海洋深水平臺(tái)的建造與安裝

佟玉軍

海洋石油工程股份有限公司，天津 300456

海洋平臺(tái)（platform;offshore unit），是指用于海上油氣資源勘探、開(kāi)發(fā)的移動(dòng)式、固定式平臺(tái)等統(tǒng)稱。由上部結(jié)構(gòu)、設(shè)施與設(shè)備、支承結(jié)構(gòu)等組成。一般都有動(dòng)力設(shè)施、機(jī)械移動(dòng)設(shè)施、管道設(shè)施、鉆井設(shè)施，生活設(shè)施，飛機(jī)起降設(shè)施等。主要是保證平臺(tái)能夠打井，運(yùn)油，移動(dòng)的要求的。按其結(jié)構(gòu)特性和工作狀態(tài)可分為固定式、活動(dòng)式和半固定式3大類。

1 我國(guó)海洋工程深水平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

目前的海上石油鉆井平臺(tái)可分為固定式和移動(dòng)式兩種。固定式鉆井平臺(tái)大都建在淺水中，它是借助導(dǎo)管架固定在海底而高出海面不再移動(dòng)的裝置，平臺(tái)上面鋪設(shè)甲板用于放置鉆井設(shè)備。支撐固定平臺(tái)的樁腿是直接打入海底的，所以，鉆井平臺(tái)的穩(wěn)定性好，但因平臺(tái)不能移動(dòng)，故鉆井的成本較高。

為解決平臺(tái)的移動(dòng)性和深海鉆井問(wèn)題，又出現(xiàn)了多種移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，主要包括：坐底式鉆井平臺(tái)、自升式鉆井平臺(tái)、鉆井浮船和半潛式鉆井平臺(tái)。

半潛式鉆井平臺(tái)其結(jié)構(gòu)形式與坐底式鉆井平臺(tái)相似，上部為鉆井的工作平臺(tái)，下部為浮筒結(jié)構(gòu)。它綜合了坐底式鉆井平臺(tái)和鉆井船的優(yōu)點(diǎn)，解決了穩(wěn)定性和深水作業(yè)的矛盾。鉆井作業(yè)時(shí)，平臺(tái)呈半潛狀態(tài)漂浮在海面上，浮筒在海水下的20m～30m處，受大海風(fēng)浪的影響小，所以平臺(tái)的穩(wěn)定性比鉆井浮船要好，鉆井作業(yè)結(jié)束，排出水形成浮箱后可進(jìn)行拖航，是目前海上鉆井應(yīng)用較廣泛的一種石油鉆井平臺(tái)。

2 深海石油開(kāi)發(fā)是發(fā)展的必然

從高技術(shù)高投資角度來(lái)看，以目前水平計(jì)算，海洋鉆井每米耗資約1萬(wàn)元人民幣，海上鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)每平方米造價(jià)高達(dá)2萬(wàn)美元，建設(shè)一個(gè)中型海上油田投資總要在6億美元以上，一個(gè)大型油田總投資至少數(shù)十億美元。盡管這樣，海上油田的豐富蘊(yùn)藏是誘人的。1990年以來(lái)，我國(guó)石油開(kāi)采增量的一半來(lái)自海洋油田。進(jìn)入21世紀(jì)，這一趨勢(shì)更加明顯。根據(jù)專家推測(cè)，我國(guó)南海的曾母盆地、沙巴盆地、萬(wàn)安盆地的石油總儲(chǔ)量將近200億t，是世界上尚待開(kāi)發(fā)的大型油藏之一，其中有一半以上的儲(chǔ)量分布在我國(guó)海域。

隨便技術(shù)的不斷發(fā)展，深海開(kāi)發(fā)的技術(shù)日益成熟，以近年來(lái)為例，開(kāi)發(fā)深度越來(lái)越大（詳見(jiàn)表1）。

表1

以“海洋石油981號(hào)”為例，這個(gè)平臺(tái)“身高”136m，“體重”3萬(wàn)t。是我國(guó)自行建造的當(dāng)今世界最先進(jìn)的第6代3000m深水半潛式鉆井平臺(tái)（此次在墨西哥灣溢油大火中沉入海底的是第5代平臺(tái)）。它已于今年2月26日在在上海順利出塢。它具有勘探、鉆井、完井與修井作業(yè)等多種功能，最大作業(yè)水深3000m，鉆井深度可達(dá)10000m。平臺(tái)甲板面積相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小，平臺(tái)上電纜總長(zhǎng)度650公里，相當(dāng)于圍繞北京四環(huán)路的10圈。平臺(tái)總造價(jià)約60億元，計(jì)劃在2011年建造完成并投入使用。

在此基礎(chǔ)上，海洋油氣田開(kāi)發(fā)工程模式也越來(lái)越豐富，越來(lái)越體現(xiàn)出系統(tǒng)性和個(gè)性化，為深海石油工程提供了理論依據(jù)。海洋工程模式，主要分為全海式海洋和半海半陸式油氣田工程模式。其中全海式又細(xì)分為：中心平臺(tái)+井口平臺(tái)+儲(chǔ)油平臺(tái)+海底管線；綜合平臺(tái)+井口平臺(tái)+海底管線；中心平臺(tái)+井口平臺(tái)+FPSO/SPM+海底管線；FPSO/SPM+井口平臺(tái)+海底管線；FPSO/SPM+水下井口+海底管線。半海半陸式海洋油氣田開(kāi)發(fā)工程模式分為：中心平臺(tái)+井口平臺(tái)+海底管線+陸上終端和井口平臺(tái)+FPSO/SPM+海底管線+陸上終端兩種模式。

3 海洋平臺(tái)建造安裝程序

海洋平臺(tái)安裝包括以下內(nèi)容：海上安裝大型裝備；導(dǎo)管架和組塊裝船；導(dǎo)管架和組塊運(yùn)輸；導(dǎo)管架和組塊下水；導(dǎo)管架扶正座底；導(dǎo)管架調(diào)平、打樁、灌漿；上部設(shè)施安裝。

海洋平臺(tái)建造，通常分以下步驟：

加工設(shè)計(jì)；

建造場(chǎng)地及設(shè)備；

建造程序；

焊接與檢驗(yàn)；

加工設(shè)計(jì)圖紙及材料清單；

單件和分片預(yù)制方案；

組裝方案；

焊接方法及焊接程序；

焊接檢驗(yàn)方法及檢驗(yàn)程序；

試驗(yàn)方法及試驗(yàn)程序；

重控方法及重控程序；

施工方案的結(jié)構(gòu)計(jì)算。

海洋平臺(tái)建造，通常包括以下建造程序：

材料加工；

鋼管卷制；

單件預(yù)制；

分片預(yù)制；

立片組裝；

結(jié)構(gòu)總裝；

附件組裝；

結(jié)構(gòu)涂裝；

完工。

4 結(jié)論

隨著人類對(duì)油氣資源開(kāi)發(fā)利用的深化，油氣勘探開(kāi)發(fā)從陸地轉(zhuǎn)入海洋。因此，鉆井工程作業(yè)也必須在浩瀚的海洋中進(jìn)行。在海上進(jìn)行油氣鉆井施工時(shí)，幾百噸重的鉆機(jī)要有足夠的支撐和放置的空間，同時(shí)還要有鉆井人員生活居住的地方，海上石油鉆井平臺(tái)就擔(dān)負(fù)起了這一重任。由于海上氣候的多變、海上風(fēng)浪和海底暗流的破壞，海上鉆井裝置的穩(wěn)定性和安全性更顯重要。

[1]馬紅艷，劉書(shū)田，顧元憲，魏鵬.海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)形狀與拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].海洋工程，2001(4).

[2]王瑜.基于有限元分析的自升式平臺(tái)桁架腿選型優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].天津大學(xué)，2009.

[3]趙忠華.海洋平臺(tái)局部振動(dòng)測(cè)試與分析[D].天津大學(xué)，2009.

[4]翟鋼軍.海洋固定平臺(tái)模糊優(yōu)化與模糊可靠性研究[D].大連理工大學(xué)，2001.