近海自升式钻井平台设计方案研究

高 潮，蒋晓宁

(大连海洋大学，辽宁大连116024)

0 引言

我国海岸线长，在沿海和近海区域蕴藏着丰富的海底石油和天然气资源。海洋自升式钻井平台是海洋石油能源勘探的主要装备，自升式钻井平台的结构形式和布置特点取决于其作业海区的地质条件和环境条件，如何针对我国沿海和近海的具体条件，以及相关设计与建造规范，研究开发具有自主知识版权的自升式钻井平台，提出满足作业需求的钻井平台主要尺度、总体布置、系统配置，以及优选的设计方案是近海工程装备研发的主要研究内容之一，本文的研究内容对该类型平台的后续设计与制造提供了优选的船型和关键技术储备。

1 环境载荷与设计条件

通过对我国渤海湾、沿海和近海的调研，在收集整理资料的基础上，设计出适合我国沿海与近海海域石油钻井需求的自升式钻井平台。该平台必须满足在空气温度0～40℃、空气湿度100%和海水温度0～36℃下的工作条件，以及表1给出的平台生产作业环境条件和风暴自存工况下的环境条件。

2 主尺度要素与总布置方案

2.1 平台主尺度

平台的坐标系及桩腿序号如图1所示。自升式钻井平台由1个三角式船体和3个三角桁架桩腿组成，桩腿的下端安装桩靴。船体型长71.3 m，型宽63.4 m，型深7.62 m。3号桩腿布置在1号、2号2个桩腿中心线的垂直平分线上。平台桩靴的直径为14 m。该平台的最大设计作业水深为91.44 m，最大钻井深度为7 620 m。桩腿总长148 m，其中包括桩靴在内。

表1 环境条件

图1 坐标系定义及桩腿序号

2.2 平台总体布置

自升式钻井平台设有机械甲板和主甲板2层甲板，在船体的双层底布置了淡水舱、钻井水舱、燃油舱等各种液舱。双层底布置图如图2所示。

图2 双层底布置图

机械甲板上布置了以下舱室:

发电机舱、SCR及平台动力配电舱、泵舱、锅炉舱、给水排水舱、油污水处理舱、消防舱、土粉重晶石舱、袋装材料舱、水泥泵舱、水泥罐舱、废弃物处理舱、储物舱及机修间等。

机械甲板布置图如图3所示。

图3 机械甲板布置图

主甲板及钻台布置图如图4所示。图中，主甲板上在每个桩腿的旁边布置1个海水塔。生活模块在主甲板上并设计成围绕首桩的形式。悬臂梁位于尾部两桩之间，可以沿着船体中心线前后移动。钻台位于悬臂梁，并且可以随着钻台做纵向运动。钻台自身可以沿着悬臂梁上的横向滑道做横向运动。悬臂梁向船尾移动到最远处时，转盘的中心线距船体尾封板的距离为21 m。钻台可以沿着悬臂梁上的横向轨道滑动，左右可以各移动4.57 m。井架和其他钻井设备都布置在钻台上面。

图4 主甲板及钻台布置图

生活模块设计成环绕首桩的形式，由3层组成。第1层位于主甲板上，里面设有厨房、餐厅、更衣室以及医务室等。住舱都布置在2层和3层，其中包括4个单人间，4个双人间和22个4人间，可以为100人提供食宿。直升飞机甲板位于平台的前端。其生活区布置图如图5所示。

图5 生活区布置图

平台上的机械设备包括悬臂梁和钻台、主发电 机和应急发电机、吊机、救生艇、海水塔、造淡机、主要配电设备、定位系统。

平台悬臂梁的长 37.19 m，宽 17.07 m，高3.96 m，钻台的尺度为19.51 m×15.54 m。悬臂梁最大可以移动至钻盘中心线距船体尾封板21.34 m处，钻台横向最大可以左右各滑移4.57 m。悬臂梁和钻台都是液压驱动的，悬臂梁和钻台的液压系统都可以保证在1 334 kN的立根盒的负荷下仍然可以正常工作。

平台动力有5台2 150 kVA的柴油发电机提供，600 V交流发电机与柴油机连在一起以20 r/min进行工作，柴油机通过散热器来进行水冷却。另外设置1台500 kW应急发电机。

平台吊机由三相电或柴油机驱动:1台起重机臂长36.57 m，另2台起重机臂长30.48 m。3台起重机可以在钩载450 kN、半径7.62 m，各种倾斜角度下工作。

平台设置4艘能容纳50人的救生艇和直升飞机甲板。直升飞机甲板直径22.25 m，设计满足Sirkorsky S61N型直升机起升和降落要求。

平台在每个桩腿的旁边布置1个海水塔，3个桩腿上各固定1个潜水泵，每台泵每分钟大约能抽8 327 L的水。

平台主要配电设备有主600 VAC配电盘、主480 VAC配电盘、辅助480 VAC配电盘、SCR系统和变压器，并提供OTD FS 33G自定位系统和液压驱动。

另外，还配有钻进设备、管路系统、电力与通讯系统、救生及消防设备等。

3 设计载荷

3.1 存储能力及钻井负荷

悬臂梁最大负荷为6 800 kN，大钩载荷为6 800 kN，顶驱载荷为6 800 kN，立根盒载荷为2 950 kN，悬臂隔离罐载荷为45 kN。

平台舱室存储能力见表2。

3.2 起升能力

平台升降系统由9组升降机构组成，每组升降机构由4个小齿轮构成。平台正常升起时，预压载单小齿轮工作能力为4 540 kN，单小齿轮工作能力最大保持在8 470 kN，平台升降速度为0.45 m/min。表3给出升船工况和预压工况的升降装置负荷。

表2 舱室存储能力

表3 升船工况和预压工况的升降装置负荷

4 结论

综上所述，本自升式钻井平台设计方案是针对中国渤海湾及沿海区域作业需求，满足国际海上移动式钻井平台建造与设备法规和国际海上人命安全公约等相关法规及公约要求，平台主尺度符合工程作业和相关规范要求，空间布置合理，利用率高，是一个优选的可行设计方案。

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［2］ 黄祥鹿，陆鑫森.海洋工程流体力学及结构动力学响应［M］.上海:上海交通大学出版社，1992.

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［4］ 孙丽萍，聂武.海洋工程概论［M］.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，2002.

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