《海洋石油工程》4章

1、第四章第四章 海上鉆井設(shè)備概述海上鉆井設(shè)備概述海洋覆蓋了地球約71%71%的表面積，蘊藏著豐富的石油資源石油資源。海洋石油資源約占全球石油總資源的1/31/3到1/21/2。我國擁有豐富的海洋資源，油氣資源沉積盆地油氣資源沉積盆地約707010104 4kmkm2 2,石油石油資源量估計為24024010108 8t t左右，天然氣天然氣資源量估計為141410101212m m3 3。我國海洋石油工業(yè)起步于20世紀50年代末，目前發(fā)展迅猛，有著美好的開采前景。與陸上石油鉆井相比，海洋石油鉆井由于地理地理位置位置和環(huán)境條件環(huán)境條件的不同，作業(yè)過程有很多特殊性。需要有一個海海上基地上基地以便安裝

2、鉆機的各個系統(tǒng)各個系統(tǒng)、配備相應器材相應器材、提供物資存放物資存放和人員作業(yè)作業(yè)及生活生活的場所，這個海上基地就叫做：“海洋石油鉆海洋石油鉆井平臺井平臺”。第四章第四章 海上鉆井設(shè)備概述海上鉆井設(shè)備概述?海水腐蝕海浪潮汐風暴搬安北海北海墨西哥灣墨西哥灣巴西海域巴西海域西非西非深水油田區(qū)域深水油田區(qū)域第一節(jié)第一節(jié) 海上鉆井平臺的類型與性能海上鉆井平臺的類型與性能一、海上鉆井平臺的分類1.按運移性分類：（1）固定式鉆井平臺；（2）移動式鉆井平臺；2.按鉆井方式分類：（1）浮動式鉆井平臺；（2）穩(wěn)定式（著底式）鉆井平臺；固定式鉆井平臺固定式鉆井平臺導管架導管架一、海上鉆井平臺的分類一、海上鉆井平臺的

3、分類二、海上鉆井平臺的結(jié)構(gòu)及特點二、海上鉆井平臺的結(jié)構(gòu)及特點（一）固定式鉆井平臺（一）固定式鉆井平臺定義：定義：固定式鉆井平臺固定于海底，架起一個高出水面的建筑物，上面鋪設(shè)平臺，用于放置鉆井機械設(shè)備、生活及工作設(shè)施等。在整個使用壽命期內(nèi)位置固定不變，不能再移動。固定式鉆井平臺分為：混凝土平臺和鋼制樁基平臺。混凝土平臺混凝土平臺鋼制樁基平臺鋼制樁基平臺1 1、混凝土（重力基礎(chǔ)）式鉆井平臺、混凝土（重力基礎(chǔ)）式鉆井平臺七十年代初出現(xiàn)，底部是一個巨大的混凝土基礎(chǔ)(沉箱)，用三個或四個空心的混凝土立柱支撐著甲板結(jié)構(gòu)，在平臺底部的巨大基礎(chǔ)中被分隔為許多圓筒型的貯油貯油艙和壓載壓載艙，這種平臺的重量可達數(shù)

4、十萬噸，正是依靠自身的巨大重量巨大重量，平臺直接置于海底。現(xiàn)在我國約有大約20座混凝土重力基礎(chǔ)式平臺用于北海。（一）固定式鉆井平臺（一）固定式鉆井平臺1、混凝土（重力基礎(chǔ)）式鉆井平臺特點：特點：平臺組成：沉墊沉墊、立柱立柱、甲板甲板組成；沉墊形式：圓形圓形、六角形六角形、正方形正方形；立柱分類：獨腿獨腿、三腿三腿、四腿四腿等幾種；優(yōu)點優(yōu)點：不需打樁具有相當?shù)馁A油能力，節(jié)省鋼材，防火、保溫、防腐性較好，維修費用低，壽命長。缺點缺點：對地質(zhì)條件要求高，出現(xiàn)缺陷后修復較困難，作業(yè)結(jié)束后不能拆除，不利于環(huán)保。1、混凝土（重力基礎(chǔ)）式鉆井平臺混凝土重力式平臺的安裝混凝土重力式平臺的安裝（一）固定式鉆井平

5、臺（一）固定式鉆井平臺2 2、鋼制重力平臺：、鋼制重力平臺：整個平臺由沉箱、支撐框架和甲板三部分組成。沉箱兼做儲罐，建造時先把各個沉箱、支撐框架、甲板分別預制，而后在岸邊組裝成整體，再拖運到井位下沉安放。相比混凝土平臺，鋼平臺有較高的經(jīng)濟效益。重量較輕，適用水深淺，拖航馬力小。缺點是儲油量要小，使用鋼材較多且不耐腐蝕，隔熱性能差。（一）固定式鉆井平臺（一）固定式鉆井平臺3、鋼制樁基平臺結(jié)構(gòu)：A：生活區(qū)組塊；B：導管架組塊；C：鉆井、修井區(qū)組塊；D：生產(chǎn)組塊。（一）固定式鉆井平臺（一）固定式鉆井平臺4 4、鋼制樁基、鋼制樁基導管架導管架管節(jié)點類型管節(jié)點類型（一）固定式鉆井平臺（一）固定式鉆井平臺

6、5 5、鋼制樁基平臺特點：、鋼制樁基平臺特點：重量比混凝土輕，預制過程中對水水載要求載要求不高；拖船馬力拖船馬力小，對地基承載地基承載力要求不高；穩(wěn)定性穩(wěn)定性好、海面氣象海面氣象條件對鉆井作業(yè)影響小，所以60年來，它成為海上油田開發(fā)應用最廣泛最廣泛的一種類型。不能移運不能移運、造價高造價高、易腐蝕易腐蝕，適用水深有限水深有限，成本成本會隨水深增加而急劇增加。（一）固定式鉆井平臺（一）固定式鉆井平臺6 6、鋼制樁基平臺、鋼制樁基平臺導管架導管架的安裝：的安裝：樁基式平臺由鋼質(zhì)樁鋼質(zhì)樁、導管架導管架和平臺平臺組成。導管架先在陸上預預制制,浮運或駁船拖運到安裝地點就位,然后打樁將導管架固定固定，頂部

7、安裝甲板甲板，所有設(shè)備都安裝在甲板上?？捎脕磴@井鉆井和采油采油。主要方法有：主要方法有：（1 1）提升提升法；法；（2 2）滑入滑入法；（法；（3 3）浮運浮運法；法；5 5、鋼制樁基平臺、鋼制樁基平臺導管架導管架的安裝：的安裝：（1 1）提升提升法法（吊裝法）安裝安裝5 5、鋼制樁基平臺、鋼制樁基平臺導管架導管架的安裝：的安裝：（1 1）提升提升法法（吊裝法）安裝安裝5 5、鋼制樁基平臺、鋼制樁基平臺導管架導管架的安裝：的安裝：（2 2）滑入法滑入法（滑移法）安裝：安裝：在海上安裝位置導管架滑移脫離滑移脫離駁船。導管架緩慢的沉入水中，然后呈現(xiàn)漂浮狀態(tài)漂浮狀態(tài)。通過控制浮箱浮箱中的水量水量到達

8、導管架自動豎立豎立，到達預定位置然后打樁，使導管架完成安裝。5 5、鋼制樁基平臺、鋼制樁基平臺導管架導管架的安裝：的安裝：（2 2）滑入法滑入法（滑移法）安裝：安裝：5 5、鋼制樁基平臺、鋼制樁基平臺導管架導管架的安裝：的安裝：（3 3）浮運法浮運法安裝：安裝：把導管架的兩端密封后，靠它自身的浮力浮力浮在水面上，用拖船把它拖到拖到井位后，再向?qū)Ч軆?nèi)灌水灌水使它下沉并立在立在海底。（a）拖運；（）拖運；（b）一側(cè)充水；（）一側(cè)充水；（c）另一側(cè)也充水；（）另一側(cè)也充水；（d）均勻充水下沉）均勻充水下沉（一）固定式鉆井平臺（一）固定式鉆井平臺7 7、預制、預制平臺平臺的安裝：的安裝：（二）坐底式鉆

9、井平臺（二）坐底式鉆井平臺坐底式平臺適用于河流和海灣等30m30m以下的淺水域。有上下兩個船體兩個船體，上船體又叫工作甲板，安置生活艙室和設(shè)備。下部是沉墊，其主要功能是壓載以及海底支撐作用，用作鉆井的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。兩個船體間由支撐結(jié)構(gòu)相連。這種鉆井裝置在到達作業(yè)地點后往沉墊內(nèi)注水，使其著底。因此從穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)方面看，作業(yè)水深不但有限，而且也受到海底基礎(chǔ)（平坦及堅實程度）的制約。江河用坐底鉆井平臺江河用坐底鉆井平臺（二）坐底式鉆井平臺（二）坐底式鉆井平臺坐底式鉆井平臺特點：坐底式鉆井平臺特點：鉆井時固定牢靠不受海洋環(huán)境的影響，完井后移動靈。作高度恒定，不能調(diào)節(jié)，對海底地基要求高，工作水深較淺（20-

10、30m20-30m），拖航時阻力大，當海底沖刷嚴重時，鉆井易移位，需要采取防滑移、防沖刷及防掏空等措施。勝利一號鉆井平臺勝利一號鉆井平臺（三）半潛式鉆井平臺（三）半潛式鉆井平臺半潛式鉆井平臺（SEMI）又稱立柱穩(wěn)定式鉆井平臺，是目前應用最多的浮式鉆井裝置。結(jié)構(gòu)：上部平臺、下部浮體、中部立柱。我國自己設(shè)計建造的：“勘探三號”、“海洋石油981號”、“南海二號、五號、六號”，都為半潛式鉆井平臺。（三）半潛式鉆井平臺（三）半潛式鉆井平臺半潛式與自升式鉆井平臺相比，優(yōu)點是工作水深大，移動靈活。缺點是結(jié)構(gòu)復雜、成本大、維持費用高。自航能力差，要有一套復雜的水下器具，有效使用率低于自升式和鉆井浮船。（四）

11、自升式鉆井平臺（四）自升式鉆井平臺自升式鉆井平臺又稱甲板升降式（樁腿）式平臺。這種石油鉆井裝置在浮在水面的平臺上裝載鉆井機械、動力、器材、居住設(shè)備以及若干可升降的樁腿，鉆井時樁腿著底，平臺則沿樁腿升離海面一定高度；移位時平臺降至水面，樁腿升起，平臺就像駁船，可由拖輪把它拖移到新的井位。（四）自升式鉆井平臺（四）自升式鉆井平臺優(yōu)點：鋼材少、造價低，有良好的抗側(cè)向移動性，可根據(jù)海浪調(diào)節(jié)平臺高度。平臺離開水面后，可維修整個船體。 缺點：樁腿長度有限，使它的工作水深受到限制。超過此水深，樁腿重量增加很快，拖航時對平臺穩(wěn)定性和樁腿強度都很不利。（四）自升式鉆井平臺（四）自升式鉆井平臺自升式鉆井平臺在近海

12、作業(yè)中，正在得到越來越廣泛的應用。如：“渤海四號”、“渤海五號”、“渤海七號”、“渤海八號”、“渤海十號”、“南海三號”、“南海四號”、“勘探二號”、“勝利五號”和“勝利六號”等自升式鉆井平臺。其中“渤海五號”和 “渤海七號”是我國自行設(shè)計建造的自升式鉆井平臺。海洋石油海洋石油COSL 941號號（五）浮式鉆井船（五）浮式鉆井船（五）浮式鉆井船（五）浮式鉆井船利用船體作為工作平臺，要求船體具有耐腐蝕、抗沖擊以及抗移動的能力。其工作水深主要取決于鉆井船的定位方法：用錨泊定位工作水深：200300m；采用自動動力定位，工作水深可達6000m。（五）浮式鉆井船（五）浮式鉆井船優(yōu)點：適用于較深的海域；

13、移動性能好；造價較低，易維護；船速高；缺點：對風浪極為敏感、穩(wěn)定性差；被迫停工率高；（六）步行式坐底鉆井平臺（六）步行式坐底鉆井平臺步行式鉆井平臺 “勝利二號”步行式鉆井平臺是一種我國自行研制的淺水鉆井平臺，也是世界上第一艘能夠在淺海、灘海、甚至在海陸過渡地帶的極淺水域，以“步行”方式前進到設(shè)計井位地點，擱淺后下沉坐底進行鉆井作業(yè)的鉆井平臺。適用于工作水深小于6.86.8m的極淺水域進行鉆井作業(yè)。沉得下沉得下坐得穩(wěn)坐得穩(wěn)浮得起浮得起步行式鉆井平臺工作原理步行式鉆井平臺工作原理外體坐于海底，支撐整個平臺。4個頂升液缸將內(nèi)船體頂起，由2個牽引液缸拉著內(nèi)船體沿著外船體上的軌道運行1個步長。接著，內(nèi)船

14、體坐于海底，4個頂升液缸將外船體頂起，由2個牽引液缸拉著外船體沿著內(nèi)船體上的軌道運行1個步長。如此往復。步行式鉆井平臺結(jié)構(gòu)圖（七）張力腿（繃繩塔）式平臺（七）張力腿（繃繩塔）式平臺張力腿式鉆井平臺（TLP）是利用繃緊狀態(tài)下的錨索產(chǎn)生的拉力與平臺的剩余浮力相平衡的鉆井平臺或生產(chǎn)平臺。張力腿式鉆井平臺也是采用錨泊定位的，其所用錨索繃緊成直線，不是懸垂曲線，鋼索的下端與水底幾乎垂直的，用的是樁錨或重力式錨等。優(yōu)點：受力合理、用鋼少、成本低、適用于深水、對海洋環(huán)境適應性大；張力腿平臺可以用于水深超過600m的海區(qū)，但通常認為最經(jīng)濟的作業(yè)水深范圍是450600m之間。（七）張力腿（繃繩塔）式平臺（七）張

15、力腿（繃繩塔）式平臺（八）各種鉆井平臺結(jié)構(gòu)特點小節(jié)（八）各種鉆井平臺結(jié)構(gòu)特點小節(jié)平臺種類平臺種類穩(wěn)定性穩(wěn)定性運移性運移性適用水深適用水深經(jīng)濟性經(jīng)濟性固定式固定式好差淺一般座底式座底式好差淺較好半潛式半潛式好好淺較好自升式自升式好好中深較好浮式鉆井船浮式鉆井船差好深好三、海上鉆井平臺的三、海上鉆井平臺的選擇選擇（一）選擇依據(jù)（一）選擇依據(jù)海上鉆井平臺的選擇是一個涉及面很廣的問題，需要綜合考慮各種因素：（1）鉆井類型。是鉆勘探井還是生產(chǎn)井、直井還是叢式井以及完井方式等。（2）作業(yè)海區(qū)的海洋環(huán)境條件。包括水深、風、波、潮流等海況，海底地質(zhì)條件及離岸距離等。（3）經(jīng)濟因素。主要是各種裝置的建造成本、租

16、金及操作費用。（4）可供選擇的鉆井平臺及其技術(shù)性能、使用條件。（二）鉆井平臺的選擇（二）鉆井平臺的選擇1.鉆勘探井用的鉆井平臺（1）水深小于15m可選用座底式平臺；（2）水深在1575m可選用自升式平臺；（3）水深在75200m可選用錨定半潛式平臺或鉆井船；（4）水深在200m以上，可選用動力定半潛式平臺或鉆井船；2.鉆生產(chǎn)井用的鉆井平臺（1）水深小于300m可選用基樁導管架式平臺；（2）水深在300600m可選用繃繩塔或張力腿式平臺；（3）水深小于160m且海底條件允許可選用混凝土重力平臺；（4）水深在200m以上，可選用動力定半潛式平臺或鉆井船；四、海上鉆井平臺的布置四、海上鉆井平臺的布置

17、陸上常規(guī)鉆井井場布置圖四、海上鉆井平臺的布置四、海上鉆井平臺的布置1.1.需選擇確定的主要設(shè)施需選擇確定的主要設(shè)施（具備高度自持能力）（1）鉆機設(shè)備及凈化、固井設(shè)備等；（2）鉆井動力設(shè)備及平臺動力設(shè)備等；（3）鉆井工具及鉆井液藥劑、油料等；（4）測井及錄井等相關(guān)設(shè)備等；（5）起重設(shè)備及錨泊設(shè)備等；（6）安全消防及救生設(shè)備等；（7）生活保障設(shè)備等；四、海上鉆井平臺的布置四、海上鉆井平臺的布置海上鉆井平臺的結(jié)構(gòu)布置圖海上鉆井平臺的結(jié)構(gòu)布置圖四、海上鉆井平臺的布置四、海上鉆井平臺的布置上層甲板設(shè)備布置上層甲板設(shè)備布置 下層甲板設(shè)備布置下層甲板設(shè)備布置四、海上鉆井平臺的布置四、海上鉆井平臺的布置四、海

18、上鉆井平臺的布置四、海上鉆井平臺的布置2.2.海洋鉆井平臺布置原則海洋鉆井平臺布置原則（1）平臺工作時安全可靠；（2）平臺結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性；（3）合理利用平臺面積和空間；（4）具備完備的安全、消防和防污染設(shè)施；（5）良好的通信、靠船和直升機起降設(shè)施、生活設(shè)施；（6）符合國際建造標準；海上鉆井平臺的結(jié)構(gòu)布置圖海上鉆井平臺的結(jié)構(gòu)布置圖五、海上鉆井設(shè)備五、海上鉆井設(shè)備1.1.海洋鉆井設(shè)備與陸地鉆井設(shè)備的異同海洋鉆井設(shè)備與陸地鉆井設(shè)備的異同（1）驅(qū)動形式不同；（2）轉(zhuǎn)盤開口直徑不同；（3）對設(shè)備及工具要求不同；（4）設(shè)備先進程度不同；2.2.海上鉆井設(shè)備組成海上鉆井設(shè)備組成（1）動力設(shè)備；（2）鉆井設(shè)

19、備；（3）固井設(shè)備；（4）試油設(shè)備；（5）起重錨泊設(shè)備；（6）輔助設(shè)備；第二節(jié)第二節(jié) 海上鉆井設(shè)備的特殊問題海上鉆井設(shè)備的特殊問題一、平臺定位問題二、升沉運動補償問題三、裝備水下設(shè)備問題四、防止海水腐蝕問題五、抵抗環(huán)境載荷問題一、平臺定位問題一、平臺定位問題移動式鉆井平臺，在整個鉆井作業(yè)過程中，始終要面對由海風、海流以及海浪所帶來的平臺移動問題。為了使海面井口不會出現(xiàn)頻繁的位移現(xiàn)象，我們就必須要解決平臺定位問題。1.1.錨泊定位錨泊定位（1）錨或錨樁；（2）錨索，包括錨鏈，鋼絲繩；（3）附件：連接環(huán)、纜端嵌環(huán)、快速釋放裝置；（4）導向裝置：導向彎管、導向滑輪及導向孔；（5）錨機 、絞車；1.錨

20、泊定位無桿錨 有桿錨1.錨泊定位所有錨系錨纜分布相對于平臺縱軸是對稱的。平臺對來自船頭方向的風浪抵抗能力較強。對來自兩側(cè)方向的風浪的抵抗能力較弱，而且平臺兩側(cè)的擋風面積也較大，所以兩側(cè)要布置較大的錨系拉力。還有一種擴展錨系，用錨纜作錨索，所有錨纜都集中纏繞在井口的專用轉(zhuǎn)盤上，稱為旋轉(zhuǎn)錨系。鉆井平臺可以旋轉(zhuǎn)而不影響錨索。這樣鉆井平臺就可以隨時旋轉(zhuǎn)到使船頭始終對準風向或有利的海況方向。1.錨泊定位定位系統(tǒng)的錨鏈的輻射狀的布置。在定位過程中，平臺受風、浪的襲擊可能來自任何方向，因而常將定位系統(tǒng)的各根錨鏈拉向四面八方，即采用輻射狀的布置，以便在各個方向都能給平臺定位提供回復力。矩形的平臺采用8根錨鏈；

21、 三角形的采用9根 ；五角形的采用10根； 一般為對稱性布置；1.錨泊定位典型的輻射狀布錨形式2.2.動力定位動力定位（1 1）定義：）定義：動力定位系統(tǒng)是依靠平臺上的動力系統(tǒng)抵抗外力的影響，自動地保持平臺在海上的位置。初期動力定位做法是人工觀察或雷達監(jiān)測平臺位移，人工手動操作推進器?，F(xiàn)已發(fā)展為從測量位移到操作推進器，實現(xiàn)完全自動化。螺旋槳結(jié)構(gòu)圖2.2.動力定位動力定位（2 2）組成：）組成：位置測量系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)和推進器系統(tǒng)。位置測量系統(tǒng)：是測量平臺相對于海底井口的位置變化；計算機系統(tǒng)：根據(jù)測量的位置變化，計算并確定推進器的工作方案，并發(fā)出控制指令；推進器系統(tǒng)：依照計算機的指令推動平臺

22、回到原始位置。螺旋槳布局圖2.2.動力定位動力定位（3 3）使用：）使用：船舶裝備一套集控手操和自動航向保持的動力定位系統(tǒng)（DPS），主要是由一臺電子計算機控制。船舶任何定位移動都會觸發(fā)計算機輸出相應定位指令，從而控制自動螺旋槳，能在最大環(huán)境條件下，使船舶的位置和航向保持在限定范圍。動力定位系統(tǒng)圖二、升沉運動補償問題二、升沉運動補償問題在海上進行浮動鉆井時，由于海風及海浪等諸多原因，鉆井船除前后左右發(fā)生搖擺外，還將產(chǎn)生上下升沉運動，導致井架及大鉤懸吊著的整個鉆柱周期性地上下運動。不利于鉆進。因此，必須解決引導裝置、鉆柱、隔水管等上下運動的補償問題。（一）導向繩升沉補償由于平臺隨海水運動有上下升

23、沉運動，所以導引繩將忽緊忽松。松弛時顯然起不到導引作用，張力太大，又有可能將張緊繩拉斷。所以需要有恒張力裝置來張緊導引繩。導引繩也是利用氣液彈簧原理提供恒張力的。導引繩通過復滑輪系統(tǒng)縮短氣液彈簧的液缸活塞行程。（二）隔水管升沉補償1 1、隔水管主要作用：、隔水管主要作用：引導鉆具入井，隔絕海水，形成泥漿循環(huán)的回路。隔水管系統(tǒng)還要承受浮動平臺的升沉和平移運動。2 2、隔水管系統(tǒng)包括：、隔水管系統(tǒng)包括：伸縮隔水管，隔水管，彎曲接頭，張緊裝置等。（三）鉆柱升沉運動的補償措施 1 1、增加伸縮鉆桿、增加伸縮鉆桿這種辦法是在鉆柱的鉆鋌上方加一根可伸縮的鉆桿。伸縮鉆桿由內(nèi)、外管組成，沿軸向可作相對運動，行

24、程一般為2m2m 。當平臺上下升沉運動時，伸縮鉆桿的內(nèi)管隨伸縮鉆桿以上的鉆柱作軸向運動，而與伸縮鉆桿外管相連的鉆艇則基本不作升沉運動。因而可保持鉆壓恒定，同時還可避免平臺上升時提起鉆艇，平臺下沉時壓彎鉆柱。 （三）鉆柱升沉運動的補償措施 2 2、伸縮鉆桿存在的問題、伸縮鉆桿存在的問題 （1）鉆壓不能調(diào)節(jié)鉆壓大小取決于伸縮鉆桿以下的鉆鋌重量。因而不能隨巖性的變化調(diào)節(jié)鉆壓。（2）承載條件惡劣伸縮鉆桿既承受泥漿的高壓、傳遞扭矩，又承受軸向運動的交變載荷，因此承載條件十分惡劣。（3）不利于特殊作業(yè)當關(guān)閉防噴器后，由于伸縮鉆桿以上的鉆柱隨船體升沉做周期性上下運動，使防噴器的芯子反復摩擦，對于作業(yè)不利。（

25、四）水上升沉補償裝置水上升沉補償裝置水上升沉補償裝置一般采用液壓傳動。如在游動滑車與大鉤間裝設(shè)雙液缸，缸體與游動滑車相連。當平臺升沉時，游動滑車帶動液缸的缸體作周期性上下運動；而活塞與大鉤則基本保持不動。這時、整個鉆柱的重量由活塞下面的液壓所支承。液體壓力可保持恒定，也可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，以控制鉆柱的拉力，隨時調(diào)節(jié)井底鉆壓。 1、游動滑車升沉補償裝置（1 1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)u液缸：兩個液缸用上框架與游動滑車相連，隨平臺升沉而上下運動。u活塞：兩個液缸中的活塞通過活塞桿與固定在大鉤上的下框架連接，大鉤載荷由 活塞下面的液壓所支承。游動滑車型升沉補償裝置結(jié)構(gòu)圖1、游動滑車升沉補償裝置（1 1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)u

26、儲能器：儲能器與液缸相通。儲能器中有活塞，下端的液體通過軟管與液缸相通；上端的氣體通過管線與儲氣罐相通。這樣，調(diào)節(jié)氣體壓力即可以改變液體壓力。u鎖緊裝置：用以將上下兩個框架鎖緊成一體，從而使游動滑車與大鉤連接在一起，進行起下鉆工作。 游動滑車型升沉補償裝置原理圖1、游動滑車升沉補償裝置（2 2）原理）原理u為了保持鉆壓，只要保持液缸中的液體壓力PL為一定位值即可；而為了調(diào)節(jié)鉆壓，只要調(diào)節(jié)儲能器中進氣壓力即可。u為了實現(xiàn)自動送進，只要調(diào)節(jié)液缸中液體壓力PL，使其略小于整個鉆柱的懸重，并使液缸中活塞行程大于升沉位移即可。鉆進時游動滑車及大鉤升沉補償受力圖2、天車升沉補償裝置（1 1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)u浮

27、動天車 u主氣缸：它是支持浮動天車用的，相當于大型彈簧，共四個。u液缸：共兩個。 u儲能器：它安裝在井架上，有管路與四個主氣缸相通，用以調(diào)節(jié)主氣缸中的氣體壓力。天車升沉補償裝置結(jié)構(gòu)圖2、天車升沉補償裝置（2 2）原理）原理u天車升沉補償：當浮動平臺上升或下降時井架沿軌道上下運動，主氣缸中氣體壓縮或膨脹，相當于一個大彈簧，而天車及大鉤基本保持不動，于是升沉運動得以補償。u控制鉆壓：司鉆利用甲板上的調(diào)壓閥，控制自空氣罐至主氣缸系統(tǒng)的空氣壓力，使井底鉆壓調(diào)至合適值。天車升沉補償裝置原理圖2、天車升沉補償裝置u自動送進：正常鉆井時，將氣缸中氣壓調(diào)節(jié)到略低于大鉤上載荷，于是，浮動天車在大鉤載荷帶動下，沿

28、軌道下行，實現(xiàn)自動進尺。當浮動天車下行至最低點時，司鉆即放松絞車滾筒上鋼絲繩。使浮動天車上行至最高點，然后再繼續(xù)自動進尺。u防止事故：當大鉤載荷突然減少或主氣缸嚴重漏氣時，可借助液缸支持著鉆柱重量，并使其減速，以防止事故，保證安全。 天車升沉補償裝置圖2、天車升沉補償裝置u繩索作業(yè)：繩索作業(yè)時，可另加一根傳感繩，使其一端固定在隔水導管上，另一端自井架外邊引至浮動天車上，經(jīng)滑輪后，再連到鉆臺的滾筒上。這樣，傳感繩隨鉆臺運動而放松或纏緊。浮動天車在恒定氣壓下隨之相應地補償運動，即可實現(xiàn)繩索作業(yè)時的升沉補償。u起下鉆作業(yè)：起下鉆時，用鎖緊裝置將浮動天車鎖住，使浮動天車不隨起下鉆柱而上下滑行。天車升沉

29、補償裝置結(jié)構(gòu)圖3、死繩升沉補償裝置（1 1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)定滑輪組；動滑輪組；高壓儲能器；低壓儲能器；液缸；控制臺； 死繩升沉補償裝置結(jié)構(gòu)圖3、死繩升沉補償裝置（2 2）原理）原理借助調(diào)節(jié)儲能器中氣壓來改變死繩拉力。再通過死繩上拉力的改變來調(diào)節(jié)及保持井底鉆壓。此外，還可通過液壓推動活塞移動來調(diào)節(jié)鋼絲繩的有效長度。死繩升沉補償裝置結(jié)構(gòu)圖三、裝備水下設(shè)備問題三、裝備水下設(shè)備問題（一）（一）水下裝置水下裝置的的功用功用：隔絕海水、適應升沉、漂移和搖擺的工作環(huán)境、控制井口。（二）（二）水下裝置的水下裝置的組成組成：導向裝置、套管頭組、防噴器組、隔水管柱、泥線支撐器、連接器、其它。三、裝備水下設(shè)備問題三、裝

30、備水下設(shè)備問題（三）（三）水水下裝置的下裝置的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：水下井口裝置通常是在地面上預制成組塊。在海上作業(yè)時，用快速連接器將幾個組合連接起來。有一套遠程遙控操作系統(tǒng)。必要時還要有潛水作業(yè)裝置或水下機器人操作。包括：包括：1、鉆井導向系統(tǒng)裝置；2、防噴器系統(tǒng)裝置；3、隔水管系統(tǒng)裝置；4、快速連接器裝置；5、泥線支撐、懸掛器裝置；（三）水下裝置的結(jié)構(gòu)1 1、鉆井導向裝置：、鉆井導向裝置：井口盤、導引架、導引繩及其張緊裝置。導引系統(tǒng)是整個水下井口裝置的基礎(chǔ)。1、鉆井導向裝置（1）井口盤是第一個被安放在海底的圓餅形部件。中心開孔，孔內(nèi)有與送入鉆具配合的“J”槽。用于確定井位，并固定水下井口。井口盤井口盤

31、井口盤井口盤J型送入工具型送入工具1、鉆井導向裝置井口盤上一般有兩條臨時導引繩。在平臺上，將井口盤與其送入工具連接，送入工具上接鉆柱，不斷接長鉆柱就可將井口盤下放到海底，倒轉(zhuǎn)鉆柱可退出送入工具，并起出鉆柱。井口盤依靠巨大的重量固定在海底，這就確定了海底井口的位置。井口井口盤及盤及送入送入工具工具原理原理圖圖1、鉆井導向裝置（2 2）導引架結(jié)構(gòu)：）導引架結(jié)構(gòu)：有四個導引柱，每根柱上有一根永久導引繩。有的導引架上還固定有水下攝影或水下電視系統(tǒng)。導引架固定在導管上，并隨導管一起下入。下入時，依靠井口盤上的臨時導引繩，準確進入井口盤的內(nèi)孔，并將導引架坐在井口盤上。然后將井口盤上臨時導引繩割斷。井口盤和

32、導引架固定后就成為一口井永久組成部分。井口盤及送入工具結(jié)構(gòu)圖井口盤及送入工具結(jié)構(gòu)圖1、鉆井導向裝置（3 3）導引繩）導引繩的一端固定在導引柱上，另一端固定在平臺上。由于平臺隨海水運動有上下升沉運動，所以導引繩將忽緊忽松。松弛時顯然起不到導引作用，張力太大，又有可能將張緊繩拉斷。所以需要有恒張力裝置來張緊導引繩。導引繩也是利用氣液彈簧原理提供恒張力的。導引繩通過復滑輪系統(tǒng)縮短氣液彈簧的液缸活塞行程。（三）水下裝置的結(jié)構(gòu)2 2、防噴器組：、防噴器組：井防噴器系統(tǒng)是水下井口裝置的核心部分。包括：包括：萬能防噴器；剪切閘板防噴器；半封閘板防噴器；全封閘板防噴器；四通及壓井、放噴管線；控制操作系統(tǒng)等。

33、2、防噴器組防噴器組防噴器組最頂部是兩個萬能防噴器(也稱為多效能防噴器，或球形防噴器)。下部采用 35 個閘板防噴器，通過連接器與套管連在一起。整個防噴器組外面有框架，框架的套管套在導向繩上。為起下方便，在地面上將防噴器系統(tǒng)的各部分組合成一個整體。防噴器框架有四個導向筒，四根永久導向繩分別穿入其中，引導防噴器系統(tǒng)準確地下放并與導引系統(tǒng)上快速連接器連接。水下井口防噴器組水下井口防噴器組2、防噴器組優(yōu)點：優(yōu)點：萬能防噴器可以抱緊任何尺寸的鉆柱，可抱緊鉆鋌，鉆桿本體或接頭，套管，電纜，鋼絲繩，甚至可以全封。缺點：缺點：萬能防噴器承受壓力的能力有限，不能承受很高的壓力。所以，萬能防噴器僅僅在閘板防噴器

34、不能起作用的時候使用。 2、防噴器組半封閘板防噴器半封閘板防噴器是防噴器的主要部分。在出現(xiàn)井噴溢流時，它可以抱緊鉆桿本體，封閉鉆桿外環(huán)形空間。通過上下兩個半封閘板防噴器的配合，可以在井噴溢流情況下，強行起鉆。 全封閘板防噴器全封閘板防噴器，是當井內(nèi)沒有鉆柱并需要關(guān)井時使用。2、防噴器組剪切閘板防噴器剪切閘板防噴器的使用環(huán)境：的使用環(huán)境：a a、在井內(nèi)有鉆柱，遇到臺風或其他緊急情況，需要立即撤離平臺，又來不及起鉆，這時使用剪切閘板迅速將井內(nèi)鉆柱剪斷，平臺即可撤離。b b、發(fā)生井噴事故，井噴流體從鉆柱內(nèi)孔噴出，此時為了緊急控制，使用剪切閘板迅速將鉆桿擠扁，封住內(nèi)孔，制止井噴。2、防噴器組壓井壓井和

35、放噴放噴管線，自四通接出，一直延伸到平臺上。壓井放噴管線應該具有補償平臺運動的功能，所以要有伸縮管或高壓軟管部分。 防噴器系統(tǒng)的控制操作通常是用電力、氣動和液壓系統(tǒng)組成。液壓管線匯集起來形成“管束”，捆綁在防噴器框架上，引向平臺的軟管絞車上。液壓能量由平臺上的儲能器提供。3、隔水管系統(tǒng)裝置隔水管系統(tǒng)隔水管系統(tǒng)的主體，使用16-24英寸直徑的鋼管做成，單根長度一般為15-16米，單根之間依靠兩端的公母接頭配合連接，連接時只要將母接頭套入公接頭并下壓，公接頭上的鋼圈即可嵌入母接頭的槽內(nèi)并互相鎖緊。隔水管的長度取決于海水的深度。顯然在海水很深的情況下，由于自身重量的原因，隔水管可能被壓彎。隔水管受力

36、示意圖3、隔水管系統(tǒng)裝置海水越深，隔水管越重，則需要的張緊力越大。此張緊力最終要施加到浮動鉆井平臺上，增大平臺的吃水量。為了減小張緊力，可在隔水管管外面貼上一層厚厚的泡沫塑料，或隔水管外系以鋁制浮筒（筒內(nèi)充以高壓氣體），以便增大在海水中的浮力，減輕隔水管系統(tǒng)的重量。另外隔水管在海水中還受到海水運動的作用，要承受很大的橫向力，也會使隔水管彎曲，所以隔水管系統(tǒng)需要張緊。張緊裝置原理上與導引繩的張緊相同，但需要的張緊力更大。隔水管受力示意圖3、隔水管系統(tǒng)裝置隔水管系統(tǒng)隔水管系統(tǒng)處在防噴器系統(tǒng)的上面。主要作用：引導鉆具入井，隔絕海水，形成泥漿循環(huán)的回路。承受浮動平臺的升沉和平移運動。系統(tǒng)包括：隔水管，

37、伸縮隔水管，彎曲接頭，張緊裝置等。3、隔水管系統(tǒng)裝置伸縮隔水管：伸縮隔水管：處在井口裝置的最頂端，由內(nèi)管和外管組成。內(nèi)管可在外管內(nèi)軸向滑動，從而補償鉆井平臺的升沉運動。一般長約 15 16m 。伸縮行程10m 。根據(jù)我國沿海的潮差及波高情況，行程以長 14m 為宜。 3、隔水管系統(tǒng)裝置彎曲接頭：彎曲接頭：彎曲接頭處在隔水管系統(tǒng)的最下端。作用是補償鉆井平臺的平移和搖擺運動。撓性接頭：此接頭裝在隔水管柱的下部，允許彎成一定角度，以使隔水管適應浮動鉆井平臺或船的搖擺、平移等運動。目前常用的有以下幾種結(jié)構(gòu)形式： 壓力平衡式球形撓性接頭； 多球式撓性接頭； 萬能撓性接頭。3、隔水管系統(tǒng)裝置 壓力平衡式球

38、形撓性接頭通過球的轉(zhuǎn)動來適應浮船的轉(zhuǎn)動。一般允許轉(zhuǎn)動的角度是10，允許載 荷 為 3 7 0 t ， 可 與 直 徑 406.4609.6mm直徑的隔水管配合使用。壓力平衡式就是用海水壓力或泥漿壓力來平衡球接觸面處所承受的向下壓力或向上拉力。海水或泥漿進人液缸推動活塞送入球接觸面處，既可實現(xiàn)平衡，還可進行潤滑。壓力平衡式球形撓性接頭壓力平衡式球形撓性接頭3、隔水管系統(tǒng)裝置 多球式撓性接頭 也是采用壓力平衡原理只是將單球改成三個球。整個接頭分成三段，每段一個球，允許轉(zhuǎn)動角度為3度，相對于鉆桿的曲率半徑約11m 。由于采用多球，大大降低了每個球體的磨損。 多球式撓性接頭多球式撓性接頭3、隔水管系統(tǒng)

39、裝置 萬能撓性接頭 上下各有一個軸承及轉(zhuǎn)環(huán)。隔水管柱的拉力通過上轉(zhuǎn)環(huán)，由上軸承承受，壓力由下軸承承受，中間為球體。泥漿壓力通過球體可部分導給轉(zhuǎn)環(huán)。球體本身不承受軸向載荷，只起封嚴泥漿作用。此種撓性接頭許用載荷可達560t。專門用于工作水深達1800m的深水中，允許轉(zhuǎn)動角度10 。 萬能撓性接頭萬能撓性接頭4、快速連接器裝置快速連接器快速連接器是連接水下井口裝置各大系統(tǒng)之間的重要工具。由于使用時距離遙遠，所以要求結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速，連接可靠。其結(jié)構(gòu)是由卡塊、卡爪及液壓缸、活塞等組成。卡塊與液缸活塞連為一起，活塞上下運動則卡塊也上下運動?？▔K向下則推動卡爪抱緊下連接件。5、泥線支撐、懸掛器裝置泥線

40、支撐器的作用:（固定平臺鉆井）將各層套管的重量懸掛在泥線處。這樣可以大大減輕固定平臺的承重。每層套管下入時，利用套管掛懸掛在上一層套管的座環(huán)上。泥線支撐器以上的套管延長到平臺上。5、泥線支撐、懸掛器裝置泥線懸掛器的作用:（移動平臺鉆井）泥線懸掛器的作用也是懸掛各層套管柱的重量。每層套管下入時，利用套管掛懸掛在上一層套管的座環(huán)上。懸掛器以上，是通過一個下入工具與鉆柱連接，鉆柱延長到平臺上。在注水泥固井之后，將鉆柱倒開并起出來，這樣在泥線懸掛器之上是沒有套管的。完鉆平臺移走后，泥線以上的海水中沒有套管。四、防止海水腐蝕問題四、防止海水腐蝕問題海洋鉆井設(shè)備處于海上腐蝕性強的大氣中，還有一部分構(gòu)件浸人

41、海水中，由于海水對它產(chǎn)生強烈電化學和化學腐蝕，因此浸入海水中的構(gòu)件的壽命顯著降低。鋼在海岸的腐蝕比在沙漠中大400500倍，離海岸24m的鋼試樣比離海岸240m的同質(zhì)鋼試樣腐蝕快12倍。據(jù)估計，世界各發(fā)達國家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟損失約占其國民生產(chǎn)總值3.54.2，超過每年各項大災（火災、風災及地震等）損失的總和。 四、防止海水腐蝕問題四、防止海水腐蝕問題（一）海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)腐蝕區(qū)域劃分及腐蝕曲線示意圖四、防止海水腐蝕問題四、防止海水腐蝕問題（二）海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況分析1、海洋大氣區(qū) :海洋大氣區(qū)海鹽粒子使腐蝕加快 ,干燥表面與含鹽的濕膜交替變換形成物理、化學和電化學作用影響金屬腐蝕。

42、2、飛濺區(qū) :在海洋環(huán)境中腐蝕最嚴重的部位是在平均海潮以上的飛濺區(qū)。由于經(jīng)常成潮濕表面，表面供氧充足，無海生物污損。長時間潤濕表面與短時間干燥表面的交替作用和浪花沖刷，造成物理與電化學為主的腐蝕破壞，且破壞最大。 （二）海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)腐蝕情況分析3、潮差區(qū) :鋼結(jié)構(gòu)在潮差區(qū)的腐蝕為最低，甚至小于海水全浸和海底泥土的腐蝕率。4、水全浸區(qū) :在海水全浸區(qū)的腐蝕中，淺海腐蝕可能比海洋大氣中更迅速，深海區(qū)的氧含量比表層低得多，水溫近于0腐蝕較輕。5、海底泥土區(qū) :存在硫酸鹽和還原菌等細菌，海底沉積物的來源及特征不一。受海水影響少，且溫度低，腐蝕程度小，只是在海流作用交界處有一定腐蝕。（三）目前主要防腐

43、措施1、選擇耐腐蝕的材料：（1）高合金鋼；（2）低合金鋼；（3）復合合金鋼。2、設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)：如將外形設(shè)計成流線形，易腐蝕處適當加厚；盡量采用等強度設(shè)計；采用不同材料的鉚接件及焊接件。3、海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂料防腐技術(shù)：（1）富鋅底漆；（2）中間漆；（3）面漆。3、海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的涂料防腐技術(shù)（1）富鋅底漆：要求含高比例鋅粉的涂料，同時要求與基材附著力強。富鋅底漆作用之一是起陰極保護，鋅粉可以起犧牲陽極作用而保護基材。（2）中間漆：中間漆要求綜合防腐能力強，中間漆的特點是含高效的防銹材料或防滲透材料。（3）面漆：面漆的作用是為底漆和中間漆提供一個保護層，減緩和限制水氣、及化學活性離子的滲入。還

44、要求有抗沖擊性、老化性和抗溶性等。面漆一般采用氯化橡膠、烯樹脂、氨酯或丙烯樹脂涂料等。典型海洋平臺大氣區(qū)重防腐涂料配套體系配套體系涂層名稱涂層數(shù)干膜厚度m配套一環(huán)氧富鋅底漆260環(huán)氧中間涂層2100環(huán)氧面漆3200配套二環(huán)氧富鋅底漆270乙烯基中間涂層3100乙烯基丙烯涂層2150配套三無機富鋅底漆375環(huán)氧中間涂層250聚氨酯面漆3150包覆防護技術(shù)系統(tǒng)組成包覆防護施工過程簡介表面處理； 涂防蝕膏； 纏繞防蝕帶； 固定防護罩；包覆包覆防蝕防蝕技術(shù)技術(shù)組成組成剖面剖面圖圖防止液體流動形式引起的腐蝕典型深水海洋環(huán)境典型深水海洋環(huán)境五、抵抗環(huán)境載荷問題五、抵抗環(huán)境載荷問題海流的分類及影響海上平臺載荷