摘要：自升式钻井平台是浅海油田采油不可缺少的设备之一。本文简单介绍了自升式钻井平台的结构组成，分析了自升式钻井平台的未来发展趋势。
关键词：自升式钻井平台；技术现状；发展趋势
全球自升式平台的发展经历了几次高峰期。未来几年大型自升式钻井平台及装备市场向好，前景乐观。主要原因有：一是现役钻井平台和设备“老龄化”现象加重带来的更新需求；二是油价持续走高驱使石油公司增加设备投资。为满足石油公司对作业安全性与作业能力提高的要求，未来自升式平台的适用水域将更深，作业周期更长，大型化趋势日益明显，造价也由于关键设备与材料的需求大于供给而增加5%～10%。
1 自升式钻井平台未来发展趋势
是不是自升式钻井平台建造的太多了呢？也许从数量上看确是如此，但经过分析后得到的答案正好相反，笔者认为，大型自升式钻井平台及装备市场长期向好，前景乐观，依据主要有以下两个方面。
（1）现役钻井平台和设备“老龄化”现象加重带来的更新需求。自升式钻井平台的设计年限一般是20年，经过翻新后可再使用10年。到2012年，全球有多达77%的自升式平台已达到30年的使用年限，其中一些已经无法翻新或配置较低无法有效采纳先进科技，必须由新平台进行取代。
（2）油价持续走高所带来的利益诱惑力驱动着石油公司增加设备投资。虽然近几年由于经济危机等原因导致油价持续走低，目前仍旧保持在较低位，但随着人口增长和经济发展，未来几年全球能源需求和油价将有望回归高位，尤其是亚太和拉美地区高速的经济发展，将推动石油公司对油气开发继续增加投资。
2 自升式钻井平台的结构分析
自升式钻井平台主要是由平台结构、桩腿和升降传动装置相互组建而成。平台在作业过程中，依靠升降装置的支撑，将平台升到海平面以上，避免其受到海浪的冲击，采用锁紧机构紧紧固定平台，在桩腿的支撑力度下，站立在海底上完成钻井作业。待作业完成之后，再利用升降装置把平台降到海面，受海水浮力作用的影响，支撑整个钻井平台，把桩腿拔出，升到拖航位置处，便可以在拖船的牵引力下，拖航到下一个井位作业中去。桩腿是自升式钻井平台的重点部位。如果作业水深加大，那么桩腿尺寸、长度以及质量也会随之增大，从而影响钻井作业和平台拖航过程的稳定性。按照不同的形式，可以将自升式钻井平台划分为多个结构类型，下面就分别对这些类型展开介绍。
2.1 按桩腿形式分类
自升式钻井平台按照桩腿结构形式可以分为柱体式平台和桁架式平台两种类型，如下图所示：
柱体式 桁架式
其中，柱体式桩腿一般适用于作业水深60m以下的自升式平台，它主要由钢板焊接而成，其截面分为方箱形和圆柱形两种。当前，水深不断加大，桩腿长度和质量也随之增加，波浪载荷增加，此刻的柱体式桩腿已经无法满足实际发展现状，因此，必须采用桁架式桩腿。桁架式桩腿由斜撑杆、弦杆以及水平撑杆互相构成，在弦干上装置齿条。按照地质情况将桩腿设置为桩靴，桩靴的截面有圆形、方形等多种类型。
从桩腿数量来看，当前主要有3根和4根。3根桩腿是自升式平台获取稳定支撑最少的数量。在作业水深增大的时候，首先考虑桩腿的质量和尺寸，采取3根桩腿，能够从很大程度上减少升降装置数量，有利也有弊，缺陷便是如果任何一条腿失效，那么平台便无法继续工作，甚至带来安全事故。3根桩腿在预压工况的时候，不能和4根桩腿那样，采用对角线交叉的方式，并且还需要压载水，相对而言，复杂性高。如下图：
三根桩 四根桩
根据形状的不同，桩体可以分为三角形桩腿和四角形桩腿，如下图所示：
三角形桩腿钻井平台 四边形桩腿钻井平台
从俯视角度来看，三角形桩腿是标准的等边三角形结构，四边形桩腿则是标准的矩形结构。当前，人们普遍采取三角形桩腿形式。针对中小型自升式钻井平台而言，作业水深度较浅，比较适用于4根柱体式桩腿，平台主体平面呈现矩形。大中型钻井平台作业水深较深，适用于3根桁架式桩腿，平台主体平面呈现三角形。
2.2 按升降装置形式分类
自升式钻井平台按照升降装置形式可以分为机械式升降平台、液压举升式升降平台和液压爬升式升降平台三种类型。机械式升降平台是传统的升降平台，当前社会发展迅速，已经被时代所淘汰。液压举升式升降平台采用液压缸实现钻井平台的升降控制，传动效率高，体积小，便于控制，灵活性更好，可是缺陷是速度缓慢，无法实行连续升降操作，操作起来复杂，对于液压阀件和液压油有着很高的要求。液压爬升式升降平台利用齿轮齿条之间的相互配合，实现了钻井平台的升降控制。齿轮齿条式升降结构能够实现连续升降操作，操作灵活，速度快，可是缺点为体积较大，需要大型的减速机构，当平台起升之后，依靠刹车制动，使得升降过程中，升降机构一直受力，对于齿轮齿条有着很高的要求。
2.3 按照井口形式分类
按照井口形式，可以将自升式钻井平台分为凹槽式和悬臂式两种类型。
凹槽式平台在上个世纪出现，并且受到了广泛应用，目前被快速发展的社会所淘汰。
悬臂式平台又被分为普通悬臂梁和X-Y箱体悬臂梁，普通的悬臂梁分为箱体式和甲板式两种类型。悬臂梁的作用是通过纵向位移和钻台的横向位移，使转盘中心对准井口，其中，不同类型的悬臂梁操作特点如下所示：
第一，普通甲板式悬臂梁；通过上甲板可以携带套管、钻杆或者其它物品共同移动，相当于整个活动的井场场地，作业方便。悬臂梁甲板下和平台主甲板之间形成了一个很大的空间，并且方便存放其它类型的物质。
第二，普通箱体悬臂梁；箱体式悬臂梁除了具备以上甲板以外，它和底部甲板还形成了一个封闭箱体。在箱体内，可以安装固控设备，防喷器以及储能器等设备，并且伴随着悬臂梁共同移动。
第三，X-Y悬臂梁；该种技术来自于荷兰设计公司GUSTO MSC的专利技术。因为对悬臂梁整体强度有着很高的要求，所以X-Y悬臂梁必须是箱体结构。X-Y悬臂梁和钻台是共同体，在平台主甲板上做整体纵向、横向移动。X-Y悬臂梁是当前悬臂梁的主流形式。
3 结语：
自升式钻井平台造价相对而言比较低，移动性能好，对于海底地形有着很强的适应能力，是当前数量最多应用最为广泛的移动钻井平台，我国不管是在设计建造还是在应用中，都逐渐追赶上了国外发达国家。自升式钻井平台的发展，必将成为海洋资源开发利用的重点。
参考文献：
[1]罗宏志，蒙占彬.国内深水自升式钻井平台发展概况[J].中国海洋平台，2010，02.
论文作者:杨科
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：平台论文; 悬臂梁论文; 作业论文; 甲板论文; 箱体论文; 柱体论文; 角形论文; 《电力设备》2017年第28期论文;