1.课题研究背景及意义

1.1研究意义背景及意义

随着工业的高速发展，我国内陆石油资源日渐枯竭，多数与石油相关的下游企业高度依赖进口。而我国有着丰富的海洋石油矿藏，海洋油气资源的开发直接关系到相关产业的进一步发展，影响着我国能源和经济安全的稳定。我国是典型的内陆石油资源匮乏的国家，目前就我国内陆石油资源而言，占石油总产量80%的油田开发基本已经进入末期，尤其以东部地区更为突出，60%以上油田呈现出年产量连续减少的态势。尽管国家政府一直致力于倡导西部大开发，但由于西部地区的历史和地理问题，油气资源的开发不能形成规模化的生产，所以我国内陆石油生产正处于一个青黄不接的阶段。海洋石油资源的开发可以很好的弥补交替间石油供给的空缺。从我国我国土面积来看，我国有着将近320万km²的海域面积和130多万km²的近海大陆架，埋藏着约239亿吨的石油地质资源和约16万亿m³的天然气存量，油气资源可以说是十分丰富。我国海洋石油天然气资源的开发意义重大，在海洋石油资源开发产业的带动下，相关的设备产业也迎来了快速发展的时期，进一步确保了我国海洋石油资源的持续开发和能源结构的稳定^[1]。随着海洋石油作业从大陆架逐渐向着深海延伸，海洋石油钻井平台作为海洋石油资源开发的主要设备，钻探平台技术和设备升级势在必行^[2]。

而随着我国对深海领域的探索，原来的坐底式平台越来越无法满足现在的要求，所以现在发展起来了自升式钻进平台。自升式钻井平台，是指人们在海洋探测作业时，修建的可以站立在海床上的，采用桩腿进行船壳承托、作业面下伸工作的平台装置，海平面与船壳在桩腿的控制下，其之间有着较大的距离。该平台的主船体部分，对于勘探、开采的机械设备可以发挥出承载、采油等功能。根据桩腿的数量，可以分为两种形式（三腿式、四腿式）^[3]。桩腿通常分为壳体式和桁架式两类，壳体式桩腿（圆柱或方柱）一般只用于60～70 m以下的水深，而深水自升式平台一般都使用桁架式桩腿。平台就位后，桩腿从围井区下放，桩靴（或沉垫）插入海底，主船体抬升离开水面并预留一定气隙。平台工作时，悬臂梁结构外伸配合钻台就位，实施钻探作业。悬臂梁主体一般为框架结构，井架和钻台均安装于悬臂梁，悬臂梁通过轨道及滑动装置与主甲板连接。由于自升式平台的大型结构部件之间可以发生相对移动，其适应性强，所以现在大部分采用的自升式钻进平台^[4]。

1.2国内外研究现状

1.2.1自升式钻井平台的历史概况

美国人Samuel Lewis 早在 1869 年就最先申请了自升式钻井平台专利 。 1954 年, 世界上第一座自升式钻井平台“德隆 1 号”(DeLong No .1, 又称 Off-shore No .51)问世。它有10条桩腿, 儿每条桩腿直径 1.8m(6ft),48.8m(160ft), 采用了 L .B .德隆设计的升降系统。在“德隆 1 号”建成后6个月后,由 Bethlehem 公司设计的第一座沉垫支撑自升式钻井平台“嘎斯先生 1 号”(Mr .Gus 1)建造完毕。在1956 年 ,美国发明家 R.G .Le Tourneau^[5]设计的第一座三腿自升式钻井平台“天蝎号”(Zapata Scorpion)建成交付 Zapata Offshore 公司使用。美国前总统乔治.布什时任Zapata Offshore 总裁时大胆采用了 Le Tourneau 创新的桁架式桩腿及齿条和齿轮升降系统的平台设计。“天蝎号”平台型长56.7m(186ft),型宽 45.7m(150ft),桩腿长42.7m(140ft), 总重4000t ,是独立桩腿式平台,也是现代自升式钻井平台的雏形。1963年,第一座由 LeTourneau 公司设计的斜桩腿式平台“Dixi-lyn250 号”建造完毕。第一座可在北海常年工作的自升式钻井平台“猎户星座号”(Offshore Orion)于 1966年建成。第一座自航式平台“水星号”(Offshore Mercury)于1969年下水。这两座平台皆由当前全球最大的海洋钻井承包商 Transocean Inc^[6]的前身之一滨海公司(Offshore Company)自主设计。

随着材料、设计与建造水平的不断进步, 自升式钻井平台的工作水深不断提高。在2003 年建成的 Rowan“波勃.帕尔麦号”(Bob Palmer)是 Le-Tourneau 公司的“Super Gorilla XL”设计型号 , 它创下了在墨西哥湾 168m(550ft)水深工作的记录, 它的总高度约为 273m , 达到金茂大厦总高度的2/3。据 RIGZONE 网站统计 ,到 2002 年底, 全世界共有 397 座自升式钻井平台^[7]。

1.2.2国外自升式钻井平台研究发展状况

国外自升式钻井平台设计公司主要有美国的LeTourneau 公司、Baker Marine 公司 (现被 PPL 收购)、Friede ＆ Goldman^[8] 公司、BASS 与 BMC 公司，荷兰的 MSC 公司，法国的 NOV-BLM 公司、CFEM公司、KEPPEL 公司以及日本的三井海洋开发与HitachiZosen 公司等^[9]。 这些公司目前在自升式钻进平台设计方面处于国际领先地位，并且引领着自升式钻井平台的技术发展趋势。其中LeTourneau公司是世界自升式钻井平台设计的先驱，全球目前在役的自升式钻井平台约有1/3采用其基本设计。20世纪80年代，FRIEDE＆GOLDMAN公司申请了针对作业水深在300英尺及以上的自升式钻井平台齿条式锁紧系统（Rack Chock Fixation System)的专利，该技术使得自升式钻井平台能够适合在水深更深、海况更恶劣的水域作业，并推出了以L780、Super M2和JU2000E^[10]型为代表的自升式钻井平台设计，并获得成功^[11]。特别是JU2000E型400英尺自升式平台获得了业界的普遍认可，优势明显，占据了400英尺自升式钻井平台的绝大部分市场份额。荷兰Gusto MSC^[12]公司开发的CJ系列自升式钻井平台，适合北海和加拿大东海岸等水域作业，具有鲜明的技术特点^[13]。