坐底式鉆井平臺

坐底式鉆井平臺拖航工況

它是指由一個地點(diǎn)被拖到另一個地點(diǎn)的工況。拖航工況下平臺處在漂浮狀態(tài)。它受到的靜載荷包括平臺結(jié)構(gòu)自重、固定裝置、供應(yīng)品和壓載重量以及浮力；環(huán)境載荷包括拖航狀態(tài)下的風(fēng)力、波浪力和海流力；此外，由于平臺在拖航中有搖擺、升沉慣性力和漂移慣性力，如運(yùn)動加速度不大，則可忽略。

坐底式鉆井平臺沉浮工況

它是指平臺由漂浮狀態(tài)向坐底狀態(tài)轉(zhuǎn)變，或由坐底狀態(tài)向漂浮狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過渡工況，是坐底式鉆井平臺特有的工況。而對于一頭先沉或一頭先浮的平臺，還應(yīng)考慮由于平臺傾斜狀態(tài)下，傾斜重力對平臺的作用。環(huán)境載荷應(yīng)考慮工況條件下的風(fēng)力、波浪力和海流力。為保證沉浮操作的安全，應(yīng)限制沉浮工況的風(fēng)、浪條件。

坐底式鉆井平臺正常作業(yè)工況

它是指平臺在坐底狀態(tài)下進(jìn)行正常生產(chǎn)作業(yè)的工況。正常作業(yè)是指與生產(chǎn)有關(guān)的全部作業(yè)，對于鉆井平臺，它包括處理各種事故的作用。該種工況下的靜載荷包括平臺自重、所有固定裝置、供應(yīng)品、壓載重量、浮力和作業(yè)載荷；若作業(yè)載荷是動載荷，則應(yīng)按動載荷考慮；環(huán)境載荷應(yīng)取冊中規(guī)定的正常作業(yè)允許的最大環(huán)境載荷和海床對平臺的支持力。

坐底式鉆井平臺坐底自存工況

它熱平臺承受最惡劣設(shè)計(jì)環(huán)境載荷狀態(tài)下，坐底不進(jìn)行作業(yè)的工況。平臺的全部重童靠平臺的浮力和海底對平臺的反作用力支持。靜載荷包括平臺自重、固定裝置、供應(yīng)品、壓載重和浮力等，必要時，可以拋棄部分裝載；環(huán)境載荷按設(shè)計(jì)的極端環(huán)境載荷，應(yīng)考慮海床對平臺的支持力；對于有定位樁的平臺還應(yīng)考慮樁作用在平臺上的力。

坐底式鉆井平臺有兩個船體，上船體又叫工作甲板，安置生活艙室和設(shè)備，通過尾郡開口借助懸臂結(jié)構(gòu)鉆井；下部是沉墊，其主要功能是壓載以及海底支撐作用，用作鉆井的基礎(chǔ)。兩個船體間由支撐結(jié)構(gòu)相連。該種鉆井裝置在到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后往沉墊內(nèi)注水，使其著底。因此從穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)方面看，作業(yè)水深不但有限，而且也受到海底基礎(chǔ)（平坦及堅(jiān)實(shí)程度）的制約。所以該平臺發(fā)展緩慢。然而中國渤海沿岸的勝利油田、大港油田和遼河油田等向海中延伸的淺海海域，潮差大而海底坡度小，對于開發(fā)此類淺海區(qū)域的石油資源，坐底式鉆井平臺仍有較大的發(fā)展前途。20世紀(jì)80年代初，人們開始注意北極海域的石油開發(fā)，設(shè)計(jì)、建造極區(qū)坐底式鉆井平臺也引起海洋工程界的興趣，已有幾座坐底式鉆井平臺用于極區(qū)，它可加壓載坐于海底，然后在平臺中央填砂石以防止平臺滑移，完成鉆井后可排出壓載起浮，并移至另一井位。

坐底式鉆井平臺從接地形式、沉浮穩(wěn)性和立柱功能等方面可分成以下類型：

一、駁船坐底式。它是坐底式駁船，駁船本身起著上部平臺和下部浮體的作用，只可用于極淺的水域。以后的坐底式鉆井平臺是從它演變而成的，早期的鉆井駁船多采用該種型式，工作水深一般在5m以內(nèi)。

二、沉墊坐底式。按立柱的粗細(xì)和作用可分成以下兩種：

1、穩(wěn)定立柱沉墊坐底式，是粗立柱坐底式鉆井平臺，立柱除支承上部平臺外，在沉、浮過程中可保持平臺穩(wěn)性，平臺可平穩(wěn)下沉和起浮，適用于較大工作水深，一般在10m以上。

2、細(xì)立柱沉墊坐底式鉆井平臺，立柱只起支承上部平臺并連接下部沉墊的作用。當(dāng)平臺下沉?xí)r，一旦水深超過沉墊的型深時，水線面突變，平臺的下沉穩(wěn)性不能保證，適用水深較小，只有在沉墊型深的水深范圍內(nèi)，平臺可平穩(wěn)沉、浮，當(dāng)超過時，應(yīng)采取一頭先下沉（或起?。┗虿扇∑渌胧┏粮?，多用于10m水深以內(nèi)。

沉墊坐底式鉆井平臺適用于較平坦的海底，地基承載力較差的海床條件。

3、格管坐底式，立柱都是大型穩(wěn)定立柱，常作成鋼瓶式變載面的，在波浪作用壓變成細(xì)瓶口狀，鋼瓶立柱，既起支承作用，又起浮體作用，設(shè)有壓載水艙。平臺底部結(jié)構(gòu)不用沉墊，而是用格管連接各立柱，形成整體結(jié)構(gòu)，格管有縱、橫格管、臥在海底，適用水深較大，一般在10m以上，可達(dá)25m至30m，且地基承載力較好的海床。

坐底式鉆井平臺在國外海上移動式平臺規(guī)范中不再單列，而是歸到立柱穩(wěn)定式平臺中，它包括半潛式平臺和坐底式鉆井平臺，半潛式平臺坐底工況和坐底式鉆井平臺坐底工況相同。國外極淺海海域的油氣資源已開發(fā)完了，而中國極淺海尚未開發(fā)。從以上坐底式鉆井平臺分類可看出，坐底式鉆井平臺不全是立柱穩(wěn)定式，在10m以內(nèi)水深的坐底式，常用細(xì)立柱，采用一頭先下沉或起浮，勝利1號至勝利4號坐底式鉆井平臺都是此種型式。新設(shè)計(jì)建造的勝利開發(fā)1號和2號坐底式采油平臺也是細(xì)立柱沉墊坐底式鉆井平臺。由于中國極淺海海域油氣資源開發(fā)剛剛開始，在中國極淺?？碧介_發(fā)中仍將發(fā)揮重要的作用。

對坐底式鉆井平臺宜采用如下防腐措施：

1、在甲板及其上層建筑部分均可采用適合于海洋大氣區(qū)的相應(yīng)涂料保護(hù)；

2、在甲板下面及立柱上半部分或大部分均可采用適合于飛濺區(qū)的相應(yīng)涂料保護(hù)，也可在立柱下半部或根部安裝少量鋁陽極保護(hù)；

3、沉墊可采用涂料加鋁陽極相結(jié)合進(jìn)行保護(hù)，在拖航水線以下可采用適合于全浸區(qū)的相應(yīng)涂料，在拖航水線以上則可采用適合于飛濺區(qū)的相應(yīng)涂料。

由于坐底式鉆井平臺的沉墊底部大部分時間是和海底土壤接觸，而鋁陽極在土壤中容易鈍化，電流效率會降低，其主要原因是腐蝕產(chǎn)物結(jié)成“癡”難以溶解，形成高電阻的板狀結(jié)塊，阻止陽極電流的輸出，使陽極無法正常工作。為使鋁的鈍化特性改變，可向鋁中加入適量的鋅、錮、錫、鎂、欽等元素，變成鋁合金陽極，這樣可以改變鋁表面鈍化膜的成分和性質(zhì)，促使膜的溶解和脫落，使鋁陽極具有足夠的驅(qū)動電位和穩(wěn)定的電流輸出。在沉墊底部可采用上述改進(jìn)的適用于海底土壤的鋁合金犧牲陽極。 2100433B

坐底式鉆井平臺投入淺海石油勘探開發(fā)中，發(fā)揮了重要作用，并培養(yǎng)和鍛煉了一支設(shè)計(jì)、建造、操作和管理的隊(duì)伍，在解決沉浮穩(wěn)性、抗滑穩(wěn)性，向極淺海邁進(jìn)等技術(shù)問題上取得了好的成績。

坐底式鉆井平臺已應(yīng)用于中國淺海鉆井平臺、采油平臺和儲油平臺，并正在設(shè)計(jì)研制鋪管平臺，生活平臺，動力平臺和起重、打樁、施工作業(yè)平臺，有著廣闊的應(yīng)用前景。在10m水深范圍內(nèi)，已有較成熟的設(shè)計(jì)、建造和使用的經(jīng)驗(yàn)。國外坐底式鉆井平臺統(tǒng)計(jì)資料表明，坐底式鉆井平臺較經(jīng)濟(jì)的工作水深范圍為3m至25m，工作水深在3m至10m、11m至20m、21m至30m三個范圍大約各占三分之一左右，25m水深以內(nèi)占95%，18m水深以內(nèi)占65%。中國現(xiàn)有的坐底式鉆井平臺均在10m水深以內(nèi)。隨著勘探開發(fā)水深的增加，在10m至20m水深范圍內(nèi)，坐底式鉆井平臺在中國淺?？碧介_發(fā)中有著廣闊的應(yīng)用前景，應(yīng)研究立柱穩(wěn)定坐底式鉆井平臺，以滿足平穩(wěn)沉浮的穩(wěn)性要求。

坐底式鉆井平臺工作原理是利用其浮體（沉墊或穩(wěn)定立柱）灌水下沉，用幾個立柱支承固定高度的上層平臺進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)作業(yè)完成后，排除浮體（潛體）中的水而起浮，轉(zhuǎn)移到另一個作業(yè)點(diǎn)。該種平臺名稱較多，中國海上移動式鉆井平臺入級與建造規(guī)范中將它稱為坐底式鉆井平臺，是從它的接地方式而命名的，反映了坐底工作的特點(diǎn)，應(yīng)成為它的正式名稱，但也有些稱以及可沉式或沉浮式，以及固定甲板高度式。

坐底式鉆井平臺是海上移動式平臺中產(chǎn)生最早的一種。早期的鉆探作業(yè)是將鉆井設(shè)備安裝在駁船上，然后下沉坐在海底進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。由于駁船型深有限，工作水深很淺，而且它抗風(fēng)、浪能力很差，很快就被后來的沉墊坐底式和格管坐底式所代替，形成現(xiàn)代的坐底式鉆井平臺，由上部平臺、下部結(jié)構(gòu)和立柱支撐結(jié)構(gòu)三個主要部分組成。

1、上部平臺和上甲板。上部平臺主要為海上作業(yè)提供生產(chǎn)和生活的場地。

甲板有單層和雙層，主要根據(jù)生產(chǎn)工藝和生活設(shè)施的布置確定。對于坐底式鉆井平臺，其鉆井設(shè)備、動力設(shè)備、井場和生活樓等均布置在平臺甲板上。對于極淺海坐底式鉆井平臺可作成單層甲板，采用輕型梁板結(jié)構(gòu)，如勝利1號的甲板。若水深增大，工藝布置需要，上部平臺設(shè)計(jì)成箱形結(jié)構(gòu)，如勝利3號的上部平臺。

上部平臺的非浸水結(jié)構(gòu)，不考慮波浪的直接作用，上部平臺最低構(gòu)件下沿與波峰之間的峰隙高度C不必大于1.2m，但不應(yīng)小于下式的計(jì)算值：

C=0.1（H₁ H₂ H₃），式中H₁為天文潮潮高（m），H₂為風(fēng)暴潮潮高（m），H₃為最大設(shè)計(jì)波高在設(shè)計(jì)高潮水面以上的高度。

2、沉墊和格管。

沉墊坐底式鉆井平臺，其沉墊為浮體結(jié)構(gòu)，為拖航和起浮提供浮力，同時它可有效地傳遞并分配立柱和撐桿傳下來的載荷給地基。沉墊中可布置壓載水艙、淡水艙、燃油艙和泵艙等。沉墊的尺度和型式對平臺著底穩(wěn)性有重要的影響，它受到地基反力作用。格管坐底式鉆井平臺是通過下部的格管將穩(wěn)定立柱連接成一個整體，它與立柱底部共同支承平臺的重量，平臺的載荷通過立柱和格管傳給地基。格管可縱、橫交叉布置，也可沿立柱軸線方向布置。

3、立柱和撐桿。

穩(wěn)定立柱常設(shè)計(jì)成有構(gòu)架支撐的殼體結(jié)構(gòu)，細(xì)立柱和撐桿常采用鋼管。立柱和撐桿把上部平臺和下部結(jié)構(gòu)連接成一個空間構(gòu)架，并將上部平臺的載荷傳到下部結(jié)構(gòu)；相反地，也把下部結(jié)構(gòu)受到的外力傳遞到上部平臺，立柱和支撐結(jié)構(gòu)是承上啟下，波浪力、海流力和冰力作用在立柱和撐桿上。

4、抗滑樁和防沖刷結(jié)構(gòu)。

對于沉墊坐底式鉆井平臺，工作在風(fēng)、浪、流較大、海底土壤較差的海域，一般都設(shè)置抗滑或防沖刷結(jié)構(gòu)。為防止滑移，常采用抗滑樁，勝利1號至4號均采用抗滑結(jié)構(gòu)。為增加抗滑和防沖能力也可在沉墊上設(shè)置垂直裙板，但要減少一部分吃水，對于極淺海坐底式鉆井平臺不適用。勝利4號平臺采用活動式水平裙板，鋪在沉墊四周，每塊裙板用6m*5m*5mm的鋼板，對防沖刷取得較好效果。