[科普中国]-钻井船

设备简介

钻井船，英文名：/ Drill Ship，用来在水上钻井并移位的船。钻井时漂浮水上，适于深、浅水作业。多将井架设在船的中央，以减小船体摇荡对钻井工作的影响。具自航能力，无自航能力的称为“钻井驳”。

采用锚泊系统或动力定位系统，使船锚碇于海底井口上方进行钻井的装置。早期形式为钻井驳船，多用旧船改装，只适用于浅海风浪较小的海域。现代钻井船多为专门设计，全部钻井和生活设施都在船上，能自航并有向大型化发展的趋势。移动灵活、适应水深大、可变甲板载荷大，自持能力强。缺点是受风浪影响大、稳定性差。采取的技术措施有：1，设减摇鳍以减轻船的摇摆；2，采用DP动力定位，位置精度可达5米之内；,3，钻杆和升沉补偿装置等，以适应钻井船的摇摆、位移和升沉；4，配备水下防喷器，隔水管，采油树、ROV等水下设备；动力定位系统由声纳发生器、接收器、DGPS，信号传感器，电子计算机及全回转推进器组成。水下井口的声纳发生器发出信号，船底的接收器能测出船的偏移方位和数值； DGPS天线接收的卫星定位信号； 风速仪，测速仪测得的信号一起输入计算机，计算机运算并自动控制相应的推进器运转发出推力使钻井船复位，不需抛锚。

钻井船可简单分成3大基本部分，钻井模块，动力模块，生活模块。钻井模块集中在钻井船中部，主要因为动力定位系统和船舶稳性的影响，水下设备和钻杆通过船中的开口的月池下放入水。

动力模块集中在尾部，推进器分布在船的首尾，为钻井船航行及钻井模块设备提供足够的能量；生活模块集中在首部，大型的钻井船生活区域的可居住容纳人数可达200人以上，配备直升机平台；为减少营运费用及加强安全，现阶段新式钻井船主要采取紧凑型设计，双井架；采用长度90尺隔水管，浮体直径58英寸；双7 mm 水下防喷器；可变甲板载荷可达15000吨；工作水深12000英尺。

发展沿革钻井船的建造集中期分三个阶段：一是1975~1977年，二是1981~1983年，三为1998~2000年（建造数量最多）。现有钻井船中，船龄为10～15年的占一半，20～30年的占一半。2008年全球共有44艘钻井船，主要分布在巴西、西非和南亚等地。主要建造国家是韩国和日本。韩国主要有三星重工、现代重工、大宇造船，日本主要是三菱重工、三井造船、日立造船等。设计公司主要有荷兰MSC公司、Offshore Discoverer公司等。此外，近年来，韩国船企不断开发设计出新概念船，在海上钻井设备船开发和建造上已取得国际领先优势，成为国际海洋油气设备市场上高技术含量、高附加值产品。如三星重工开发出LNG～FPSO，并从英国的石油公司承接到订单；其他如大宇造船、现代重工正在着手研发设计新概念船包括：FDPSO船、破冰FPSO船、破冰油船、破冰箱船、双钻塔式钻井船等。 总体而言，在钻井设备中，目前自升式钻井平台、半潜式钻井平台和钻井船在海洋石油勘探中使用最为广泛，它们均有各自的特点，比如适用于深海钻井的主要是半潜式钻井平台和钻井船，其中深海半潜式钻井平台技术从第一代已发展到第六代，目前以第六代为主，适用于工作水深为3,048～3,810米的极恶劣海洋环境，采用动力定位系统；而现有的钻井船也大多数采用动力定位，适用于1,000多米的水深。所以，深海半潜式钻井平台主要活跃在英国北海、美国墨西哥湾、巴西、西非、澳大利亚等海域，现有钻井船主要活跃在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域，而自升式钻井平台只能活跃于近海海域。1

钻井船是浮式钻井装备，在规范上归于移动式近海钻井装置(Mobile OffshoreDrilling Unit)一类。按船级社的统计，钻井船是应用较多的移动式装置：目前约有钻井船85艘，半潜式平台225座，自升式平台约500座，钻井驳船50艘，内河(钻井)驳船80艘，坐底式平台7座，改装的供应船等约35艘。后4种适用水域有限，不是主流的钻井装置。

(一)钻井船建造阶段

钻井船建造较多的年代有3段，都是适应当时海洋开发的需求、钻井装备设计建造的能力以及投资额交集的产物：(1)20世纪70年代中至80年代初；(2)1997—2001年；(3)2009年至今。

对钻井船来说，以上时代沿革不单单是年代的历程，也是技术、等级的进步。与半潜式平台相仿，最新设计建造的钻井船也被称为第六代产品。

(二)钻井船设计要求

采用船型钻井装置设计(是在满足了钻井系统所需的安装和作业空间、装载的合理设计前提下)着重于以下几个方面。

(1)具有较大的甲板装载能力，可携带的钻杆、套管、油管、泥浆等钻井消耗品储备很大，可减少供应船的补给需求，从而降低费用和提高钻井进程；

(2)具有较强的自航能力，船速也较快，机动性好，便于迁移至新井位；

(3)如有需要，钻井船可以设计成能储存石油产品，并如同生产储油船那样，能进行初步油气处理。其他移动式钻井装置如自升式平台、半潜式平台都不具备储油能力。

而钻井船的缺点也非常明显，正如前面已经提到的那样，它在风中的摇摆和漂移都比较大。有人将它与半潜式平台作了比较，认为作为浮体，钻井船稳定性较差而且定位和减摇要求高，能源消耗大，特别是深水钻井船作业海况高，风浪流大，安装着大功率动力定位系统，油耗很大。一位资深石油专家曾感叹：深水动力定位，那简直是在烧油。2

特点现代钻井船，即所谓第五代、第六代钻井船最显著的特点是深水作业能力，超过2500m(8000ft)，达到3000m(10000ft)，3600m(12000ft)。这在技术上要有一系列的创新，如动力定位系统，为适应深水作业的钻井设备优化，其中最具特色的是双钻井系统技术(Dual Activity Drilling Technology)的应用。双钻井系统，顾名思义，即安装了两套钻井系统，包括大车、转盘、泥浆系统等，钻塔(井架)也要能支撑两套钻井系统的作业，一种还是传统的桁架式结构，尺度宽一些，安装两套起吊机构，另一种是新开发的井架结构。2

钻井船是设有钻井设备、能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式钻井装置。较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。但缺点是稳定性差，作业效率降低。为了提高稳定性，科学家设计出双体船、中心抛锚式和舷外浮体等型式。钻井船由于船身阻力小，移动井位很方便，在钻井装置中机动性最好，作业水深大，一般可在水深大于600米的海域钻探，但也需有相应的动力定位设施。20世纪60年代开始在钻井船上安装了动力定位装置。这种装置利用安装在钻井船底部的检波器来接受海底声呐信标发射的信号，通过船上安装的电子计算机，自动指令船的推进器工作，调整船只的偏移，使钻船始终保持在井口上方允许钻井作业范围内。世界上最大型深海钻井船于1995年开始建造，于2000年已经投人使用。该船长165米，总吨位
1.5万吨，定员130人，船内备有供各种实验用的研究设备、分析仪器，计算机等，该船的海底钻井深度可达3500米，建造费用达50亿日元。建成后，该船将成为一艘浮动的海上综合研究中心，并可到各个海域采集地壳样品。活动式钻井平台不仅数量增加很快，而且平台的技术性能也有了很大的提高。例如，日本三菱重工业公司为瑞典斯坦纳海运公司建造的半潜式平台，能经受速度为每秒51.5米的大风，高达33.5米的波浪和每小时3海里的海流袭击，能在没有补给的情况下连续工作100天。

另外，芬兰为苏联建造的世界上第一艘防水石油钻井船，安装了一种特殊设备，一旦发现冰山袭来，可迅速撤离井场，并能以13节的速度航行。格洛玛·挑战者号钻的探船能在7千米深的海上，依靠电子计算机控制的动力定位设备，使钻探船始终保持在所确定的井位上方一定范围内；利用声呐自导的再进钻孔装置，使钻探船可以在一个钻探地点，10多次更换磨损的钻头，继续进行钻探，大大提高了钻井的深度。目前海上石油钻探最深的探井，已能钻到海底下6.963千米。世界各国的钻井船已超过100艘，新问世的钻井船排水量不断增加，钻井设备贮存更多，同时提高了深水作业能力。3

优缺点钻井船的主要优点：①自航式钻井船调遣迅速，移动性能好，而且航速较高；②水线面积较大，船上可变重量的变化对钻井船吃水的影响较小；③储存能力较大，海上自存能力强；④工作水深大，如采用计算机控制的推进器的自动定位钻井船，工作水深不受限制；⑤可以采用旧船改造，节省投资。

钻井船的主要缺点：①受风浪影响大．对波浪运动敏感．稳定性差，对钻井作业不利；②工作效率较低，只适宜在海况比较平稳的海区进行钻井作业；③甲板使用面积小；④动力定位钻井造价较高。4

发展趋势钻井船发展趋势：①设计工作水深将明显增加。预计未来20年内，钻井船的目标水深将达4000～5000m；②装备先进、高精度、大功率的动力定位系统(DPS-3)；③装备大功率超深井钻机，目标钻井深度在10668m(35000ft)以内。预计在未来20年内，钻井船的钻井深度能力将突破15000 m；④采用高强度钢和优良的船型及结构设计，总排水量与总用钢量的比值进一步提高；⑤具有良好的安全性能、抗风暴能力和全球全天候的工作能力，自持能力长。4

改进措施为减小风浪对钻井作业的影响，采取的主要技术措施有：①设减摇水仓以减轻船的摇摆；②采用中间锚泊系统，船中间有一个可转动的大圆筒，筒上安钻机、井架等，筒下用锚链与海底连接，船可围绕圆筒旋转，使之常处于迎风迎浪的位置以减少船的摇摆和位移；③安装一套水下器具，包括柔性接头、伸缩钻杆和升沉补偿装置等，以适应钻井船的摇摆、位移和升沉；④安装动力定位系统，使钻井船在恶劣海况条件下可以保持同定位置。4