钻井平台的简介

1. 钻井平台的简介

2004年，石油将钻井平台分为海上钻井平台和陆地钻井平台两类，由平台经理或钻井队长直接负责钻井平台的运作管理工作。海上钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。其中按结构又可分为：（1）移动式平台： 坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台（2）固定式平台：导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。为解决平台的移动性和深海钻井问题，又出现了多种移动式钻井平台，主要包括：坐底式钻井平台、自升式钻井平台、钻井浮船和半潜式钻井平台。坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等30m以下的浅水域。坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础（平坦及坚实程度）的制约。所以这种平台发展缓慢。然而中国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域，潮差大而海底坡度小，对于开发这类浅海区域的石油资源，坐底式平台仍有较大的发展前途。80年代初，人们开始注意北极海域的石油开发，设计、建造极区坐底式平台也引起海洋工程界的兴趣。目前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底，然后在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成钻井后可排出压载起浮，并移至另一井位。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。1953年美国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总数的1/2。中国自行制造的自升式钻井平台“渤海一号”平台的四根桩腿是由圆形的钢管做成的，桩腿的高度有七十多米，升降装置是插销式液压控制机构。该型钻井平台造价较低、运移性好、对海底地形的适应性强，因而，中国海上钻井多使用自升式钻井平台。钻井平台桩腿的高度总是有限的，为解决在深海区的钻井问题，又出现了漂浮在海面上的钻井船。钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。钻井船的排水量从几千吨到几万吨不等，它既有普通船舶的船型和自航能力，又可漂浮在海面上进行石油钻井。由于钻井船经常处于漂浮状态，当遇到海上的风、浪、潮时，必然会发生倾斜、摇摆、平移和升降现象，因此钻井船的稳定性是一个非常关键的问题。目前，海上钻井船的定位常用的是抛锚法，但该方法一般只适用于200m以内的水深，水再深时需用一种新的自动化定位方法。半潜式钻井平台（SEMI）由坐底式平台发展而来，上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小，波浪影响小，稳定性好、自持力强、工作水深大，新发展的动力定位技术用于半潜式平台后，工作水深可达900-1200米。半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。到目前为止，半潜式钻井平台已经经历了第一代到第六代的历程。据统计，目前世界范围内有深水自升式钻井平台65艘，大部分工作在墨西哥湾和北海。其运营商主要为美国石油公司。牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔，该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输，在深水中可用近海装油设施进行输送。牵索塔式平台比导管架式平台、重力式平台更适合于深水海域作业，它的应用范围在200米～650米。固定平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等。钢质导管架式平台使用水深一般小于300米，通过打桩的方法固定于海底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。自1947年第一次被用在墨西哥湾6米水域以来，发展十分迅速，到1978年，其工作水深达到312米，目前世界上大于300米水深的导管架平台有7座。混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱），用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在已有大约20座混凝土重力式平台用于北海。不过由于混凝土平台自重很大，对地基要求很高，使用受到限制。图中八角形处为直升机起降平台。固定平台的钻井模块既可以放到固定平台上，也可以采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几亿美元以上，所以一般都可以移植到移动式上面，一般是打一枪换一个地方。张力腿式钻井平台（TLP）是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的，但与一般半潜式平台不同。其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的是桩锚（即打入水底的桩为锚）或重力式锚（重块）等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。张力腿式平台自1954年提出设想以来，迄今已有40年的历史。作用于张力腿式钻井平台上的各种力并不是稳定不变的。在重力方面会因载荷与压载水的改变而变化；浮力方面会因波浪峰谷的变化而增减；扰动力方面因风浪的扰动会在垂向与水平方向产生周期变化，所以张力腿的设计，必须周密考虑不同的载荷与海况。对于平台的水下构件，不论垂向或水平的，都会因波浪的波峰与波谷的作用而产生影响，因此如何选取水下构件的形状与尺度，使波浪扰动力的作用为最小，减小平台在波浪中的运动以及锚索上的周期性载荷，是张力腿式平台的研究课题之一。一般张力腿式平台的重心高、浮心低，非锚泊情况时要求初稳性高为正值，为此要求稳心半径大或水线面的惯性矩大，这样在平台发生严重事故时，仍能正浮于水面。要求达到此目的，就要把立柱设计得较粗，这样必然会使平台在波浪中的运动响应较大。也有一种把立柱设计得很细，虽然初稳性高可能出现负值，但在锚索拉力的作用下也是稳定的。这种平台在波浪中的运动响应较小，造价也可能低些，不过安全性差些。

2. 人类钻井的发展史？

在人类历史发展的长河中，钻井大体经过了挖掘井技术、顿钻井技术和旋转钻井技术三个发展阶段。在前两个阶段中，中华民族都是处在该项技术的最前列。公元前1500年前后，我国出土的甲骨文中就已经有了“井”字。春秋战国时期的井深，已达50余米。到唐朝时，已超过l40米。这个时期属于人工挖掘井阶段，井的直径大约为1.5米，人可以从井筒下到井底。中国古代钻探技术历经两千年的发展，到北宋的庆历年间（l041—1048年），古代钻井技术有了新的发展，取得了具有划时代意义的突破，出现了“顿钻”钻井技术，钻井井筒直径有碗口大小，井深可达130米左右，古称“卓筒井”。“卓筒井”是一种用直立粗大的竹筒，用竹片当绳索从地下捞取卤水的盐井。“卓筒井”的发明创造，堪称中国古代除指南针、火药、印刷术、造纸术之外的又一伟大发明，开创了世界近代“绳式顿钻”钻井技术的先河，掀起了人类历史上一场重大的能源革命。英国著名学者李约瑟在研究了我国古代钻井技术后，极为赞叹，在他所著的《中国科学技术史》一书中写到：“今天用于开采石油与天然气的深井，就是从中国人的这些技术中发展起来的”，并指出“这种技术大约在12世纪以前传到了西方各国”。l835年（道光15年），我国打成了世界第一口超千米的“卓筒井”（四川省自贡市大定寨的～海井，深度达1001.42米），使钻探技术达到了一个新的高峰。1850年（道光30年）钻井深度达到1100米（四川省自贡市的磨子井）。而美国为了汲取地下的石油，在宾夕法尼亚州打的第一口井是在1859年打成的，深度仅有21.7米，直到l871年才钻达338.33米。俄国在1848年才打成一口井深为60米左右的井。19世纪末期出现的旋转钻井技术，实际上是在中国顿钻井技术的基础上发展起来的。

3. 海上钻井平台的国内发展

中国最早使用平台在海上打井是1963年，用土办法制造了中国第一座浮筒式钻井平台，于莺歌海距海岸4千米处打了三口井。1966年在渤海建立了第一座正式海上平台，同年12月31日渤海第一口探井开钻并于1967年6月14日喜获工业油流，从此揭开了海洋石油勘探开发的序幕。到1994年海上采集地震测线57万千米，打探井363口，发现油气构造88个，获得石油地质储量11.88亿吨、天然气地质储量1800亿立方米，年产量达到了647万吨。目前年产油量2500万吨，年产气量约50亿立方米。海洋石油勘探开发投资大，风险也大，但是由于油藏厚度大、储量丰度高、单井产量高，所以效益也高。当前仅大陆架473万平方千米的领域中，石油地质储量就约250亿吨，天然气80000亿立方米。如果再考虑整个大陆边缘，其发展前景更不可限量。

4. 世界海洋钻井平台发展简史是什么？

世界现代石油工业最早诞生于美国宾西法尼亚州的泰特斯维尔村，一个叫乔治·比尔斯的人于1855年请美国耶鲁大学西利曼教授对石油进行了化学分析，发现石油能够通过加热蒸馏分离成几个部分，每个部分都含有碳和氢的成分，其中一种就是高质量的用以发光照明的油。1858年比尔斯请德雷克上校带人打井，1859年8月27日在钻至69ft时，终于获得到了石油。从此，利用钻井获取石油、利用蒸馏法炼制煤油的技术真正实现了工业化，现代石油工业诞生了。
随着人类对石油研究的不断深入，到了20世纪，石油不仅成为现代社会最重要的能源材料，而且其五花八门的产品已经深入到人们生活的各个角落，被人们称为“黑色的金子”、“现代工业的血液”，极大地推动了人类现代文明的进程。高额的石油利润极大地推动了石油勘探开采活动，除了陆地石油勘探外，对于海洋石油资源的开发也日益深入发展。
1897年，在美国加州Summer land滩的潮汐地带上首先架起一座76.2m长的木架，把钻机放在上面打井，这是世界上第一口海上钻井。1920年委内瑞拉搭制了木质平台进行钻井。1936年美国为了开发墨西哥湾陆上油田的延续部分，钻探成功了第一口海上油井并建造了木质结构生产平台，于1938年成功地开发了世界上第一个海洋油田。第二次世界大战后，木质结构平台改为钢管架平台。1964—1966年间英国、挪威在水深超过100m、浪高达到30m、最高风速160km/h、气温至零下且有浮冰的恶劣条件下，成功地开发了北海油田。标志着人们开发海上油田的技术已日臻成熟。目前已有80多个国家在近海开展石油商业活动，原油产量占世界石油总产量的30%左右。1897年，在世界上第一口海上钻井的旁边，美国人威廉姆斯在同一个地方造了一座与海岸垂直的栈桥，钻机、井架等放在上面钻井。由于栈桥与陆地相连，方便了物资供应。另外，钻机在栈桥上可以随意浮动，从而在一个栈桥上可打许多口井。在海边搭架子，造栈桥基本上是陆地的延伸，与陆地钻井没有差别。能否远离岸边在更深的海里钻井呢？
1932年，美国得克萨斯公司造了一条钻井驳船“Mcbride”，上面放了几只锚，到路易斯安那州Plaquemines地区Garden岛湾中打井。这是人类第一次“浮船钻井”，即这个驳船在平静的海面上漂浮着，用锚固定进行钻井。但是由于船上装了许多设备物资器材，在钻井的时候，该驳船就座到海底了。从此以后，就一直用这样的方式进行钻探，这就是第一艘座底式钻井平台。同年，该公司按设计意图建造了一条座底式钻井驳船“Gilliasso”。1933年这艘驳船在路易斯安那州Pelto湖打了“10号井”，钻井进尺5700ft。以后的许多年，设计和制造了不同型号的许多座底式钻井驳船，如1947年，John Hayward设计的一条“布勒道20号”，平台支撑件高出驳船20多米，平台上备有动力设备、泵等，它的使用标志着现代海上钻井业的诞生。
由于经济原因，自升式钻井平台开始兴起，滨海钻井承包商们认识到在40ft或更深的水中工作，升降系统的造价比座底式船要低得多。自升式钻井平台的腿是可以升降的，不钻井时，把腿升高，平台坐到水面，拖船把平台拖到工区，然后使腿下降伸到海底，再加压，平台升到一定高度，脱离潮、浪、涌的影响，得以钻井。1954年，第一条自升式钻井船“迪龙一号”问世，它有12个圆柱形桩腿。随后几条自升式钻井平台，皆为多腿式。1956年造的“斯考皮号”平台是第一个三腿式的自升式平台，用电动机驱动小齿轮沿桩腿上的齿条升降船体，桩腿为X架式。1957年制造的“卡斯二号”是带有沉垫和4条圆柱形桩腿的平台。
随着钻井技术的提高，在一个钻井平台上可以打许多口井而钻井平台不必移动，特别体现在近海的开发井上。这样，固定式平台也有发展。固定式平台就是建立永久性钻井平台，大都是钢结构，打桩，然后升出海面；也有些是水泥结构件。至今工作水深最深的固定平台是“Cognac”，它能站立在路易斯安那州近海318m水深处工作。
1953年，Cuss财团建造的“Submarex”钻井船是世界上第一条钻井浮船，它由海军的一艘巡逻舰改装建成，在加州近海3000ft水深处打了一口取心井。1957年，“卡斯一号”钻井船改装完毕，长78m，宽12.5m，型深4.5m，吃水3m，总吨位3000t，用6台锚机和6根钢缆把船系于浮筒上。浮船钻井的特点是比较灵活，移位快，能在深水中钻探，比较经济。但它的缺点是受风浪海况影响大，稳定性相对较差，可能会给钻井带来困难。该船首先使用简易的水下设备，把浮船钻井技术向前推进了一步。
1962年，壳牌石油公司用世界上第一艘“碧水一号”半潜式钻井船钻井成功。“碧水一号”原来是一条座底式平台，工作水深23m。当时为了减少移位时间，该公司在吃水12m的半潜状态下拖航。在拖航过程中，发现此时平台稳定，可以钻井，这样就受到了启示，后把该平台改装成半潜式钻井平台。1964年7月，一条专门设计的半潜式平台“碧水二号”在加州开钻了。第一条三角形的半潜式平台是1963年完工的“海洋钻工号”，第二条是1965年完工的“赛德柯135”。
随着海上钻井的不断发展，人类把目光移向更深的海域。这时半潜式钻井平台就充分显示出它的优越性，在海况恶劣的北海，更是可以称雄，与之配套的水下钻井设备也有发展，从原来简单型逐渐趋于完善。半潜式钻井平台的定位一般都是用锚系定位的，而深海必须使用动力定位。第一条动力定位船是“Cussl”，能在12000ft水深处工作，获取600ft的岩心。以后出现了动力定位船“格洛玛·挑战者号”，它于1968年投入工作，一直用于大洋取心钻井。世界上真正用于海上石油勘探的第一条动力定位船是1971年建成的“赛柯船445”钻井船，工作水深在动力定位时可达600m以上。
半潜式平台有自航和非自航两种类型。动力定位船所配套的水下设备是无导向绳的水下钻井设备。后来，钻井平台又有新的形式出现，如张力腿平台和“Spar”。科学在进步，时代在发展，海上钻井技术也在飞速发展，人们现在已向更深的海域进军，无论是钻井井深、钻井水深、钻井效率都不断有新的世界纪录出现。

5. 钻井平台是什么样的

海上钻井平台既有移动式的，也有固定式的。
海上钻井平台（drilling platform）是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。
其中按结构又可分为：
（1）移动式平台：
坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台。
（2）固定式平台：
导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。

6. 超深井钻探的发展背景

深层油气资源的勘探开发，是实现油田油气资源战略接替的主要途径。大力发展深井超深井钻井技术，既是勘探开发的需要，也是积极适应钻井工程技术服务市场竞争的需要。有关资料表明，中国的石油可采资源量目前预计为150亿吨，待发现和探明85亿吨左右，占可采石油资源探明程度的57%。这部分待探明的石油资源主要分布在塔里木、准噶尔、柴达木、吐哈四个盆地，是中国石油产量的主要接替区。同时，这部分资源量的73%埋藏在5000米以下。实现新地区、新领域、新层位尤其是深层的油气突破，寻找和扩大油田含油气范围及领域，成为顺利实现中国石油资源接替目标的主要手段，深井超深井钻井技术的快速、规模发展则是这一手段最重要的实现方式。

7. 钻井平台是什么？

在我国的环渤海湾地区，有胜利、大港、冀东、辽河四个油气田。经过几十年陆地油田的勘探开发后，油气勘探区域正逐步从陆地向海上延伸，渤海湾的浅海已成为我国东部各油田油气资源新的后备阵地。但要在浅海和极浅海地区进行钻井作业，最重要的是要解决浅海钻井的装备问题。浅海钻井既不同于陆地也区别于深海，特别是渤海湾的浅海更有其特殊性。渤海湾的浅海水虽不深（0～15m），但海况复杂、风浪大。用于深海的石油钻井平台因水浅进不去，从国外引进吃水浅的钻井平台，因抗风浪的能力满足不了渤海湾浅海钻井的要求。为此，20世纪80年代，我国自行设计制造了适合渤海湾浅海海域特点的坐底式钻井平台。
该平台是一艘两栖步行坐底式钻井平台，它是由内、外体组成的双体式钻井平台。内、外体之间由平台锁紧装置相联结，脱开内、外体的锁紧装置后，可借助一套步行机构和液压系统实现钻井平台的步行前进。步行时就像人的两只脚走路一样，首先提起外体前进10米后落下，然后再提起内体前进10米，如此往复可完成平台在浅海滩涂的行走。全部钻井设备、作业的井场、生活设施、液压站等都安装在钻井平台内体的甲板上，平台外体安装有步行的轨道和各种船用设备等。我国自行研制的胜利2号钻井平台是世界上第一艘极浅海步行坐底式钻井平台，它具有独特的两栖性能，在海里可以漂浮拖航，在小于7米的浅海中坐于海底进行钻井，钻井完成后可以浮起移位，在极浅海的平坦海底搁浅后仍可步行前进，并可跨越不大的海沟和走上浅水的滩涂地，它是一尊在浅海海滩慢步行走的钢铁巨人！

我国自行研制的步行式钻井平台

8. 钻井技术的发展过程是怎样的？

为了开发石油和天然气，我国古代劳动人民在生产实践中逐步发明创造了一整套钻井技术。
远在战国时期，我们的祖先就已开凿较深的井，自汉代以来，劳动人民进而推广和改进了钻井机械。
我国在公元前211年钻了第一个天然气气井，据有关资料记载深度为150米。在今日重庆的西部，人们通过用竹竿不断地撞击来找到天然气。天然气用做燃料来干燥岩盐。
宋代的深井钻掘机械已形成一项相当复杂的机械组合。普遍废弃了大口浅井，凿成了筒井。
至明代，钻井机械设备和技术有了更进一步的发展。据明代学者曹学佺的《蜀中广记》记载，东汉时期，“蜀始开筒井，用环刃凿如碗大，深者数十丈”。
我国古代的天然气开采技术是比较先进的，比如小口深井钻凿法，套管固管法，笕管引气法，试气量法和裂缝性气田的钻凿等技术，均为世界首创。
我国钻井技术的起源和发展与制盐业有着密切的联系。第一座盐井出现在古巴蜀地区，即现在的四川地区。
当时四川的运输业极不发达，海盐很难运到地处内地、道路艰险的四川。但古代巴蜀人发现自己的脚底下就蕴藏着丰富的岩盐和含盐分很高的卤水，他们即因地制宜，开采地下盐以食用。四川人称食盐为“盐巴”。
在四川，产盐的地区主要集中在自贡地区，井架林立的自贡因此有“盐都”之称。
采盐的需要促进了深井钻探技术的发明和发展。钻井深度越来越深，钻透盐层再往下便是天然气层，卤水制盐需要熬制，使用当地天然气作燃料既方便又经济。
由此可见，天然气就是在深井制盐业的促进下开发的，两者的发明基本上是同时出现。
由于天然气层较深，要开凿气井必须有优良的钻井设备。我国当时已有先进的铁制业，为钻井提供了铸铁造的钻头。动力则用人力。人先跳到杠杆的一端把钻头抬高，再跳下来使钻头砸下去。
钻井用的竹缆是由竹条制成的。竹缆具有很强的抗拉强度，与一些钢缆的抗拉强度相当。而且竹缆有极好的挠性，容易绕在钻头提升鼓上，而且遇水后强度增加，恰好用来冲击岩石。
在不断的劳动实践中，古巴蜀人民发明了一系列专用的钻井工具，总结出一整套钻井技术，开凿出一大批很深的天然气井。这些深井钻探技术迅速传播开来，被世界各国仿效采用。
盐的生产在我国历史悠久。据研究考证，夏代时已产盐，主要为海水煮盐，主产于福建沿岸等地。
殷商时期，规模扩大，不仅有海水制盐，而且有湖水制盐，不仅有制盐工人，而且有管盐的“盐人”。战国时，有池水制盐，也有井卤煮盐。表明我国是世界最早的产盐国。
据《华阳国文·蜀志》记载，四川省临邛即现在的邛崃县制井盐，“井有二水，取井火煮之，一封水得五织盐”。“二水”即卤水，“井火”就是天然气。这里是世界最早制井盐的地方。