型深5米，井槽尺寸10.5 x l0.8米，作業水深30米，最大鉆井深度4000米，滿載排水量5700噸，吃水3.3米，采用4根圓柱形樁腿。此后，在“渤海1號”的基礎上，又成功設計并建造了“渤海5號”和“渤海7號”兩艘自升式鉆井平臺，平臺長76米，寬46.6米，型深5.5米，井槽尺寸11 x 8.4米，滿載排水量6400噸，吃水3.5米，作業水深也增加到40米。兩船也采用的是4根圓柱形樁腿，并均獲得DNV和ZC雙重船級社的認可，主要的性能都達到了當時國際上同類鉆井船的水平。

進入21世紀以來，隨著國際油價飛漲，海洋油氣資源的勘探開發更加迫切。中國石油集團公司于2004年成立海洋工程有限公司（簡稱中油海洋公司），目的就是加快海洋油氣資源勘探開發步伐、持續推進專業化重組的戰略部署。公司一成立就立即著手海洋石油鉆井平臺的研發工作，但當時僅有一艘“港海l號”平臺（現改稱“中油海1平臺”）。公司于2006年8月開工建造作業水深40米的“中油海5號”，和“中油海6號”兩艘姐妹船。隨后又開建“中油海7號”、“中油海8號”兩艘自升式鉆井平臺，并分別于2009年l月底和2009年3月底交付使用。為滿足海上油氣勘探開發需要，進一步提高海上勘探開發工程技術服務保障能力，2008年12月“中油海9號”自升式鉆井平臺由大連船舶重工建造完成并投入使用，該平臺最大作業水深91.4米，最大鉆井深度7000米。緊隨其后“中油海10號”鉆井平臺也已于2009年7月投入使用，兩艘平臺的設計、建造均采用美國船級社和中國船級社現行規范和規則，大大提升了中國石油國內外海洋資源的勘探開發能力。2010年4月28日，中國石化集團公司“勘探六號”在新加坡勝科海事PPL船廠成功下水，“勘探六號”屬于BMPC-375型自升式鉆井平臺，是當今世界上在建和投產平臺中技術較為成熟的型號之一，平臺可載員120人，最大作業水深115米，最大鉆井深度9144米，作業最大可變載荷3401噸，風暴工況下最大可變載荷2948噸，于2011年投入使用。平臺建成后，能夠承擔中國石化近中期海洋勘探任務，同時也能對海外海域勘探作業提供支撐，并能為潛在區塊作業支撐能力提供堅實的保障。“勘探六號”自升式鉆井平臺建造項目是中國石化集團公司根據其實施海洋油氣發展戰略的要求而投資興建的，平臺投入使用后，將進一步優化中國石化產業結構，提高其海洋工程板塊的市場競爭力。中國海洋石油總公司是中國第三大國家石油公司，負責在中國海域對外合作開采海洋石油及天然氣資源，是中國最大的海上油氣生產商。近年來，公司對海洋石油資源的勘探開發投入不斷加大。2006年7月，“海洋石油941”在大連船舶重工集團有限公司建成交付，無論是船型設計，還是主要設備配置都達到了當前國際先進水平。該平臺作業水深為122米，是目前國內作業水深最深的一座自升式海洋鉆井平臺，并可在惡劣的海況下作業，懸臂梁最大外伸22.86米，鉆臺左右橫向移動各4.57米，鉆井深度超過9000米，一次定位就能鉆30多口井，它是世界上首次采用鉆機全變頻驅動技術、國內首座具備高溫高壓井鉆探能力的鉆井平臺，其自動化技術達到世界級水平。2008年9月，同類型的鉆井平臺“海洋平臺942”也投入使用。

2008年年底，海洋石油工程青島有限公司場地相繼開建“海洋石油921”、“海洋石油922”、“海洋石油923”、“海洋石油924”4艘自升式鉆井平臺，是國內首次批量生產的鉆井平臺，平臺為穩固形的三角形結構，并且有3個下角形桁架組成，型長57.2米，型寬53.34米，樁腿長94米，定員100人，作業水深60.9米，最大鉆井深度6000米，并可抗12級臺風，全部按美國船級社（ABS）和中國船級社雙船級規范進行設計、建造和檢驗，2010年年底全部交付使用后，可在渤海及其他同類海域進行作業，大大加快了中海油的海上油氣開發的步伐。目前，我國三大石油集團正在使用的自升式鉆井平臺已接近30艘，雖然對早期從國外引進的平臺做了改造，但改造也僅限于更換部分設備和改善生活設施，性能上沒有大的改變，何況部分己超齡“服役”。隨著海洋資源開發力度不斷地加大，國內現有的自升式鉆井平臺還是滿足不了需要。

未來發展前景

國內海洋油氣勘探開發已從渤海灣逐步走向南黃海、東海、南海，并逐步走向世界。由于自升式鉆井平臺作業水深的限制，作業也僅適用干大陸架（水深200米）的海域。但是，南黃海、東海以及南海大陸架水深大，作業水深在40米-60米以內的鉆井平臺，并且部分服役已超過30年，遠遠不能滿足勘探開發的要求。

深水和超深水海域的油氣資源，正成為美國、英國、娜威等國競相開發的熱點，深海油氣勘探開發被認為是石油工業發展的一個重要前沿陣地，在墨西哥灣、巴西以及西非等地，深海石油開發已經有了極大的發展。未來新一代自升式鉆井平臺的主要特點：(l）加大鉆井平臺的作業水深，作業水深將從目前122米，增至152-183米；(2）采用高強度鋼和甚高強度鋼，以降低平臺自重；(3）增大可變載荷和自持能力；(4）采用先進的樁腿（包括樁靴）結構和升降機構；(5）配備鉆井能力更強、自動化程度更高的先進鉆井設備；(6）更加注重健康、安全、環保。

由于自升式鉆井平臺受樁腿的高度的限制，樁腿高度越高，抵抗風浪的能力就越差，其穩定性也隨之變差，因此不適合深海水域作業。未來半潛式鉆井平臺（SEMI）和鉆井船的出現，解決了深海區的鉆井問題，前者優點是在作業過程中，抵抗風浪的能力強，穩定性好，作業水深可達900-1200米，特別是在海況特別惡劣的深海海域，但不足之處是結構復雜，造價高，自持能力差。后者適用于較深海域作業，且移動性能好、造價低、易維護。但缺點對風浪極敏感、穩定性差，對作業海域的海況要求較高。