海洋钻井平台技术现状与发展趋势.pdf

2 0 1 0年第 3 8卷第 4期 石 油机械 CHI NA P EI 、R0L EUM MACHI NERY 一6 9 一 专题综述 海洋钻 井平台技术现状 与发展趋势 王定 亚 丁莉 萍 1 ．宝鸡石 油机械有 限责任 公 司 2 ．江汉机械研 究所 摘要 概述 了国内外海洋钻井平台的发展历史与现状 ，分析 了固定 式、座底 式、 自升式和半 潜式 钻井船 等各类钻井平 台的性能特点，介绍 了我 国 目前新建 的几个平 台 船 ，包括 中海 油 3号座底 式钻 井平台、海洋石油 9 8 1号半潜式钻井平 台，“ S E V A N D R I L L E R ” 海洋钻探储 油平 台、B i n G o 9 0 0 0半潜式钻井平 台以及 3 0 0 0 1T I 水深海洋勘察船等，指 出海洋钻井平 台将 向高可靠 性、自动化、多功能化 以及深水领域方 向发展。 关键词 海洋钻井平 台 发展历史 技术现状 性能特点 发展趋势 0 引 言 随着陆地油气资源开采力度 的日渐加大和油气 储量的不断减少，占全球 资源总量约 3 4 ％ 的海洋 石油资源已成为人们关注的焦点和新一轮油气勘探 开发的热点。海洋钻井平 台作为海上油气勘探开发 的重要装备之一 ，目前已在世界范围内受到了普遍 关注。受海洋作业恶劣环境的影响 ，海洋钻井平台 技术发展在近十几年 中发生了重大变化 ，人们 已经 不再满足于过去传统的平 台装备技术和钻探方式 ， 而是逐渐将 目光从浅海移 向深海 、由浅油气层转向 深油气层 、由简单地质层转向复杂地质层等 ，从而 使得海洋钻井平台装备也随之 由过去 比较单一的固 定式 、白升式 等装备发展到技术先进 、控制性好 、 钻探能力强 、适应范围广的钻探船 、半潜式平台等 勘探开发装备上来 ，并 已成为当前和今后一段时间 内世界海洋油气勘探开发的必然趋势。 1 海洋钻井平 台发展概况 纵观世界海 洋钻井平 台的发 展历史 ，自 1 8 8 7 年世界上最早的海上石油勘探开发工作起 源以来 ， 直到 5 0多年 以后 ，也就 是 2 0世纪 4 0年 代末期 ， 海上石油T程才开始有 了新的起色并发生 了较大变 化。当时世界范同内共有 3个 国家能够从事海上石 油开发工作 ，所朋的平台都是 同定式平台，且结构 和钻井方式均比较简单 ，平台适应水深的能力只有 几十米 。但 随着装备技术的不断进步及石油的战略 意义和石油本身带给人们巨额利润的诱惑 ，致使海 洋油气资源 的勘探开发 格局发 生 了巨大变 化。6 0 年来 ，尤其近 2 0年来 ，以美国 、挪威等西方发达 国家为代表的海洋勘探开发水平已上升到了一个很 高的层次 ，无论从钻井平台本身而言 ，还是从钻井 装备能力 、控制技术及适应性而言 ，均为海洋油气 勘探开发提供了良好的保障。一方面钻井平台的数 量剧增 ，品种多样 ；另一方面 ，适应水深和钻深的 能力越来越强。据统计 ，目前世界上仅移动式钻井 平台数量已接近 7 0 0台 ，最大适应水深能力 已超过 3 0 0 0 m，钻井深度已超过 1 2 0 0 0 m 。不仅如此 ， 世界范围内具备从事海洋勘探开发能力的国家和海 洋油气开采量也 同样发生 了巨大变化 ，目前全球范 围内能够从 事海洋勘探 开发的 国家 和地 区已达 到 1 0 0多个 ，所开发的油气产量 已占全球总油气产量 的 3 5 ％左右 ，其发展速度非常迅猛。 相 比较 ，我 国受 自身工业基础的限制 ，从事海 洋油气勘探开发的时间相对较短。我 国海洋石油勘 探工作起源于 2 0世纪 6 0年代 ，1 9 6 6年建造了第 1 座 固定式钻井平 台，1 9 7 2年制造 了第 1座 自升式 钻井平 台 “ 渤海一 号”，1 9 7 4年，第 1条钻井 船 “ 勘探一号”在南黄海试验成功 ，1 9 7 8年则建造 了 第 1 艘浅海坐底式钻井船 “ 胜利一 号”并 在莱州 湾投入使用 ，直到 2 0世 纪 8 0年代 中期 ，国内第 1 座半潜式 钻井 平 台 “ 勘 探三 号 ”正式 建成 以后 ， 我国才 开始 在 海洋 平 台的建 造 方 面有 了长 足发 展 。截至 2 0 0 5年，我国共有移动式钻采平台 4 6 一 7 0一 石 油机械 2 0 1 0年第 3 8卷第 4期 座 ，海洋采油平 台 l 9座 ，中国海 洋石油总公 司拥 有其 中的大部分设备 ，中石油集团有 1座 自升式钻 井平 台 移动式 和 1座导管架平 台 固定式 ， 只能在滩海和极浅水域作业 ；中石化则拥有 8座钻 井平 台，其 中3座坐底式 ，5座 自升式 。但随着前 几年石油价格的一路攀升及我国对海洋钻探工作力 度的迅速加 大，2 0 0 6年 以来 ，我国在海洋平 台建 造方面的发展速度有了惊人变化 ，短短几年 内，国 内建造的平 台数量以自升式为主，并得到了快速增 加 ，增加数量在 3 0台左右 ，这为今后我 国能够更 好地从事海上作业打下了良好基础 。 2 海洋钻井平 台技术特点 海洋钻井平 台经历 了一个 比较漫长 的发展过 程 ，期间钻井平台无论在形式上 、数量上 ，还是在 性能方面均发生了巨大变化 ，这是时代发展的必然 规律。对各类平台而言，每种钻井平台的诞生都代 表了各个时代的特征 ，并具有各 自生存和发展的必 然性 。为了更好地了解海洋钻井平 台的结构和性能 特点 ，以下对几类主要钻井平 台做简要介绍。 2 ． 1 固定式钻井平台 固定式钻井平台是所有钻井平台中最古老 、最 传统的平台形式 ，这类平台随着时间的推移先后涌 现出桩基式 、重力式 、绷绳塔式 、张力腿式等多种 形式。 目前 ，该类平台适应水深的能力为桩基式 可以达到 4 0 0 m，重力式为 1 5 0 m，绷绳塔式 和张 力腿式分别可以达到 1 8 0和 3 0 0 m等，适应钻深的 能力均可达到 3 0 0 0 m以上 。一般来说 ，固定式平 台的共 同特点是结构简单 、钻井风险小 、制造成本 低 、受海风海浪等环境因素影响小 ，同时还兼有前 期钻井和后期采油的多功能特点。因此 ，多年来该 类平台在世界上仍然拥有一定的数量 ，占据着一定 的市场份额。不仅如此 ，随着技术的不断进步 ，固 定式钻井平台在安全可靠性 、系统完备性和钻井先 进性等方面也发生了重大变化 ，如部分平台为了满 足单点位置打多口 井需要，平台上的钻井模块分别 设计有可以实现左右 、前后移动的推移装置及其它 具有多种功能特点的设施等，使得该类平台至今仍 保持着一定的发展势头 ，尤其适合于在一些经济和 技术相对 比较落后的国家及地区发展。 2 ． 2 坐底式钻井平台 坐底式平台通常 由沉浮箱 、工作平台及 中间支 撑等部件组成。这类平台最大的优点是完井后可以 用拖船运输到其它需要钻井 的场所 ，可移动性能良 好 ，钻井时平 台底面坐放在海床面上 ，基本不受海 洋环境 的影响 ，钻井稳 定性 较好。但其不 足有 2 点 一方面该类平 台对海底地基要求较高，另一方 面受平 台本身工作高度 的限制，适 应水深能力较 差。目前在用的平 台最多也只能在 3 0 m以 内的水 深范围内工作 ，若要提高水深适应能力其制造成本 会增加很多，经济性不好。另外 ，对坐底式平 台而 言 ，一旦平 台高度确定 ，就意味着该平台永远只能 在低于平台高度 以下 的水域 中工作 ，灵活性较差 ， 因此使其发展受到了一定限制。 2 ． 3 自升式钻井平台 自升式钻井平 台又称 甲板升 降式或桩腿式平 台，这种平台一般 由平 台本体 或称浮体 、升降 装置和桩腿 一般 3～4个 等主要部件组成。整 个平台设计为一个整体 ，钻井时 ，桩腿插人海床用 于支撑整个平 台及 台面设备进行海洋钻井作业 。自 升式平台通常能满足拖航移位时的浮性 、稳定性要 求 ，又能够满足作业时着底稳定性 、强度 的要求。 这类平台以其升降灵活 、移动方便 、适应海底土壤 条件和水深范围广 、便于建造等各种优点而得到了 广泛应用 ；其不足是拖航 困难 ，平台定位操作 比较 复杂 ，同时难 以适应更深海域的工作要求。资料显 示 ，当前世界上共有 自升式平台大约 4 0 0座 ，占海 洋平台总量的 4 0 ％以上，其 中作业水深大于 1 2 0 m 的有 2 0多 座，最大适 应水深 能力 已达 到 1 6 8 m。 我 国现有 自升式平台 1 7座 ，其 中作业水深大于 9 0 m 的有 4座 。 2 ． 4 半潜式钻井平台 含钻井船 自 1 9 6 1年第 1座半潜式钻井平 台诞 生以来 ， 目前这类平台已发展到第 6代。在全球现有钻井平 台中，半潜式平台的数量大约占到了 ，其 中水深 超过 3 0 0 0 m，钻井能力达到 1 0 0 0 0 m的钻井平台 船 有 1 5座 艘 ，发展速度很快 。从适应水深 能力来说 ，自第 1 代开始到当前的第 6代平台 ，其 适用水深工作范 围分别为 1 0 0 、3 0 0 、5 0 0 、1 5 0 0 、 2 3 0 0 、3 0 0 0 m，钻井深度也经历了一个由浅到深 的过程 ，目前钻井深度已超过 1 2 0 0 0 m；从船体结 构 、承载能力和 自动化程度来说 ，半潜式平 台经历 了一个由低向高的发展历程 ，如平台定位已由过去 传统的锚泊定位发展到推进器辅助定位 ，直到 目前 性能先进的 D P 3动力定位 ，钻井工艺 由单井 口发 展到双井 口，钻井工具 由过去比较简单 的以手工操 作为主发展到全 自动化操作等。半潜式平台最大的 优点是稳定性好 、移动灵活、能够在非常广阔的海 域工作 ，其不足是造价高 ，自航速度相对较低。另 2 0 1 0年第3 8卷第4期 王定亚等海洋钻井平台技术现状与发展趋势 外 ，海洋钻井船与半潜式平台相 比，除具有半潜式 的许多优点外 ，同时还在造价 、航行速度等方面具 有优势 ，但钻井船存在的最大缺点是夹板使用面积 小 ，工作受海洋环境因素 的影响和限制。对风浪等 敏感性极强 、整体稳性差 、被迫停工率高等因素导 致钻井船发展速度相对较慢。当前 ，我 国在用的半 潜式平台共有 5座 ，主要集中在近海海域从事钻井 作业 ，所有平台的作业水深均没有超过 5 0 0 m。 3 我 国主要新建平 台 船 近年来 ，我 国海洋石油装备开发工作发生了重 大变化 ，海洋装备无论从大型平台开发建设 ，还是 从钻井配套装备研发来说 ，发展势头均非常迅猛 ， 并在世界海洋油气装备发展格局中开始 占据重要位 置。一方面 ，国内 3大石油公司均制定 了比较宏伟 的海洋发展战略 ，另一方面 ，国内各大造船企业 、 石油装备企业均开始重视海洋石油市场开发 ，从而 使得 国内海 洋油气勘 探开发呈 现 出新 的局面。当 前 ，我国除正在加紧建设多座 固定式 、自升式平台 之外 ，更让人欣喜 的是 国内造船公 司已经开始承担 国内外多座具有 较高水平 的钻井 平 台及 勘探船项 目。下面对几个主要项 目做简要介绍。 3 ． 1 中海油 3号坐底式钻井平台 中海油 3号坐底式钻井平台由中国石油海洋公 司与上海七 0八所联合研制 ，于 2 0 0 8年 6月在我 国山海关造船厂建成后运抵冀东南堡油田。该钻井 平 台长 7 8 ． 4 m，宽 4 1 m，上 甲板高 2 0 ． 9 m，空船 总质量 5 8 8 8 t ，适合 1 0 m以内水深 的海上作业环 境 ，是 目前全球最大的坐底式钻井平台。该平台的 投入使用将大大提高我 国滩海地 区的石油勘探开发 能力。 3 ． 2 海洋石油 9 8 1 号半潜式钻井平台 海洋石油 9 8 1 号半潜式钻井平台是由中海油总 体负责 ，新加坡 F fi e d eG o l d m a n公司和上海七 O 八所共 同承担详细设计的一座海洋深水钻井平台项 目，属于当今最先进 的第 6代深水 半潜式 钻井平 台。据 中海油网站报道 ，该项 目已于 2 0 0 9年 4月 2 0日在上海外高桥造船有 限公 司顺 利开工 ，平 台 设计能力能够抵御 2 0 0 a一遇的台风 ，定位 系统选 用大功率推进器和 D P 3动力定位 ，并 能够在 1 5 0 0 m水 深 内使 用 锚 泊 定位 ，甲板 最 大 可 变 载 荷 达 8 ． 8 21 0 k N 9 0 0 0 t ，设 计使用寿命 3 0 a 。平 台主要 设计参 数 工作水 深 3 0 5 0 m 1 0 0 0 0英 尺 ，钻井深度 1 0 0 0 0 m 3 2 8 3 0英尺 ，平 台设 计质量 3 0 6 7 0 t ，长度为 1 1 4 m，宽度为 7 9 m，从 船底到钻井塔顶 高度 1 3 0 m，电缆总长度 6 5 0 k m。 该平台的建造代表 了当今世界海洋石油钻井平台技 术的最高水平 ，其性能先进 ，具有勘探 、钻井 、完 井与修井作业等多种功能。它建成后 ，将成为我 国 首座 自行设计建造并拥有 自主知识产权的超深水半 潜式钻井平台。 3 ． 3 “ S E V A N D R I L L E R ”海洋钻探储油平台 “ S E V A N D R I L L E R ”海洋钻探储油平 台是 由我 国中远船务集团所属 的南通 中远船务工程有限公司 为挪威 S E V A N MA R I N E 塞 旺海事 公 司建造 的 一 座第 6代半潜式平 台。该平 台 已于 2 0 0 9年 6月 2 8日正式建造 完成 ，造价 6亿美元 ，是 当今世界 上最先进的首座圆筒形超深水 海洋钻探储油平 台。 据新华 网报道 ，该平 台设计水深 3 8 1 0 m 1 2 5 0 0 英尺 ，钻井深度 1 2 2 0 0 m 4 0 0 0 0英尺 ，平 台 通过 8台推进 器进行定 位 ，并 配置全球 最先进 的 D P 3动力定位系统和系泊 系统 ，可以适应英国北海 一 2 0 的恶劣海况 ，平台设计总高 1 3 5 m，圆柱直 径 8 4 1 1 3 ，平 台 甲 板 可 变 载 荷 1 ． 4 7 1 0 k N 1 5 0 0 0 t ，拥有 2 3 ． 8 5万 m 1 5万 桶 的原油 存储能力 ，属于当今世界海洋石油钻探平台中技术 水平最高 、作业 能力最强的高端产品。 3 ． 4 B i n G o 9 0 0 0半潜式钻井平台 B i n G o 9 0 0 0半潜 式 钻井 平 台的名 称 为 “ N O B L E D A N N Y AD K I N S ” 。该平 台是 由我国大连船舶 重工集 团有 限公 司和新 加坡 造 船厂 共 同为 N o b l e C o r p o r a t i o n公司改造 的一 座深水半潜式钻 井平台。 改造 后 的 主要 技 术 参 数 为 工 作 水 深 3 6 5 6 n l 1 2 0 0 0 英 尺 ，钻 井 深 度 1 1 2 7 8 m 3 7 0 0 0英 尺 ，船 体设 计 尺 寸 9 3 ． 5 7 m 8 4 ． 5 m 3 8 ． 1 m 3 0 7英尺 2 7 7英尺 1 2 5英 尺 ，可 变载荷 7 ． 8 4 1 0 k N 8 0 0 0 t 。 3 ． 5 3 0 0 0 m水 深 海洋 勘察 船 3 0 0 0 m水深海洋勘察船是 中海油服为满足 国 内海洋深水地质勘察工作需要而开发 的工程项 目， 由挪威 维 克公 司 V I KS A N D V I K 负责船体 设 计 ，广州造船厂将负责建造 ，钻井系统及水下基盘 等辅助设备 由北京宝石 MH公司牵头 ，具体设计制 造由宝鸡石油机械有 限责任公司负责。主要技术参 数为 船体 总长 1 0 5 m，垂线 间长 9 3 ． 9 m，型宽 2 3 ． 4 m，型深 9 ． 6 m，船体定位采用 D P 2动力定位 装置 ，钻机采用 1 2 7 m m 钻杆作业 ，在作业水深 3 0 0 0 m时地层钻深 2 0 0 m，在 1 5 0 0 m水深时地层 钻深 6 0 0 m。目前 ，该项 目已完成技术开发设计工 一 7 2一 石 油机械 2 0 1 0年第3 8卷第4期 作 ，预计在 2 0 1 1 年完成整个工程建造。该勘察船 的成功建造将标志着我国在深海石油勘探技术方面 有 了新的突破 。 4 海洋钻井平台发展趋势 随着当前世界各国对石油重要性的认识和现代 高科技的飞速发展 ，预计海洋钻井平台将会朝着以 下几个方面发展。 4 ． 1 海洋钻井平台被少数国家长期垄断的局面将 逐渐被打破 在海洋钻井平台技术发展过程中，美国、挪威 等西方发达国家由于起步早 已积累了一定经验 ，尤 其在海洋深水技术开发方面一直处于领先和垄断地 位 ，但随着近几年世界多个 国家涉足海洋勘探开发 领域，尤其是我国、巴西 、韩国、日本等国家的崛 起 ，今后海洋装备技术将呈现出多渠道、多国化 ， 百花齐放的发展局面 。 4 ． 2 海洋钻 井平 台将向高可靠性、 自动化方 向发 展 面对风、浪 、流等各种复杂的海洋作业环境及 海上安全与技术规范条款的要求等 ，石油装备的高 可靠性是保证海洋油气能否顺利开发的先决条件。 同时，为了提高平 台作业效率 ，降低劳动强度及减 小手工操作的误差率 ，海洋装备的 自动化 、智能化 控制技术 已得到较好 的应用 。但对发展 中国家而 言，尚需对 D P 3定位系统 、自动化管子处理 系统 以及海洋水下设备下人工具等做进一步研究。 4 ． 3 海洋钻井平台向多功能化方向发展趋势明显 2 0世纪 9 0年代后期 ，部分钻井平台开始向多 功能化方 向发展。新型的多功能海洋平台不仅具有 钻井功能，同时还具备修井 、采油 、生活和动力等 多种功能。如具有动力定位装置的 F P S O，不仅完 全具备上述功能 ，而且还可以作为穿梭油轮 ，实现 一 条船开发一个海上大型油田的 目标 。多功能半潜 式钻井平台不仅可用作钻井平台，也可用作生产平 台、起重平台、铺管平台、生活平台以及海上科研 基地 ，甚至可用作导弹发射平台等 ，适用范围越来 越广。 4 ． 4 海洋钻井平台向深水领域 发展必将成为新的 发展方向 世界主要海洋装备制造强国均已开始研究并制 造大型化的海洋油气开发装备 ，作业水深 已由早先 的 1 0～ 2 5 m发展到 当今 的 3 0 0 0 m 以上 ，海洋油 气开发装备的最大钻井深度可达 1 2 0 0 0 m。 目前 ， 第 5代 、第 6代超深水半潜 式平 台已成为发展潮 流。根据美 国权威机构统 计分析 ，2 0 0 1 --2 0 0 7年 全世界投入的海洋油气开发项 目为 4 3 4个 ，其中水 深大于 5 0 0 m的深水项 目占4 8 ％ ，水深大于 1 2 0 0 m的超深水项 目达到 2 2 ％l 5 J ，各大石油公司在深 海领域的投资有不断增加的趋势 ，海洋钻井平台正 不断向深水领域发展。 5 结束语 当前 ，海洋石油勘探开发 已进入到一个新的时 代 ，世界各国对海洋油气资源勘探开发的力度不断 加大。近年来我国虽然在海洋平台建造及技术研究 方面做了大量工作，并取得了可喜的成绩，但就海 洋装备技术实力和技术水平而言 ，我国仍处于一个 比较落后 的位置。现在 ，国内建造的多个平 台和船 体上用的主机 、动力系统 、专用设备、自动化工具 等仍需花 巨资向发达国家购买 。在海洋钻井、平台 定位 、系统控制 、自动检测 和事 故处理等技术方 面 ，我国与发达国家之间还存在着很大的差距。因 此 ，我国必须加快科研步伐 ，奋力追赶西方发达国 家 ，早 日步人世界海洋石油装备强国行列。 参考文献 杨立军，肖龙飞，杨建民 ．半潜式平台水动力性能 研究 [ J ]．中国海洋平台，2 0 0 9 ，2 4 1 1 9 ． 王定亚，王进全 ．浅谈我国海洋石油装备技术现状 及发展前景 [ J ]．石油机械 ，2 0 0 9 ，3 7 9 1 3 6 1 3 9 ． 石油与装备编辑部 ． 2 0 0 8年石油装备行业十大 新闻 [ J ]．石油与装备，2 0 0 8 2 3 4 4 4 5 ． 廖谟圣 ．国内外海洋石油钻采设备现状、机遇与发 展展望 [ C]．海洋石油和石化工程专业委员会， 20 08 ． 江怀友，潘继平，邵奎龙，等 ．海洋油气勘探开发 纵览 [ J ]． 石油与装备 ，2 0 0 8 2 3 5 05 2 ． 第一作者 简介 王 定亚 ，高 级工 程师 ，生于 1 9 6 6年 ， 1 9 8 9年毕业于西北工业大学机制专业 ，2 0 0 3年获西南石油 学院机械设计及理论专业硕士学位 ，现从事海洋石油装备 技术研 究工作。地 址 7 2 1 0 0 2陕西省 宝鸡 市。电话 0 9 1 7 3 4 6 2 8 6 6 。E ma i l h y s w d y b o rn e o ． c n 。 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 2 4 本文编辑谢 守平 1 ● ]J 1 J]J 1 J 1 2 3 4 5 l寸l