(胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东 东营 257017)

目前世界上共有自升式平台约400座，占全部海洋钻井装置的40%以上[1]。自升式平台造价随作业水深加大而急剧上升，目前世界上这种平台作业水深最大的是168 m，作业水深大于120 m的自升式钻井平台只有20余座，我国自升式平台17座，最大作业水深大于90 m的仅有4座，且均为进口技术。

现有自升式平台由浮体、桩腿、升降机械等构成，整个平台设计为一个整体。受拖航稳性、结构刚度等影响，这种模式之下继续增加作业水深已经非常困难。为了逐步向深浅海迈进，研发经济性好的深浅海自升式平台，或充分利用现有浅海自升式平台进行深水化改造，解决现有自升式平台造价随水深加大而急剧上升的问题，是一种有益尝试。

1 设想

1.1 基本思路

移动式平台受拖航稳性限制，平台重心不能过高，具体到自升式平台，也就是升降桩腿不能太长[2]。这样为了适应深浅海作业，使用较长桩腿，只有加大平台浮体主尺度以保证拖航稳性，而且由于各桩腿分别独立，各桩腿刚度和强度要求都很高，桩腿重量及占用的甲板作业面积很大，相应地需要加大升降能力，升降系统造价十分昂贵[3]。

同时，自升式平台在深浅海作业时，由于支撑结构不能进行刚性连接，平台受外力作用时上部位移较大，引起的偏心附加应力也影响平台的安全性。

美国发明了用于浅海20 m以内浅海的层叠混凝土岛式钻井系统。这一系统由钻井驳船、试油驳船以及若干块混凝土增高垫所组成的, 根据不同工作水深范围选用不同组合的增高垫与之配合使用, 以适应水深11～ 20 m 范围内的工作需要[4]。该技术不适于水深较大或水深变化较大的工况。

笔者提出在自升式平台下部加上较高的一个底座[5]，实现有效提高自升式平台的作业水深，并适于较大水深变化范围。这个底座的刚性容易保证，材料性能要求不高，而造价不会急剧上升。但相应地也存在对接、调平等技术问题。

1.2 整体结构方案

分体自升式平台主要由自升主平台、坐底支撑结构、对接引导装置、压载系统等构成。自升主平台结构见图1。

1-平台上箱体；2-升降桩腿；3-平台下箱体；4-固定桩腿；5-绞车；6-引导索；7-导向轮；8-导向套；9-空压机组；10-压载控制气路；11-通海口图1 水面拖航状态

综合考虑平台拖航、对接、就位、拆分等各项性能，将平台分为均具有漂浮性能的两大分体。作业时在海上自行上下对接成一座平台。自升主平台与常规自升式平台基本相同，各升降桩腿顶部安装导向轮，底部截面中心设有导向套；坐底支撑结构，下部为平台下箱体，隔成数个压载舱室，各压载舱室均设有通海口，平台下箱体上方设有与升降桩腿位置对应、数量相同的固定桩腿，各固定桩腿也分别设压载舱，平台下箱体、固定桩腿及多个杆件组焊为一个刚性整体；对接引导绞车安装在自升主平台上，配属的引导索沿导向轮、导向套，穿过升降桩腿后固定在固定桩腿的顶部截面中心，通过收紧引导索，升降桩腿底端可以与固定桩腿顶端基本对准，此时对接处的锥度结构可使两者精确对位；压载系统的空压机组安装在自升主平台上，配属的压载控制气路与坐底支撑结构上所设各压载舱分别相连，利用气压控制海水进出压载舱，各压载舱可分别控制，调整坐底支撑结构在尚未坐底时的平衡。

坐底支撑结构由于结构重心低，加上固定桩腿的浮力作用，采用柱稳式平台成熟设计技术可以使其不仅具有漂浮稳性，还具有沉浮稳性，确保海上对位、拆分过程的平稳、安全。

自升主平台通过升降桩腿支坐在坐底支撑结构的固定桩腿上，完全依靠自升主平台重量来保持其竖向稳定，对接完成后桩腿不承受拉力；横向由对接处的锥度结构限位，通过局部加强满足对接部位接触应力和剪切应力要求。升降桩腿结构计算时在对接处简化为铰支。

1.3 不同工况操作程序

平台拖航时，自升主平台、坐底支撑结构分开浮在水面上，用拖船拖航。

平台海上就位对接时，压载系统控制各压载舱进水，使坐底支撑结构沉至升降桩腿下端以下，同时对接引导装置卷收引导索，使升降桩腿与固定桩腿对中相接(见图2)，然后降放升降桩腿，直至坐底支撑结构坐落于海底，此后按普通自升式平台升船程序执行，调整至作业状态；在海底存在轻度倾斜时，靠升降桩腿调节以保持自升主平台的状态。

平台钻修作业与其它平台没有区别(见图3)。

图2 海上对

图3 正常作业状

平台起浮拆分时，先将平台上箱体降至水面，提升升降桩腿同时放松引导索，用拖船将自升主平台移出坐底支撑结构的上方区域，利用压载系统排出压载舱内的水，使坐底支撑结构浮起。

平台近距离转移井位时，可以不进行拆分，将坐底支撑结构提离海底并使其具备一定浮力后即可拖航。

平台在浅水区应用时，可以直接用自升式主平台进行作业。

2 关键问题及其解决思路

1) 上下两大分体对接过程中，受力大小受海上浪流、坐底支撑结构质量、振摇频率、引导索弹性等影响，决定对接系统的设计参数，需要进行理论分析、试验模拟研究，并可考虑在引导索与坐底支撑结构之间增加弹簧结构，吸收振摇力。

2) 海底不平会引起平台坐底支撑结构倾斜,造成偏心力矩，是不安全因素。但上部平台桩腿与固桩区存在一定间隙，允许各桩腿间有小范围的“八字”，对接时不会引起对中错位和过大内应力，加之各桩腿高度可自由调节，平台上箱体可以保持水平。当然，仍需要根据坐底支撑结构的主尺度及偏心限制等计算确定海底不平度上限。

3) 坐底支撑结构下沉入水和起浮出水过程中需要防止失稳，可以采取柱稳式平台设计技术。由于坐底支撑结构不象柱稳式平台上部带有甲板及作业设备，重心较低，设计上相对容易保证沉浮稳性，但支撑结构仍有高度限制。可以考虑采用自升式主平台上附带的吊车或钻井井架大钩辅助下沉。

4) 设计、计算方法需要慎重研究。特别是平台整体抗滑稳定性、平台对接与拆分作业过程受力、平台对接处结构及受力等，以前没有先例，应该采用理论计算和试验结合的方法进行研究，技术可行后可以结合现有平台深水化改造进行试验。

5) 平台整体压载需要深化研究。作为组合式平台，其整体重量中相当大部分是在水下，需要考虑平台整体预压载。

6) 作为新型平台，需要探索规范的适应性问题，满足平台安全性要求。

3 性能及效益分析

1) 采用分体结构，平台升降桩腿长度成倍减小，降低了重心，大大提高了平台漂浮稳性，从而可以显著减小平台上浮体的尺度、重量，相应降低了平台对其桩腿的刚度、强度的要求和对整套升降机械升降能力的要求，平台所受环境载荷也随之减少。

2) 两大分体均具备自浮能力，就位时无需浮吊等辅助作业，且平台不会出现拔桩困难。其中坐底支撑结构可以利用柱稳式平台设计技术，保证平台入水稳性。

3) 坐底支撑结构不必受平台升降功能限制，焊接为一个整体，比相互独立的桩腿结构性好，不易发生变形及振动，充分发挥材料效能，不必使用昂贵的高强度钢材。且平台上部位移小，偏心附加应力小。

4) 坐底支撑结构可以对升降主平台的桩腿进行精确限位，有利于降低普通自升式平台固桩载荷，提高了平台安全性。

5) 可以比较容易地突破目前自升式平台作业水深的上限。

6) 对现有自升式平台的深水化改造非常适用，可缓解浅海勘探开发工作量不足而深浅海钻井装备能力不足的矛盾。

一座60 m水深自升式钻井平台造价约为5亿元，而一座120 m水深自升式平台造价约为12亿元。如果用一座60 m自升式平台加上一个60 m高的坐底支撑结构，需再增加1.5亿元即可，其前期投资节省非常大。

[1] 彭熙民.“港海一号”自升式钻井平台结构静力分析[J].中国海洋平台，2000，15(4)：21-24.

[2] 潘 斌.移动式平台设计[M].上海：上海交通大学出版社，1995.

[3] 王 泉.自升式修井平台升降装置强度安全可靠性分析[J].石油矿场机械，2002, 31(4): 1-5.

[4] 黄新生.滩海油田开发中海工技术发展问题思考[J].石油规划设计，1996(6)：9-12.