固定式钻井平台,是指固定于海底,用作钻井作业和生活场所的装置。分桩基式平台和重力式平台两种类型。
主要类型
1、固定式钻井平台按照自给程度不同,分为:自容型海洋型钻井平台和带辅助船的小型钻井平台两类。
自容型固定平台型体尺寸较大,它能容纳全部钻井设备及一切队、附属设施,包括各种仓库及生活设施。因此,需要平台的面积大,建设费用高。为了缩减这类平台的面积,多做成双层平台的型式。
带辅助船的小型固定钻井平台则将部分设备和材料放在辅助船上,以减小平台的尺寸,建筑面积可以达到最小限度。一般只将
井架、
绞车、动力
联动机及其附属设备放在平台上,而其它设施及食宿等都设置在
辅助船上。它的优点是平台的投资少,体积小,便于施工,而且当钻完一口
油井后,辅助船可以很快转移到另一井位,钻井平台可转化为采油平台使用。
2、按
导管架结构分:直桩式、直桩—斜桩式、联结式。
3、按桩柱结构分:木桩、钢桩、混凝土。
混凝土桩要先预制好,再在海上打桩。钢管桩都要在管中加注混凝土。
4、按打桩的设施分:带桩架、不带桩架。
5、按设备布置分:带浮船、不带浮船。
6、按结构特点可以分为:导管架式、重力式、张力式和绷绳塔式四类。
平台优点
固定式钻井平台的优点是稳定、海面气象条件对它的影响较小,而且完井后可作为采油平台,使用时间大大增加。但是,它的灵活性差,不能及时运移,而且造价高,不能在较深的水域工作。重力式平台适用的水深较浅,导管架式平台适用的水深稍深,张力式和绷绳塔式平台则可在较深的水域使用。
结构组成
导管架型平台是在软土地基上应用较多的一种桩基平台,是先在陆上用钢管焊成一个锥台形空间框架,然后驳运或浮运至海上现场,就位后将钢桩从导管内打入海底,再在顶部安装甲板而成。
导管架式钻井平台所采用的建筑材料不同,有木桩的,
钢筋混凝土桩的,钢桩的和铝质桩的几种。
导管架平台由上部结构(即
平台甲板)和基础结构组成。
上部结构:一般由承受作业机械(机器)和其它载荷的上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和
直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。上层平台用作安放井架、绞车、
钻具、生活设施和直升飞机升降台等;下层平台安放
泥浆泵、
泥浆池、
防喷器、发电房、固井设备、仓库等。
基础结构(即下部结构):包括导管架和桩。导管架可事先在岸上预制好。然后,或用
驳船运至目的地,或依靠中空的浮力拖至目的地,下沉并坐在海底上。再将桩管由导管内插入,并用打桩机打入海底一定深度。桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径,其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区,应尽量在水线区域(
潮差段)减少或不设支撑,以免冰块堆积。
导管架的作用:1、支承上部结构;2、作为打桩定位和导向的工具;3、将平台上面的负荷比较均匀地传递到桩上;4、可安装系靠船的设备;5、可作为安装上部结构时的临时工作平台。
导管架平台的海上安装:导管架平台的施工是一个复杂的过程,主要工序是结构物陆上预制与海上安装。海上安装包括海上运输和海上安装两部分。导管架和组块用驳船或其它方式运到油田现场,先将导管架沉放到预定位置,打桩固定,再将导管架帽安装在导管架上,最后用起重船将上部模块装到导管架帽上。导管架平台的海上安装包括:导管架的运送、就位及安装;导管架帽安装;平台上部模块的安装。
重力式平台的结构特点与组成
重力式平台它完全借助于其本身的重量直接稳定地座在海底。该平台的底部是一个或多个钢筋混凝土
沉箱组成的基座,基座上有钢立柱或钢筋混凝土立柱支撑上部甲板,在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的舱室,这些舱室本身就是非常好的大型
储油罐,在平台安装阶段的拖航和下沉时可作为
压载舱。平台重量可达数十万吨,正是依靠自身的巨大重量,平台直接置于海底。由于混凝土平台自重很大,对地基要求很高,使用受到限制。
重力式平台可分为混凝土重力式平台、钢质重力式平台。
混凝土重力式平台与导管架平台相比,具有以下优缺点:不需打桩,具有相当的贮油能力,节省钢材,防火、防腐性较好,维修费用低,寿命长;对地质条件要求高,出现缺陷后修复较困难。
钢质重力式平台是1971年意大利首造,水深90米,称洛安高平台。整个平台由沉箱、支承框架、甲板三部分组成,沉箱可作贮油罐。优点:重量比混凝土轻、预制过程中对水哉要求不高、拖船马力小、对地基承载力要求不高;缺点:贮油量、用钢多,易腐蚀。
重力式平台由于整个结构比较大,一般先在岸边开挖的泥坞中建造基座,再拖往有掩护的深水区接高,然后浮运至现场,加载下沉。该平台一般是作为海底贮油罐或用于钻采海底石油。其主要特点是抵御风暴及波浪袭击的能力强,结构耐久和维护费用低,但需开挖岸边坞坑,并要有近岸深水施工水域,结构高度因此受到限制。该平台由沉垫、立柱、甲板三部分组成。沉垫圆形、六角形、正方形等有多种形式;立柱有三腿、四腿、独腿等几种;甲板有钢质和混凝土两种。
张力式平台的结构特点与组成
张力式(又称张力腿式)平台本身是一个浮动平台,平台的贮备浮力远远大于平台的重力,靠
缆绳或
锚链(称作张力腿)的张力将平台与事先固定在海底的锚桩拉紧,平衡一部分浮力,并使平台较好地固定在海面上。非刚性地连接,不仅可减小平台的摇摆和倾斜,而且由
海底地震引起的
海床运动,也在到达平台之前被大大减弱了。张力腿式钻井平台(TLP)是一种垂直系泊的顺应式平台,利用绷紧状态下的
锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台。其所用锚索绷紧成直线,不是悬垂曲线,钢索的下端与水底不是相切的,而是几乎垂直的。用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等,不是一般容易起放的抓锚。张力腿式钻井平台(TLP)的重力小于浮力,所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿,而且此拉力应大于由波浪产生的力,使锚索上经常有向下的拉力,起着绷紧
平台的作用。自1954年提出设想,英国北海Hutton油田首次于生产中使用此平台,1983年安装,1984年投产。
张力式平台一般由五大部分组成,分别是平台上体、立柱(含横撑和斜撑)、下体(沉箱)、张力腿系泊系统和锚固基础。通常将平台上体、立柱及下体并称为平台本体。
张力式平台是深水用主要平台,其优点是受力合理、用钢少、成本低、适用于深水、对海洋环境适应性大。
绷绳塔式平台的结构特点与组成
绷绳塔式平台亦称牵索塔平台,是将一个预制的钢质塔身安放在海底基础块上,四周用钢索锚定拉紧而成。它适用于水深较大的海域。牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔,该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输,在深水中可用近海装油设施进行输送。牵索塔式平台比导管架式平台、重力式平台更适合于深水海域作业,它的应用范围在200米至650米,而研究证明最经济的工作水深范围在40米至480米之间。
绷绳塔式平台与钢质导管架平台相比,优点是节省钢材(成本低)和
井口装置可设置于水面上。