济南金力液压机械有限公司

:对于挖掘圆柱腿自升式平台的潜力，扩大其适应性，提高其作业性能，对我国边际油田的开发具有重要意义。介绍了50m圆柱腿自升式钻井平台的总体设计和关键技术，包括船型优化、总体布置和主要设备配置。关键技术是腿长设计和布置优化、悬臂梁尺寸优化和鞋型优化。平台采用多类型平台相结合的船型优化技术、水深与气隙相结合的腿长设计技术、分层喷射冲压技术。它具有插入深度大、气隙大、多井组钻井等特点。与L-780 MOD II平台桁架腿相比，它具有更大的价格优势。实际应用结果表明，该平台泥浆深度20 m，能够顺利拔桩，作业气隙20m，完全适合我国浅海边缘油田的勘探开发。

介绍

圆柱腿自升式钻井平台具有吃水浅、成本低、施工工艺简单的特点，在我国浅海边缘油田的勘探开发中得到了广泛应用。但是，随着海上油田开发海域水深的增加和开发方式的改变，这些平台已不能满足开发要求，主要表现在: ①平台设计作业水深在35m以内，适合浅水深度；(2)平台一次性钻井数量少，钻井效率低；(3)主甲板的使用面积有限；(4)平台配备5000 ~ 6000米钻机，钻机能力相对较弱。同时，国外设计公司主要集中在深水平台的研究上，圆柱腿自升式钻井平台的研究基本处于停滞状态。此外，根据国内外建造平台的统计，桁架腿自升式平台的建造成本比圆柱腿平台高15% ~ 30%，日成本也比圆柱腿平台高。因此，挖掘圆柱腿自升式平台的潜力，扩大其适应范围，提高其作业性能，对我国边际油田的发展具有重要意义。

50m圆柱腿自升式钻井平台由中国自行设计和建造。该平台工作水深，在同类型平台中综合性能强，为我国浅海边缘油田的勘探开发提供了设备支持。

1平台总体设计

1.1

船型优化

L-780 MOD II平台长57.20米，宽53.34米，深7.62米，深60.9米。属于小型桁架腿钻井平台。其配置和性能与50m自升式平台基本相同。它适合用作父平台。经过分析，由于桁架腿占据了平台本体更大的空间(约15%在封闭的陷阱区域内)，舱室内的可用空间和平台的吃水线区域大大减少，在形状长度和形状宽度不变的情况下，采用了更大的深度。作者描述的平台采用圆柱桩腿，占用平台空间较小(约1%)，平台吃水线面积损失也较小。因此，可以充分利用桁架桩腿预留的空间，在满足设备布置、压载舱容量、平台稳定性和干舷要求的前提下，适当减小平台型深。平台的最终主尺度为:米，长54.00米，宽52.00米，深5.50米。就作业水深而言，中国渤海地区大部分油田水深为2-35米，少数油田水深为40-50米。目前，渤海柱状自升式平台的作业水深在35 m以下，不满足渤海大插桩深度和气隙的作业要求。平台设计水深50米，可满足胜利海上油田勘探开发要求，也填补了圆柱腿平台与桁架腿平台之间的作业水深空白(一般设计水深60米以上)。

1.2

布局

50m自升式钻井平台正视图如图1所示。这种平台主要包括井架和钻台、悬臂

图3是平台的腔室布局。目前主流的概念是桁架腿平台设备进入储罐和双底结构。平台体由压载舱包围，中间是机械舱区。机械舱区设有双层底，双层底空间用作压载舱。这种布局能有效保护机舱设备，充分利用平台空间，使主甲板有更大的操作面积。

为了保证平台的纵向强度和支撑悬臂梁，平台本体对称设置有两个连续的纵向舱壁，形成一个相对宽敞而规则的空间，适合布置大型设备舱。考虑到隔间之间的相关性，该空间依次设置有钻井液隔间、钻井泵隔间、主机隔间(内部设置有空气压缩机单元)和配电隔间。为了防止钻井液室中的易燃和有毒气体扩散到钻井泵室，并方便人员进出，两个室通过内部正压通风的空气制动器连接。与主流桁架腿平台相比，该平台的钻井液舱位于平台尾部，而不是平台中部，从而优化了整个钻井液流量，防止了危险区域的扩散，方便了其他设备的布置。缺点是:平台的钻井液室会增加钻井作业期间的尾桩载荷。由于该平台悬臂梁延伸仅12 m，加上主甲板顶部水泥灰罐和重晶石罐的荷载调节作用，三个支腿的竖向应力基本均匀。综合考虑，尾钻井液室是浅水圆柱腿自升式钻井平台的优化布置。平台设有独立的左右泵室，便于设备的集中管理和工艺管道的布置，有利于减轻平台的重力。

机舱外的其他舱室都用作液体舱。尾部对称设置两个淡水舱，头部对称设置两个油舱。淡水舱和油舱可分别通过分配泵进行分配，从而在平台拖航过程中通过调节淡水舱和油舱的载荷来实现纵向和横向载荷调节，避免压载水载荷调节。此外，平台还专门配备了生活污水池和钻井污水池，以满足渤海湾零排放的环保要求。

1.2.3

总体布局特征

(1)平台设备集中布置原则。类似设备应尽可能集中布置，如钻井设备、动力设备、供配电设备和泵设备。

(2)平台负荷调整充分利用可变负荷的原则，如淡水罐、燃料罐、钻井负荷、水泥灰罐、重晶石罐等。

(3)危险区域集中控制的原则。例如，钻井设备和管道的集中布置将尽可能避免危险区域的扩大，有利于平台的防火防爆安全。

(4)水密舱壁的设置满足舱室功能和损伤稳定性的要求。例如，在液舱和机械舱之间以及不同类型的液舱之间设置水密舱壁，平台上的任何舱室都不会因损坏而下沉。

1.3

主要设备配置

1.3.1

发电厂

电站根据平台用电负荷设置。该类型平台的大功耗条件是钻井作业，总负载约为4300千瓦。配备4台1600千瓦主发电机组，3用1备(发电机负荷率89.6%)，4台可长时间并联使用。这种配置便于设备维护，延长了主发电机组的使用寿命。靠泊条件下平台用电负荷为520千瓦，配备600千瓦应急发电机组，也作为靠泊发电机组。当处于靠泊状态时，只有发电机组开始向靠泊设备供电，节省了燃油，降低了平台的日常成本

根据胜利海上油田的储层分布和多年的勘探开发经验，7000米钻机能够满足海上油田的钻井要求。因此，本平台钻井系统按照海上标准7000米钻机配置。顶驱可以显著提高钻井作业效率，已经成为石油钻井行业的标准产品。此外，还包括3台F-1600钻井泵、5级钻井液净化设备、2套开式和闭式钻井液加重系统和重晶石闭式输送系统。钻井系统采用全数字交流变频电气传动系统，绞车、转盘和钻井泵可实现无级调速。

2关键技术

2.1

桩腿

2.1.1

焊角长

桩腿的长度与平台适应水深的能力和操作气隙的高度直接相关。海上平台钻井作业主要包括探井作业和开发井作业。套管用于探井作业，气隙高度符合规范要求。开发井钻在导管架平台上方，气隙高度除满足规范要求外，还应根据导管架平台的实际布置确定。目前，大型导管架平台设有多层油气处理设施，生产修复一体化导管架平台新设计的气隙可达27米，因此平台桩腿长度根据不同水深和气隙高度进行组合，分为4种基本作业条件，其中大作业水深50m，大作业气隙28m。表1给出了桩腿长度的计算结果。

2.1.2

桩腿布置的优化

桩腿是平台的支撑结构。桩腿的合理布置有利于桩腿的受力和平台底座的稳定。桩腿分布包括桩腿质心位置和桩腿间距。

(1)桩腿中心。平台三条腿连接形成的三角形质心即为腿的质心位置。当平台的质心与支腿的质心重合时，三个支腿受到相同的平台重力，这有利于三个支腿的结构和提升系统。因此，在确定腿的质心时，以平台为目标来实现腿的优化布置。

(2)桩腿间距。增加桩腿间距可以减小环境荷载引起的竖向力，有利于桩腿的强度，提高平台的整体刚度和抗倾能力。因此，平台桩腿之间的纵向间距为43.0米，横向间距为41.5米。优化桩腿布置后，平台重力引起的桩腿对地面的压力(见表2)基本相似，有利于桩腿的强度和稳定性，对于水深50m的圆柱桩腿非常重要。

2.2

悬臂梁尺度优化

悬臂梁的尺寸与钻井数量和平台上设备的布置有关。因此，在确定悬臂梁长度时，应综合考虑钻井数量、平台本体尺寸和设备布置等因素。根据目前海上油田开发模式，悬臂梁按30口井一次设计。悬臂梁的长度L根据以下公式计算: L=1100 Lp LDδ。公式中，le为悬臂梁的有效长度，即转盘中心到平台末端的大距离，井口为6 × 5分布，间距为1.8m，安全操作空间为3.0m，则Le为12.0m；Lp是从平台末端到锁定机构的距离。较小的Lp可以缩短悬臂梁的长度，有利于甲板设备的布置，但会造成锁定机构和与之连接的船体及悬臂梁的局部应力过大，不利于结构设计。较大的Lp会产生相反的效果。总体布局和结构设计整合后，取11.0米。Ld是从转盘中心到钻台主梁外缘的距离，取5.6mδ为悬臂梁的预留长度，取1.0m.T

(2)海水和压缩空气双重介质喷射。桩靴的上喷嘴和侧喷嘴与钻井泵连接。钻井泵压力高，会对上部和周围土壤造成强烈损害，降低侧摩阻力和上部土壤的重力。桩靴下部的喷嘴与消防泵连接，桩底土层的空隙被液体和气体的双向流动迅速填满。现场实施证明，该喷射系统比传统的高压水射流方法能更有效地克服真空吸附力。

3构建和应用

这种钻井平台的第一个平台“胜利10号钻井平台”于2010年建成。该平台投入生产后，受到了用户的青睐。EDC为该平台进行钻井作业。平台泥浆深度8m，工作气隙20m，状况良好。2011年9月，胜利10号钻井平台抵达波斯湾进行钻井。平台泥浆深度为20m，桩顺利拔出，为平台用户进入国际市场奠定了基础。

此类平台的成本约为5亿元，而功能类似的L-780 MOD II平台的成本约为7亿元，两者相差2亿元。成本差异主要来自平台的结构形式，即桁架腿、提升系统和与之相匹配的锁定机构。由此可见，圆柱腿自升式平台仍然是浅海边际油田的钻井设备。

结论

(1)1)50m自升式钻井平台采用多种平台相结合的船型优化技术、水深与气隙相结合的桩腿长度设计技术和分层喷射冲孔技术，针对渤海油田的水深、地质构造和油田开发模式，形成了一种插入深度大、气隙大、多井组钻井作业的圆柱桩腿自升式钻井平台新模式。实际应用结果表明，该平台完全适合我国浅海边缘油田的勘探开发。

(2)该类型钻井平台采用圆柱桩腿结构，与L-780 MOD II型平台桁架桩腿相比，具有较大的价格优势，提高了边际油田开发的经济性。

(来源:根据崔锡军在胜利石油工程有限公司钻井技术研究所的文章)