坐底式鉆井平臺的研究與應用

為了加快渤海灣淺水區油氣勘探和開發，中國石油集團海洋工程有限公司決定建設“3中海3”固定井平臺。該平臺由708研究所設計，山海關船廠建造，于2007年5月交付使用。1無冰區網式井平臺，也稱旋底國際平臺圖4該平臺（圖1）為坐底式鋼質非自航石油鉆井平臺，平臺結構由沉墊、上平臺和中間支柱三大部分組成。平臺尾部設有7.2m長的固定式懸臂梁和12m寬的井口槽。鉆機可以縱向和橫向移動，平臺一次坐底可以打16口以上叢式井。該平臺適用于泥砂質或淤泥質地基表面承載能力很低（泥面以下1m處的地基許用承載力40kPa）的海域，在無冰區進行鉆井或試油、修井作業。在平臺首部設有3層生活樓，可供110人居住。樓頂設直升飛機平臺。主要技術參數：該平臺入CCS船級。設計依據的規范和規則主要有：《海上移動式平臺與建造規范》、《海上移動式平臺安全規則》、《鋼質海船入級與建造規范》、《海上石油作業安全管理規定》、《中華人民共和國防止船舶污染海域管理條例》以及《中華人民共和國海洋石油勘探開發環境保護條例》等。2現場強化平臺設計(1)坐底式鉆井平臺具有結構比較簡單，投資較小，建造周期較短等優點，特別適合在水深淺，海床平坦的淺海區域進行油氣勘探開發作業。(2)沉墊型深僅3m，相對沉墊的長度和寬度而言尺度很小，這種薄型沉墊有利于防沖刷。(3)設置抗滑樁4根，長度為25.3m，最大插深8m，能有效增加抗滑能力，防止平臺產生滑移。(4)尾部設計有固定懸臂梁，長度7.2m，井口槽寬12m，擴大了鉆井作業范圍，平臺一次坐底可以打16口以上叢式井。(5)鉆臺下面四角設置調平油缸，在平臺產生傾斜時能調整鉆臺水平度，使鉆井作業得以正常進行。(6)沉墊底部安裝噴沖頭，用于破壞粘結力和吸附力，以便沉墊起浮。(7)采用交流變頻驅動系統。具有無級調速的鉆井特性，可提高鉆井效率；柴油發電機組始終運轉在最佳狀態，節能降耗效果明顯；隨著功率因素的提高，可節省無功功率，降低壓降和線損，減少輸電容量；簡化了傳動及控制系統，減少了設備重量，安裝調整較為容易。(8)采用數字化控制。發電機采用全數字化矢量控制，速度調節和電壓調節性能達到最佳狀態，有功無功可以自動均衡，多機組自動準同步，方便操作及維護，安全可靠性有較大提高。采用現場總線技術，可將鉆機動力、傳動狀態實現遠程顯示操作，司鉆操作達到智能化。(9)平臺設施齊全，可獨立完成鉆井、測井、固井、試油及完井作業。(10)自行設計建造，除柴油發電機組和部分電控設備外，均采用國產設備。3“3”采用的關鍵技術3.1防止沖刷和匹沉墊坐落海底后，水流作用產生沖刷和淘空，嚴重時造成平臺傾斜，甚至滑移。如何采取措施防止沖刷和淘空成為坐底式平臺的一個關鍵問題。該平臺采用薄沉墊，并在沉墊四周1.2m以上做成45°斜坡，使水流比較順暢的通過，以減少沖刷和淘空。3.2抗滑樁平臺的設計坐底平臺需承受風、浪、流作用產生的巨大的水平載荷，僅靠沉墊底面與海底產生的摩擦力和粘結力是不夠的。為了抵抗水平載荷以防止滑移，該平臺在四角的端立柱內各設置一根截面尺寸為2m×1.3m的抗滑樁，樁長25.3m，最大插深8m。用液壓插銷式升降裝置升降。每根樁最大可產生抗滑力300多噸，能有效抵抗滑移。3.3同-垂線同-垂線壓力海床坡度和沉降不均勻會造成平臺傾斜，為了使天車、游車、轉盤3點保持在同-垂線上，該平臺在鉆臺下面四角各設置一只液壓調平油缸，缸徑400mm，推力1864kN，油缸柱塞端部為球形結構。調平油缸可以調整鉆臺傾角1°，調平工作完成后油缸用卡箍鎖緊，以確保安全。3.4水起浮時發生困難坐底平臺沉墊與海底土壤產生粘結力和吸附力，使平臺排水起浮時發生困難。為了解決此問題，在沉墊底部設計安裝了若干個回轉噴沖頭，起浮前先用低壓頭大排量的水流破壞沉墊底部的粘結力和吸附力，使沉墊起浮變得容易。3.5交流頻域中斷第一次在我國自行設計建造的海洋鉆井平臺上采用交流變頻驅動，在沒有經驗的情況下，攻克難關，取得了成功。4渤海灣鉆孔“中油海3”號坐底式鉆井平臺已于2007年6月在渤海灣南堡油田開鉆，當年打完3口探井，并于2008年與澳大利亞RocOil公開合作在渤海灣進行鉆探作