世界自升式钻井平台发展概述2012

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世界自升式钻井平台发展概述

来源:中国船舶与海洋工程网信息中心

自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成,平台能沿桩腿升降,一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底,平台被抬起到离开海面的安全工作高度,并对桩腿进行预压,以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面,拔出桩腿并全部提起,整个平台浮于海面,由拖轮拖到新的井位。

图1.中海油63号自升式钻井平台

2008年全球共有自升式钻井平台(Jackup)446座,分布在南美、北美、亚洲、非洲、欧洲、澳洲各地。设计水深一般为10米(30英尺)到250米(750英尺)以内,属近海海域。它们主要集中建造于1980~1983年,之后的建造数量特别少,使用年限基本上在20~30年,

而在役的自升式钻井平台船龄大多数超过25年。因此,该类钻井平台未来更新换代的需求比较大。

1. 主要建造国家及制造厂

截止到2008年8月底,在役的自升式钻井平台为428座,其中美国建造了150座,新加坡建造了110座,居世界前两位(见表1)。无论是从在役还是新订单来看,美国和新加坡都是Jackup的主要建造商。美国的建造公司主要有:Bethlehem Beaumont, Marathon Vicksburg, Marathon Brownsville, Marathon LeTourneau, Ingalls Shipbuilding, Baker Marine, Levingston Shipbuilding等;新加坡的建造公司主要有:Keppel FELS, Marathon LeTourneau, SembCorp, Bethlehem, Promet等。

表1主要建造国家及其数量(已建和拟建)

2. 主要运营商

2008年8月底统计数据,世界上自升式钻井平台的运营商大部分在美国,比例达60%以上。主要营运公司有:美国Transocean有限公司、美国ENSCO国际公司、美国诺布尔钻井公司(Noble Drilling)等(见表2)。

表2 在役的自升式钻井平台主要运营商

在新订单方面,美国Vantage Energy公司持有14艘,居世界第一位,其次是美国Rowan 公司持有9艘,而中国油田服务有限公司以7艘订单位居第三位。总体而言,各承包商的订单比较分散,集中度不高(见表3),但这也说明自升式钻井平台市场旺盛的需求、丰厚的利润回报,吸引了越来越多的新进入者。

表3自升式钻井平台新订单主要承包商

3. 主要设计公司

目前,世界上主要的自升式钻井平台设计公司有:美国的LeTourneau,F&G ,BASS与BMC,荷兰的MSC,日本的三井海洋开发与Hitachi Zosen以及法国的CFEM。每个公司已经形成多种型号的系列产品。当前技术领先的LeTourneau,MSC和F&G。其中美国的LeTourneau 公司是自升式钻井平台设计的先驱,设计产品占世界市场份额33%,新加坡品牌(Kfels和Baker Marine)占42%,美国F&G和荷兰MSC各占10%和9%。荷兰的MSC公司设计了一系列自升式钻井平台,工作于超恶劣海况的海域,例如挪威北海与加拿大东海岸;美国的F&G 公司在20世纪80年代初首次申请了齿条锁定系统(Rack Chock Fixation System)专利,该创新使得自升式钻井平台能够进入更深与更恶劣海况的海域工作。不过,三井海洋开发、Hitachi Zosen和CFEM 在最近20多年,既没有新型号平台推出,也没有老型号平台的再建。

4. 主要技术情况

目前,世界上自升式钻井平台主要技术有:悬臂梁技术、平台船体设计技术、桩腿技术、提升工作水深等方面技术,现分别介绍如下:

(1)悬臂梁技术

自升式平台的钻台已经从早期的槽口式发展到当今的悬臂梁式,大大提高了钻井效率。目前悬梁臂已发展成可脱离式(Skid Off)。即悬臂梁伸出钻井船体艉部,移到导管架平台,然后脱离自升式钻井平台,最后坐落到导管架平台顶部进行钻井作业。此技术使得自升式钻井平台可以在风暴情况下,更安全与高效地进行钻井作业。如MSC公司发明的X—Y悬臂梁,钻台保持在悬臂梁中心,由滚式支座实现整体沿纵向与横向移动,两侧主梁承受相同的荷载,最大悬挑27.4米。在悬臂梁悬挑27.1米及其移动范围内,具有均匀的1,400吨可变载荷。此外,荷兰Huisman公司发展出概念新颖的旋转型悬臂梁,它通过径向与环向滑轨实现移动,有与X—Y悬臂梁类似的可移动范围内均匀的可变载荷,但目前型号的旋转型悬臂梁的可变载荷没有X—Y悬臂梁大,但旋转型悬臂梁可以在甲板上抬高,可以增加甲板的可用面积。

(2)平台船体设计技术

自升式钻井平台的船体采用模块化设计与施工,加大甲板主尺寸和作业面积,增大可变载荷和钻井物资储放能力,延长在偏远恶劣海域作业的自持力。将平台生活区移到船艏,采用挑出式与包络式设计,既可减少悬臂梁钻井作业发生事故时,对船员造成的伤害,也可以腾出甲板中部空间给作业堆料。另一方面,悬臂梁悬挑作业时,会将平台整体重心往船艉移动。平台生活区的前移,可以减少平台重心的后移量,减少左舷与右舷桩腿轴力的增加量。(3)桩腿技术

新一代自升式钻井平台多采用超高强度钢、大壁厚、小管径壁厚比的主弦管与支撑管,以减小水阻力与波浪载荷。一般采用具有高强度、高刚度的“X”与逆“K”型管节点,并减少节点数量。在逆“K”型水平撑管上多采用叠加式节点,以提高节点抗剪强度。

(4)提升工作水深技术

自升式钻井平台的工作水深得以不断增加,主要基于两个方面的原因:首先在结构上,采用高强度、高刚度重量比、低水阻力的桩腿设计。安装齿条锁定系统,用桩腿主弦管轴向力形成的力距,来主要地平衡由环境荷载产生的作用于船体底部的桩腿横截面弯距,减小支撑管轴向力,减小支撑管管径。如“玛士基创新者号”的船体宽达102.5米,桩腿间距大,更加有效地抵御风浪流引起的基底倾覆力距,降低桩腿基地反力。另一方面,波浪理论和随机振动理论的发展,使得能够更加精确地计算由于随机波浪作用而产生的动力效应。