浮式鉆進裝置

處于漂浮狀態(tài)的鉆進裝置，在風(fēng)浪作用下，船體將產(chǎn)生升沉、搖擺、漂移三種運動，它們對鉆進作業(yè)會有不同程度的影響。

浮式鉆進裝置升沉

在鉆井時，船體的升沉?xí)泳裸@具也上下運動，因而鉆頭對井底的壓力不能控制，這不但影響鉆進效率，而且鉆具周期性地撞擊井底使鉆桿不斷彎曲，導(dǎo)致疲勞斷裂。

浮式鉆井裝置開始鉆井時，不在海底裝插固定的隔水導(dǎo)管，因為水深，長隔水導(dǎo)管容易彎曲，且船體運動易使固定隔水導(dǎo)管與船井口碰撞。為了使井筒和海水隔開，且使鉆具重返原井孔，同時又能使運動的船體和船井保持相對的位置，就需要有獨特的設(shè)備使鉆具通向井底，稱為水下通道器具或通道立管(簡稱水下器具)。

浮式鉆進裝置搖擺

船體的搖擺會使鉆桿彎曲，同時，井架內(nèi)的游動滑車，井場的鉆桿、套管、井口返出的泥漿等不斷搖晃，都影響正常鉆進。當(dāng)搖擺的角度稍大時，轉(zhuǎn)盤的方補心有從補心孔脫出的危險。浮式鉆井裝置的搖擺影響鉆井作業(yè)的正常進行，有時雖對鉆井作業(yè)影響不大，但人體卻難以忍受。浮式鉆井裝置中，半潛式平臺穩(wěn)定性好，鉆井船穩(wěn)定性差些。

為了減少船體的搖擺，常用的減搖措施有：①裝設(shè)減搖艙，即在船體設(shè)水艙，利用水艙內(nèi)液體流動的反力矩來減輕船體的搖擺；②裝設(shè)減搖罐，通過改變罐內(nèi)液面高度來調(diào)整船體的穩(wěn)心高度，這樣就改變了搖擺的自然周期，從而減少船體對風(fēng)浪的反應(yīng)；③裝設(shè)抗搖器，抗搖器是與船體無關(guān)的獨立系統(tǒng)，由支船架、浮筒、連接件、抗搖筒組成，見圖1。借助抗搖筒對海水的反力矩來抵抗波浪運動對船體產(chǎn)生的不穩(wěn)定力矩，從而減少船體的搖擺?，F(xiàn)代的鉆井船逐漸向大型化發(fā)展，加大船寬，也有減搖的效果。

浮式鉆進裝置漂移

船體的漂移也使鉆具彎曲，特別是在起下鉆具時，不能重新進入原井孔。

浮式鉆井裝置的漂移用各種定位系統(tǒng)來限制。為了控制住井口和水下通道器具，要求浮式鉆井裝置的漂移不超過水深的3%～6%。如能把漂移量限制在水深的3%，鉆井效率就能大大提高。目前采用的方法主要有兩個。

1)錨泊定位

這是一種常用的方法。錨泊定位系統(tǒng)主要由錨機、錨鏈(或錨纜)、導(dǎo)鏈輪、錨等組成，見圖2。在水深三百多米、中等風(fēng)浪的海區(qū)能滿足定位要求。

2)動力定位

為了在深水區(qū)鉆井，浮式鉆井裝置需要采用動力定位。動力定位是不使用錨和錨索而直接用推進器來自動控制船位的方法。動力定位由三個主要系統(tǒng)構(gòu)成：傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和推進系統(tǒng)，見圖3。

浮式鉆井裝置到達工作海區(qū)用錨系或動力定位后，先要在井位往海底下水下器具。水下器具的主要作用是：隔開海水，形成泥漿循環(huán)，提供鉆具下人和提出的通道；封閉井口、控制井噴、放噴和壓井；補償由于風(fēng)、波、潮、流所引起的浮式鉆井裝置的漂移、升沉和搖擺；承托海底各類套管并保持密封；保持浮式鉆井裝置在升沉狀態(tài)中各種水下張緊繩的恒定張力；便于下入和起出鉆井工藝所要求的各種井下器具；在緊急情況下，使浮式鉆井裝置迅速脫離與井口之間的連接，撤離到安全地方，需要時還可以幫助平臺(船)尋找井口，重返井位；連接和脫開井口，給下一步采油作業(yè)打下基礎(chǔ)。水下器具是浮式鉆井裝置在海上正常鉆井作業(yè)和保證平臺本身安全的必不可少的設(shè)備。雖然水下器具根據(jù)各個浮式鉆井裝置的設(shè)計要求不同而略有不同，但主要設(shè)備基本相同。水下器具主要包括海底井口裝置、防噴器組、隔水管組、控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備五大部分。

浮式鉆進裝置海底井口裝置

海底井口裝置的作用是固定海底井位、懸掛套管、導(dǎo)引鉆具及其他水下設(shè)備，主要包括井口盤、永久導(dǎo)向架、套管頭組、專用連接器等。

井口盤通常是由3m見方或直徑3m左右、高約1m的鋼板和鋼筋焊接而成。中心有直徑約lm的通孔，孔內(nèi)有鉤銷槽，盤上有兩根臨時導(dǎo)向繩連在船井上。井口盤的作用是確定井位，牽引臨時導(dǎo)向繩并支撐永久導(dǎo)向架。導(dǎo)向架是坐落于井口盤上作為海底井口永久性的導(dǎo)向裝置，它是由鋼板焊成的四邊形的架子，四角有四根高約9m的立柱，柱頂各有一根導(dǎo)向繩和船井口的張緊器相連接。導(dǎo)向架的側(cè)面有電視架，通過電視導(dǎo)向繩可使水下電視監(jiān)視器就位。

浮式鉆進裝置防噴器組

防噴器組的作用是封閉井口、防止井噴，以及在緊急情況下切斷鉆桿，還可以放噴和壓井。它由3～5個防噴器串聯(lián)組成，還有放噴閥、壓井閥及其管匯、專用液壓連接器、海底電液控制閥及其控制軟管插接器(接頭盒)、框架以及安全閥、卡箍、接頭等。各種防噴器適應(yīng)井眼內(nèi)不同鉆具的情況，以保證任何時候都能有效地使用。

浮式鉆進裝置隔水管組

隔水管組的作用是隔離海水、引入鉆具、導(dǎo)出泥漿、適應(yīng)浮式鉆井裝置升沉和搖擺。主要包括分流器(轉(zhuǎn)噴器)、伸縮隔水管、浮性隔水管、撓性接頭、液壓連接器等。

伸縮隔水管用于隔水管與鉆井平臺之間的連接。它的內(nèi)管與鉆井平臺連接，并隨之運動，外管與隔水管柱連接，靠內(nèi)、外管的滑動來補償鉆井平臺的升沉運動。分流器安裝在隔水管頂部，它的作用是分流對井眼具有少量回壓的油流，讓油流向鉆井裝置的兩側(cè)。這是在鉆井初期遇到井噴時，封住鉆具、保護井口的一種措施。

浮式隔水管是外層為浮室或浮性物質(zhì)的隔水管。

撓性接頭的作用是在防噴器組和隔水管組之間提供一定的轉(zhuǎn)角(通常為10度)，以保證井口和防噴器組的穩(wěn)定性，以適應(yīng)浮式鉆井裝置的漂移和搖擺。撓性接頭有球形接頭、萬向接頭等。

液壓連接器用于隔水管組與防噴器組連接和防噴器組與井口裝置的連接。連接器不僅承壓能力強，密封性能好，而且連接和脫離動作靈活、可靠，操作方便。常用的液壓連接器主要有心軸式和爪形兩種。

浮式鉆進裝置控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的作用是控制水下設(shè)備各部分的動作，如防噴器的開啟，壓井閥、防噴閥的開啟，以及連接器的連接和脫離等。主要是由主控制板、司鉆控制板、遙控板、液壓動力裝置、儲能器組、高壓控制軟管管匯、絞車、蓄電池及其充電裝置等組成。

浮式鉆進裝置輔助設(shè)備

輔助設(shè)備主要有導(dǎo)向繩張緊器、接頭盒張緊器、隔水管張緊器，以及這些張緊器的儲能器、氣動絞車和專用空壓機組等，還有水下設(shè)備的各種下入工具和起吊工具等。

導(dǎo)向繩從海底經(jīng)船井口的導(dǎo)向輪、張緊器的滑輪，纏在絞車上。張緊器的作用是使導(dǎo)向繩保持拉直狀態(tài)。目前隔水管及導(dǎo)向繩張緊系統(tǒng)普遍采用的是帶儲能器的氣壓一液壓缸式張緊器，其組成和工作原理見圖5。張緊器由缸套、活塞、拉桿、滑輪等組成。缸套下腔通氣一液儲能器，儲能器中的油液在高壓氣的作用下對活塞產(chǎn)生一定的推力，使滑輪上頂拉緊導(dǎo)向繩。當(dāng)浮式鉆井裝置作升沉運動時，張緊器也隨著上下運動，使導(dǎo)向繩的拉力發(fā)生變化，拉力大時滑輪壓活塞下行，拉力小時滑輪被活塞頂起，因此導(dǎo)向繩處于恒定的拉緊狀態(tài)。

浮式鉆進裝置半潛式鉆井

一種可移動的浮動鉆井裝置。其結(jié)構(gòu)主要由上部平臺、下浮體和立柱3部分組成。上部平臺為安放鉆井設(shè)備和各種設(shè)旌的工作甲板。下浮體為支撐立柱連接的兩個船舶浮體或多個浮箱，浮體由多個縱橫甲板將其內(nèi)部分成若干個艙室以供儲存油水和壓載用。船體尾部裝有為自航用的推進機。立柱為連接上部平臺和下浮體的支撐圓柱體，起到支撐平臺和浮體的作用。

保證整個裝置有足夠的剛性和整體性。作業(yè)時，下部船體潛入水中一定深度，上甲板則處于水面以上安全高度，因其水線面積小，穩(wěn)定性好，抗風(fēng)浪能力強，工作水深大。用錨泊系統(tǒng)定位，工作水深可達450米，用動力定位系統(tǒng)，工作水深可提高到900~1200米。平臺面積較大，自持能力強。

具有自航能力，自航時將整個船體上浮到安全吃水線以減少自航阻力。因其造價昂貴，且要在作業(yè)時配合—套復(fù)雜的水下器具，使其維持操作費用高于自升式鉆井裝置，但適于自升式鉆井裝置不能達到的更深水域作業(yè)。

浮式鉆進裝置鉆井船

鉆井船是移動式鉆井裝置中機動性最好的一種，其移動靈活，停泊簡單，適用水深范圍大，特別適于深海水域的鉆井作業(yè)。船體安裝有鉆井和航行動力設(shè)備，并為工作人員提供工作和生活場所。在鉆井船上設(shè)有升沉補償裝置、減搖設(shè)備、自動動力定位系統(tǒng)等，可通過多種綜合措施來保持船體穩(wěn)定定位。自動動力定位是目前較先進的一種保持船位的方法，可直接采用推進器及時調(diào)整船位。

浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置制定背景

海洋鉆井使用的浮式鉆井平臺在波浪的作用下除發(fā)生前后左右搖擺外，還將產(chǎn)生周期性的升沉運動。這種周期性的升沉運動會使鉆柱產(chǎn)生往復(fù)運動，引起井底鉆壓變化，甚至?xí)广@頭脫離井底，影響鉆進效率，降低鉆頭和鉆桿使用壽命，造成操作安全隱患，在惡劣氣候條件下甚至導(dǎo)致無法鉆進和停工，為了減少停工期，降低鉆井成本，必須對浮式鉆井平臺鉆柱升沉運動采取適當(dāng)?shù)难a償措施。中國對深海石油開發(fā)過程中所使用的相關(guān)設(shè)備研制時間起步較晚，導(dǎo)致相關(guān)核心技術(shù)與國外存在較大差距，在升沉補償裝置的研發(fā)方面也明顯晚于中國以外，國外鉆井和油服公司出于對自身核心技術(shù)和商業(yè)核心利益的保護，往往采用出售相關(guān)技術(shù)服務(wù)而不是產(chǎn)品的形式進行運營和開展相關(guān)商業(yè)活動，這為中國了解和掌握國外關(guān)于升沉補償裝置發(fā)展的先進技術(shù)設(shè)置了較大障礙。這種狀況制約了中國海洋石油鉆采的發(fā)展與進步。深入研究和開發(fā)具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的浮式鉆井船用升沉補償裝置己成為當(dāng)務(wù)之急，也是深海裝備技術(shù)不斷振興、走向成熟的必然要求。鑒于此，制定了國家標(biāo)準(zhǔn)《浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置》（GB/T 39212-2020）。

浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置編制進程

• 標(biāo)準(zhǔn)計劃

2018年1月9日，國家標(biāo)準(zhǔn)計劃《浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置》（20173429-T-522）下達，項目周期24個月，由TC137（全國船用機械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會）提出并歸口執(zhí)行，主管部門為中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會。

• 發(fā)布實施

2020年10月11日，國家標(biāo)準(zhǔn)《浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置》（GB/T 39212-2020）由中華人民共和國國家市場監(jiān)督管理總局、中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布。

2021年5月1日，國家標(biāo)準(zhǔn)《浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置》（GB/T 39212-2020）實施。

浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置制定依據(jù)

國家標(biāo)準(zhǔn)《浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置》（GB/T 39212-2020）依據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則—第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》（GB/T 1.1-2009）規(guī)則起草。

浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置起草工作

主要起草單位：廣東精銦海洋工程股份有限公司、中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院、中國船級社、中海油研究總院有限責(zé)任公司、廣東精銦海洋工程創(chuàng)新研究有限公司。

主要起草人：李光遠、吳平平、許亮斌、段明星、陸軍、麥志輝、張靜波、馬振軍、張帥君、鄧達纮、歐陽濤、楊清峽、周建良、劉偉、陳峰、李國慶、李揚、徐天殷。

國家標(biāo)準(zhǔn)《浮式鉆井船鉆柱升沉補償裝置》（GB/T 39212-2020）規(guī)定了浮式鉆井船液壓式鉆柱升沉補償裝置的分類、組成和產(chǎn)品標(biāo)記、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸和貯存等。該標(biāo)準(zhǔn)適用于鉆柱補償裝置的設(shè)計、制造和驗收。