[科普中国]-坐底式钻井平台

坐底式钻井平台（submersible drilling platform）又叫钻驳或插桩钻驳，亦称“沉浮式钻井平台”，具有构造比较简单，投资较少，建造周期较短等优点，钻井时坐落于海底，移位时浮到海面上，适用于河流和海湾等30m以下的浅水域，海床平坦的浅海区域进行油气勘探开发作业。

平台简介坐底式钻井平台有两个船体，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。该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。所以该平台发展缓慢。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，对于开发此类浅海区域的石油资源，坐底式钻井平台仍有较大的发展前途。20世纪80年代初，人们开始注意北极海域的石油开发，设计、建造极区坐底式钻井平台也引起海洋工程界的兴趣，已有几座坐底式钻井平台用于极区，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。

工作原理坐底式钻井平台工作原理是利用其浮体（沉垫或稳定立柱）灌水下沉，用几个立柱支承固定高度的上层平台进行作业，当作业完成后，排除浮体（潜体）中的水而起浮，转移到另一个作业点。该种平台名称较多，中国海上移动式钻井平台入级与建造规范中将它称为坐底式钻井平台，是从它的接地方式而命名的，反映了坐底工作的特点，应成为它的正式名称，但也有些称以及可沉式或沉浮式，以及固定甲板高度式。

坐底式钻井平台是海上移动式平台中产生最早的一种。早期的钻探作业是将钻井设备安装在驳船上，然后下沉坐在海底进行钻进作业。由于驳船型深有限，工作水深很浅，而且它抗风、浪能力很差，很快就被后来的沉垫坐底式和格管坐底式所代替，形成现代的坐底式钻井平台，由上部平台、下部结构和立柱支撑结构三个主要部分组成。1

主要分类坐底式钻井平台从接地形式、沉浮稳性和立柱功能等方面可分成以下类型：

一、驳船坐底式。它是坐底式驳船，驳船本身起着上部平台和下部浮体的作用，只可用于极浅的水域。以后的坐底式钻井平台是从它演变而成的，早期的钻井驳船多采用该种型式，工作水深一般在5m以内。

二、沉垫坐底式。按立柱的粗细和作用可分成以下两种：

1、稳定立柱沉垫坐底式，是粗立柱坐底式钻井平台，立柱除支承上部平台外，在沉、浮过程中可保持平台稳性，平台可平稳下沉和起浮，适用于较大工作水深，一般在10m以上。

2、细立柱沉垫坐底式钻井平台，立柱只起支承上部平台并连接下部沉垫的作用。当平台下沉时，一旦水深超过沉垫的型深时，水线面突变，平台的下沉稳性不能保证，适用水深较小，只有在沉垫型深的水深范围内，平台可平稳沉、浮，当超过时，应采取一头先下沉（或起浮）或采取其它措施沉浮，多用于10m水深以内。

沉垫坐底式钻井平台适用于较平坦的海底，地基承载力较差的海床条件。

3、格管坐底式，立柱都是大型稳定立柱，常作成钢瓶式变载面的，在波浪作用压变成细瓶口状，钢瓶立柱，既起支承作用，又起浮体作用，设有压载水舱。平台底部结构不用沉垫，而是用格管连接各立柱，形成整体结构，格管有纵、横格管、卧在海底，适用水深较大，一般在10m以上，可达25m至30m，且地基承载力较好的海床。

坐底式钻井平台在国外海上移动式平台规范中不再单列，而是归到立柱稳定式平台中，它包括半潜式平台和坐底式钻井平台，半潜式平台坐底工况和坐底式钻井平台坐底工况相同。国外极浅海海域的油气资源已开发完了，而中国极浅海尚未开发。从以上坐底式钻井平台分类可看出，坐底式钻井平台不全是立柱稳定式，在10m以内水深的坐底式，常用细立柱，采用一头先下沉或起浮，胜利1号至胜利4号坐底式钻井平台都是此种型式。新设计建造的胜利开发1号和2号坐底式采油平台也是细立柱沉垫坐底式钻井平台。由于中国极浅海海域油气资源开发刚刚开始，在中国极浅海勘探开发中仍将发挥重要的作用。1

设计工况拖航工况它是指由一个地点被拖到另一个地点的工况。拖航工况下平台处在漂浮状态。它受到的静载荷包括平台结构自重、固定装置、供应品和压载重量以及浮力；环境载荷包括拖航状态下的风力、波浪力和海流力；此外，由于平台在拖航中有摇摆、升沉惯性力和漂移惯性力，如运动加速度不大，则可忽略。

沉浮工况它是指平台由漂浮状态向坐底状态转变，或由坐底状态向漂浮状态转变的过渡工况，是坐底式钻井平台特有的工况。而对于一头先沉或一头先浮的平台，还应考虑由于平台倾斜状态下，倾斜重力对平台的作用。环境载荷应考虑工况条件下的风力、波浪力和海流力。为保证沉浮操作的安全，应限制沉浮工况的风、浪条件。

正常作业工况它是指平台在坐底状态下进行正常生产作业的工况。正常作业是指与生产有关的全部作业，对于钻井平台，它包括处理各种事故的作用。该种工况下的静载荷包括平台自重、所有固定装置、供应品、压载重量、浮力和作业载荷；若作业载荷是动载荷，则应按动载荷考虑；环境载荷应取册中规定的正常作业允许的最大环境载荷和海床对平台的支持力。

坐底自存工况它热平台承受最恶劣设计环境载荷状态下，坐底不进行作业的工况。平台的全部重童靠平台的浮力和海底对平台的反作用力支持。静载荷包括平台自重、固定装置、供应品、压载重和浮力等，必要时，可以抛弃部分装载；环境载荷按设计的极端环境载荷，应考虑海床对平台的支持力；对于有定位桩的平台还应考虑桩作用在平台上的力。1

结构组成1、上部平台和上甲板。上部平台主要为海上作业提供生产和生活的场地。

甲板有单层和双层，主要根据生产工艺和生活设施的布置确定。对于坐底式钻井平台，其钻井设备、动力设备、井场和生活楼等均布置在平台甲板上。对于极浅海坐底式钻井平台可作成单层甲板，采用轻型梁板结构，如胜利1号的甲板。若水深增大，工艺布置需要，上部平台设计成箱形结构，如胜利3号的上部平台。

上部平台的非浸水结构，不考虑波浪的直接作用，上部平台最低构件下沿与波峰之间的峰隙高度C不必大于1.2m，但不应小于下式的计算值：

C=0.1（H1+H2+H3），式中H1为天文潮潮高（m），H2为风暴潮潮高（m），H3为最大设计波高在设计高潮水面以上的高度。

2、沉垫和格管。

沉垫坐底式钻井平台，其沉垫为浮体结构，为拖航和起浮提供浮力，同时它可有效地传递并分配立柱和撑杆传下来的载荷给地基。沉垫中可布置压载水舱、淡水舱、燃油舱和泵舱等。沉垫的尺度和型式对平台着底稳性有重要的影响，它受到地基反力作用。格管坐底式钻井平台是通过下部的格管将稳定立柱连接成一个整体，它与立柱底部共同支承平台的重量，平台的载荷通过立柱和格管传给地基。格管可纵、横交叉布置，也可沿立柱轴线方向布置。

3、立柱和撑杆。

稳定立柱常设计成有构架支撑的壳体结构，细立柱和撑杆常采用钢管。立柱和撑杆把上部平台和下部结构连接成一个空间构架，并将上部平台的载荷传到下部结构；相反地，也把下部结构受到的外力传递到上部平台，立柱和支撑结构是承上启下，波浪力、海流力和冰力作用在立柱和撑杆上。

4、抗滑桩和防冲刷结构。

对于沉垫坐底式钻井平台，工作在风、浪、流较大、海底土壤较差的海域，一般都设置抗滑或防冲刷结构。为防止滑移，常采用抗滑桩，胜利1号至4号均采用抗滑结构。为增加抗滑和防冲能力也可在沉垫上设置垂直裙板，但要减少一部分吃水，对于极浅海坐底式钻井平台不适用。胜利4号平台采用活动式水平裙板，铺在沉垫四周，每块裙板用6m*5m*5mm的钢板，对防冲刷取得较好效果。1

应用情况坐底式钻井平台投入浅海石油勘探开发中，发挥了重要作用，并培养和锻炼了一支设计、建造、操作和管理的队伍，在解决沉浮稳性、抗滑稳性，向极浅海迈进等技术问题上取得了好的成绩。1

坐底式钻井平台已应用于中国浅海钻井平台、采油平台和储油平台，并正在设计研制铺管平台，生活平台，动力平台和起重、打桩、施工作业平台，有着广阔的应用前景。在10m水深范围内，已有较成熟的设计、建造和使用的经验。国外坐底式钻井平台统计资料表明，坐底式钻井平台较经济的工作水深范围为3m至25m，工作水深在3m至10m、11m至20m、21m至30m三个范围大约各占三分之一左右，25m水深以内占95%，18m水深以内占65%。中国现有的坐底式钻井平台均在10m水深以内。随着勘探开发水深的增加，在10m至20m水深范围内，坐底式钻井平台在中国浅海勘探开发中有着广阔的应用前景，应研究立柱稳定坐底式钻井平台，以满足平稳沉浮的稳性要求。1

防腐措施对坐底式钻井平台宜采用如下防腐措施：

1、在甲板及其上层建筑部分均可采用适合于海洋大气区的相应涂料保护；

2、在甲板下面及立柱上半部分或大部分均可采用适合于飞溅区的相应涂料保护，也可在立柱下半部或根部安装少量铝阳极保护；

3、沉垫可采用涂料加铝阳极相结合进行保护，在拖航水线以下可采用适合于全浸区的相应涂料，在拖航水线以上则可采用适合于飞溅区的相应涂料。

由于坐底式钻井平台的沉垫底部大部分时间是和海底土壤接触，而铝阳极在土壤中容易钝化，电流效率会降低，其主要原因是腐蚀产物结成“痴”难以溶解，形成高电阻的板状结块，阻止阳极电流的输出，使阳极无法正常工作。为使铝的钝化特性改变，可向铝中加入适量的锌、锢、锡、镁、钦等元素，变成铝合金阳极，这样可以改变铝表面钝化膜的成分和性质，促使膜的溶解和脱落，使铝阳极具有足够的驱动电位和稳定的电流输出。在沉垫底部可采用上述改进的适用于海底土壤的铝合金牺牲阳极。2

本词条内容贡献者为:

赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学