半潛式鉆井平臺(tái)
關(guān)注創(chuàng)建者：姜講蔣醬 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-28
半潛式鉆井平臺(tái)的實(shí)例教程
挪威船東John Fredriksen旗下鉆井公司Northern Drilling決定提前接收一座現(xiàn)代重工建造的半潛式鉆井平臺(tái)“West Mira”號(hào)，從而滿足租船合同要求。
去年6月，Northern Drilling與Wintershall簽署了“West Mira”號(hào)的租船合同，用于在Wintershall的Nova油田進(jìn)行6口油井的鉆井工作，合同將從2020年3月開始。然而，近期，Northern Drilling宣布，Wintershall確認(rèn)執(zhí)行備選租約，從而將租船合同的開始實(shí)際提前到2019年第四季度。
如果Wintershall選擇執(zhí)行租船合同中所有的前期備選租約，租船合同的實(shí)際開始時(shí)間將會(huì)提前至2019年第三季度。
受此影響，Northern Drilling將提前從現(xiàn)代重工接收“West Mira”號(hào)，目前這座半潛式鉆井平臺(tái)的交付時(shí)間已經(jīng)調(diào)整至2018年12月初。
Northern Drilling介紹稱，“WestMira”號(hào)將成為世界上第一座配備低排放混合動(dòng)力裝置的現(xiàn)代化鉆井平臺(tái)。將電池集成在鉆井平臺(tái)上的供電和配電系統(tǒng)中，預(yù)計(jì)能夠顯著降低燃料消耗、二氧化碳和硫氧化物排放。
Northern Drilling在2017年以3.65億美元的價(jià)格收購(gòu)新建半潛式鉆井平臺(tái)“West Mira”號(hào)。這座半潛式鉆井平臺(tái)原本由Seadrill在現(xiàn)代三湖重工下單訂造，之后遭到撤單，最初造價(jià)約為5.68億美元。
展開 當(dāng)前主流的半潛式鉆井平臺(tái)都具備有橫撐結(jié)構(gòu)。橫撐界面直徑相對(duì)于波浪屬于小量，我們知道這種情況下粘性力是主要波浪載荷，需要用Morrison方程來(lái)求解小直徑結(jié)構(gòu)物收到的波浪載荷情況。因而半潛鉆井平臺(tái)需要兩部分模型：1傳統(tǒng)意義上的面源水動(dòng)力模型；2Morrison桿件模型，這二者組成的水動(dòng)力計(jì)算模型也成為混合模型。
在AQWA中，混合模型可以通過(guò)經(jīng)典ANSYS來(lái)建立,具體步驟為：
1.定義單元，面單元為Shell63，管件為pipe59；
2.依據(jù)立柱、浮箱尺寸建立外殼；
3.建立pipe模型；
4.對(duì)外殼模型進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑粚?duì)桿件進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑⒁猓瑮U件單元不宜過(guò)大，否則不能捕 捉波浪對(duì)桿件的影響；
5.輸出混合模型，在文本編輯器中對(duì)模型文件進(jìn)行修改。
模型修改完成后進(jìn)行常規(guī)計(jì)算時(shí)，AQWA僅考慮桿件的附加質(zhì)量影響。我們知道，Morrison方程粘性力項(xiàng)是關(guān)于速度平方的，即：
Fd=CdρD/2|u|u，方程還可以表達(dá)為Fd=（Cd|u|）ρD/2 u
這就表明，該力是非線性的。在時(shí)域分析中，桿件的粘性力可以在各個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)就行求解，但在頻域內(nèi)，需要對(duì)Cd|u|項(xiàng)進(jìn)行線性化處理，線性化處理的前提是要有給定的不規(guī)則波環(huán)境條件。
指定環(huán)境條件為Hs=3.0m，Tp=10s。
對(duì)平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算后比較升沉RAO如圖所示。可以發(fā)現(xiàn)，桿件對(duì)于升沉的阻尼作用還是較為明顯的。
前文已經(jīng)說(shuō)過(guò)，時(shí)域分析中可以完全考慮Morrison粘性力的作用，為何還要在頻域中進(jìn)行計(jì)算？
從粘性載荷方程可以知道，不同海況下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度不同，產(chǎn)生的阻尼作用也就不同。在設(shè)計(jì)階段，想要準(zhǔn)確的掌握平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能，頻域運(yùn)動(dòng)分析是必不可少的。
展開 摘要: 針對(duì)一個(gè)具有非對(duì)稱下浮體結(jié)構(gòu)的新型半潛式起重平臺(tái)，基于三維勢(shì)流理論，采用水動(dòng)力計(jì)算軟件Aqwa，根據(jù)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該平臺(tái)的懸鏈?zhǔn)较挡聪到y(tǒng)進(jìn)行布置并進(jìn)行3h時(shí)域系泊模擬。考慮3種不同的風(fēng)浪流海況，研究此平臺(tái)的系泊系統(tǒng)特性。研究發(fā)現(xiàn)8根系泊纜方案較12根系泊纜方案更為經(jīng)濟(jì)且能滿足性能要求，最后針對(duì)8根系泊纜方案選取了5種懸鏈松弛度，對(duì)比找出最佳松弛度，發(fā)現(xiàn)最佳松弛度為7.5。
關(guān)鍵詞：非對(duì)稱半潛式起重平臺(tái)；勢(shì)流理論；系泊系統(tǒng)；懸鏈松弛度
0 引言
半潛式平臺(tái)擁有優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能，在海上石油勘探、開采方面得到了廣泛的應(yīng)用[1–2]，半潛式起重支持平臺(tái)在海上石油開發(fā)過(guò)程中有著不可替代的作用[3]。
本文研究的新型半潛式起重平臺(tái)（非對(duì)稱）（見圖1），與傳統(tǒng)的半潛平臺(tái)結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。結(jié)構(gòu)關(guān)于中縱剖面非對(duì)稱，2臺(tái)起重機(jī)同時(shí)安裝在大浮筒一側(cè)，雙機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)能有效靈活地調(diào)節(jié)起重平臺(tái)與被安裝平臺(tái)的距離，顯著提升作業(yè)效率。箱型上層單元主要是居住單元，艙室可容納750人[4]。平臺(tái)總排水量58206t，主浮筒長(zhǎng)為137.75m，寬19.5m，高12m；副浮筒長(zhǎng)為122m，寬13.5m，高12m。與之相對(duì)應(yīng)的，主支柱長(zhǎng)為22.5m，寬19.5m，高18m；支腿支柱長(zhǎng)為16.5m，寬13.5m，高18m。箱型上層船體總長(zhǎng)為81m，寬81m，高12.8m。平臺(tái)的具體主尺度參數(shù)如表1所示。
半潛式平臺(tái)系泊系統(tǒng)特性研究對(duì)于平臺(tái)及系泊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化具有重要意義。因?yàn)闀r(shí)域迭代的方法計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，為了做到平衡精度和效率，文獻(xiàn)[5–8]提出了一些有效的完全耦合計(jì)算方法。
展開 該海域移動(dòng)式海洋鉆井平臺(tái)包括自升式鉆井平臺(tái)，半潛式鉆井平臺(tái)和鉆井船3種，以自升式鉆井平臺(tái)和半潛式平臺(tái)為主，其中自升式鉆井平臺(tái)（Jackup）約占49.3%；半潛式鉆井平臺(tái)約占48%，鉆井船（Drillship）占僅2.7%；分布在英國(guó)、挪威、荷蘭、丹麥、德國(guó)和波蘭。
二、墨西哥灣
墨西哥灣位于北美洲大陸東南沿海水域，東部與北部是美國(guó)，西岸與南岸是墨西哥，東南方的海上是古巴，平均深度1512m，最大水深5203m，淺大陸棚區(qū)蘊(yùn)藏大量的石油和天然氣。自19世紀(jì)40年代以來(lái)，這些礦藏已經(jīng)大量開發(fā)，海上油氣勘探開發(fā)逐步由0-100m的大陸架向400m以上大陸坡深水區(qū)發(fā)展。
墨西哥灣移動(dòng)式海洋鉆井平臺(tái)中，自升式、內(nèi)陸駁、半潛式和鉆井船是主要的鉆井模式，其中自升式平臺(tái)占到近44.1%，內(nèi)陸駁占33.9%，半潛式占14.1%，鉆井船占7.9%。
三、中東地區(qū)
中東地區(qū)海洋石油勘探開發(fā)主要集中在波斯灣，紅海也有少量油氣勘探開發(fā)作業(yè)。
波斯灣是印度洋西北部邊緣海，位于阿拉伯半島和伊朗高原之間，海域水淺，極少超過(guò)90m(300ft)，只有東南部出口附近和個(gè)別部位深度超過(guò)110m(360ft)。最大水深出現(xiàn)在伊朗沿岸，大部超過(guò)80m（260ft），而寬闊的淺水域平均水深不到36m(120ft)，與阿拉伯沿岸相接。
紅海是非洲東北部和阿拉伯半島之間的狹長(zhǎng)海域，整個(gè)紅海平均深度558m，最大深度2514m。
波斯灣地區(qū)及其周圍100km范圍內(nèi)是一條巨大的石油帶，蘊(yùn)藏著占世界石油總儲(chǔ)量一半以上的石油，油藏分布集中，多為巨型油田。紅海總體勘探程度較低，尚未形成規(guī)模化商業(yè)開發(fā)，但地質(zhì)評(píng)價(jià)顯示紅海盆地具備油氣成藏的基本地質(zhì)條件，油氣資源豐富，以氣為主。
中東海上鉆井作業(yè)幾乎全部采用自升式鉆井平臺(tái)，有很少數(shù)量的鉆井船在紅海深水區(qū)進(jìn)行鉆井作業(yè)。
展開 目前最大的固定式鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，建在水深，312米處，重達(dá)59 000噸，耗資2.75億美元；而最大的鋼筋混凝土平臺(tái)總高度達(dá)271米，總重達(dá)到36.7萬(wàn)噸，耗資將近20億美元！而且，這種鉆井平臺(tái)被固定在一個(gè)地點(diǎn)鉆探，利用率受到根本性的限制。此外，固定式鉆井平臺(tái)如要向更深的海底進(jìn)軍，消耗的資金、材料將成倍增加。
有沒(méi)有一種更好的鉆井平臺(tái)形式，既具有良好的抗風(fēng)浪性能，又能轉(zhuǎn)移鉆探地點(diǎn)以提高使用效率呢？鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)師的目光又回到了活動(dòng)式平臺(tái)上，并設(shè)計(jì)制造出性能優(yōu)異的半潛式鉆井平臺(tái)。
半潛式鉆井平臺(tái)的最大優(yōu)點(diǎn)就是穩(wěn)定性好。它由數(shù)根立柱將巨大的平臺(tái)支撐出水面，長(zhǎng)長(zhǎng)的立柱深入海水中，下方有浮力很大的巨型浮箱，通過(guò)調(diào)節(jié)浮箱內(nèi)海水的容量來(lái)控制整個(gè)平臺(tái)的深潛程度，這和潛水艇的原理極為相似。由于浮箱所處的深度位置海水動(dòng)蕩較小，而近海面部分沖擊力較大的海浪對(duì)立柱的影響又相當(dāng)有限，因此大跨度的半潛式鉆井平臺(tái)穩(wěn)定性非常好，足以承受12級(jí)以上的大風(fēng)和20～30米高的海浪。
隨著海上鉆井平臺(tái)技術(shù)的不斷發(fā)展，一種更新型的張力腿式平臺(tái)又出現(xiàn)了。這種平臺(tái)在半潛式平臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用特有的張力腿結(jié)構(gòu)，將平臺(tái)臨時(shí)錨固在海底基礎(chǔ)上，并充分發(fā)揮了鋼制垂直構(gòu)件耐拉性好的特點(diǎn)，更好地限制了鉆井平臺(tái)橫向漂移的傾向，能在近千米水深的海上鉆探。可以預(yù)見，海上鉆井平臺(tái)的不斷發(fā)展，將為人類開發(fā)海洋作出更大的貢獻(xiàn)。
來(lái)源：科普中國(guó)
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參考文獻(xiàn)：
[1]謝彬,王世圣,馮瑋,等.3000m水深半潛式鉆井平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化,2008,(12):34-36.
[2]周珊.王才良.海上鉆井裝置的發(fā)展歷程[J].石油科技論壇.2004,(2):46-51.
[3]楊忠華.半潛式起重生活平臺(tái)總體設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué).2015.
2012年，我國(guó)第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)投入使用[1]，其最大作業(yè)水深達(dá)到2451m。2011年，日本開發(fā)制造了“Wind Lens”平臺(tái)[2]，整個(gè)平臺(tái)安裝了2臺(tái)風(fēng)力機(jī)波浪能裝置和太陽(yáng)能。2018年，世界第一座半潛式智能裝備海洋漁場(chǎng)“海洋漁場(chǎng)1號(hào)”于挪威海弗魯灣海域中投放[3]，整個(gè)裝置具備挪威先進(jìn)的智能養(yǎng)殖技術(shù)同時(shí)結(jié)合了中國(guó)成熟的海洋平臺(tái)建造技術(shù)，總高69m，直徑110m，可抗12級(jí)臺(tái)風(fēng)。
2012年，我國(guó)第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)投入使用[1]，其最大作業(yè)水深達(dá)到2451m。2011年，日本開發(fā)制造了“Wind Lens”平臺(tái)[2]，整個(gè)平臺(tái)安裝了2臺(tái)風(fēng)力機(jī)波浪能裝置和太陽(yáng)能。2018年，世界第一座半潛式智能裝備海洋漁場(chǎng)“海洋漁場(chǎng)1號(hào)”于挪威海弗魯灣海域中投放[3]，整個(gè)裝置具備挪威先進(jìn)的智能養(yǎng)殖技術(shù)同時(shí)結(jié)合了中國(guó)成熟的海洋平臺(tái)建造技術(shù)，總高69m，直徑110m，可抗12級(jí)臺(tái)風(fēng)。
2017年2月13日，全球最先進(jìn)超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”在煙臺(tái)命名交付，其整體用鋼約40000多噸，其中10%為超強(qiáng)超厚鋼。“藍(lán)鯨1號(hào)”是我國(guó)船廠在海洋工程超深水領(lǐng)域的首個(gè)“交鑰匙”工程，具有里程碑意義。
鋼鐵作為海洋工程裝備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于鉆井平臺(tái)、生產(chǎn)平臺(tái)以及海底管道等。
為海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船供油▲
為大型礦砂船供油▲
海軍節(jié)為到訪的多國(guó)艦艇供油▲
為半潛式鉆井作業(yè)平臺(tái)供油
2017年2月13日，全球最先進(jìn)超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨1號(hào)”在煙臺(tái)命名交付，其整體用鋼約40000多噸，其中10%為超強(qiáng)超厚鋼。“藍(lán)鯨1號(hào)”是我國(guó)船廠在海洋工程超深水領(lǐng)域的首個(gè)“交鑰匙”工程，具有里程碑意義。
鋼鐵作為海洋工程裝備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于鉆井平臺(tái)、生產(chǎn)平臺(tái)以及海底管道等。
自升式鉆井平臺(tái)具有定位能力強(qiáng)、作業(yè)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且相比鉆井船和半潛式鉆井平臺(tái)日租金較低，在近海石油開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)共有30多座海上自升式鉆井平臺(tái)，占我國(guó)移動(dòng)式鉆井平臺(tái)的70%以上。
第一座自升式平臺(tái)是1954年制造的“DeLong-McDermott No.1”號(hào)。早期的平臺(tái)為矩形船體，使用8或12根管型樁腿。
以半潛式平臺(tái)為基礎(chǔ)的開發(fā)模式
半潛式生產(chǎn)平臺(tái)（SS）一般是由半潛式鉆井平臺(tái)改裝而成，與水下生產(chǎn)設(shè)施組成一套生產(chǎn)系統(tǒng)，典型的水下生產(chǎn)系統(tǒng)包括一個(gè)水下生產(chǎn)底盤、水下管匯及若干口衛(wèi)星井，水下井生產(chǎn)的流體通過(guò)管匯和生產(chǎn)立管進(jìn)入半潛式平臺(tái)上的處理設(shè)備，經(jīng)處理的原油由泵通過(guò)管線輸送至附近的儲(chǔ)油輪或裝油系統(tǒng)，再由穿梭油輪（Shuttle）外輸。
該海域移動(dòng)式海洋鉆井平臺(tái)包括自升式鉆井平臺(tái)，半潛式鉆井平臺(tái)和鉆井船3種，以自升式鉆井平臺(tái)和半潛式平臺(tái)為主，其中自升式鉆井平臺(tái)（Jackup）約占49.3%；半潛式鉆井平臺(tái)約占48%，鉆井船（Drillship）占僅2.7%；分布在英國(guó)、挪威、荷蘭、丹麥、德國(guó)和波蘭。
7 半潛式平臺(tái)
半潛式平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)，就平臺(tái)外型來(lái)看與半潛式鉆井平臺(tái)基本相同，但其內(nèi)部設(shè)備是油氣處理、轉(zhuǎn)運(yùn)等裝置。半潛式平臺(tái)由上部組塊、浮體、系泊系統(tǒng)等構(gòu)成，具有良好的抗風(fēng)浪能力和穩(wěn)定性。半潛式平臺(tái)長(zhǎng)期以來(lái)被用在鉆井和采油中，是一種比較成熟的技術(shù)，半潛平臺(tái)的適應(yīng)水深在80～2414m，范圍比較廣。
