王 丽，杨忠华，王如壮，侯伟平

（烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东烟台 264000）

0 引言

作为国家“十二五”规划的重要一部分，海洋工程装备是高端制造业的重要组成部分并被纳入国家战略性新兴产业。海洋工程装备是高风险、高科技、高投入的项目，半潜平台作为海工装备皇冠上的明珠，一直是国际海工制造商关注的焦点。按照《海洋工程装备产业创新发展战略（2011-2020）》（发改高技[2011]1675号）关于实施海洋工程装备产业创新发展工程的部署，在未来两个五年计划里，满足国家对油气资源的需求量大增的要求和我国深海油气开发装备非常匮乏的现状，需要一大批海洋油气开发高端装备加入到开发我国海洋油气资源的队伍中来。

深水半潜式平台是目前世界上海洋油气生产的主要设施之一。在寻找深水油气资源工程中，深水半潜式钻井平台是主力军，新增的半潜式钻井平台从数量和钻深上不断增加。由于挪威北海海况恶劣，对海上作业平台的性能和规范要求高，进入挪威北海现已成为作业平台进入高端市场的代名词。当前全球在役的221座半潜钻井平台当中，通过挪威石油安全管理局（PSA）颁发的AoC（Acknowledgement of Compliance）认证的仅有29座。

本文旨在阐述挪威北海海域作业的深水半潜式钻井平台的总布置特点，在此基础上对可变载荷、井架作业系统、隔水管存放形式、定位系统等一些关键技术点进行探讨。

1 平台及海况简述

1.1 北海作业平台简介

该平台（见图1）为中集来福士所建的挪威北海系列平台中的一座。其设计依照挪威北海海况，能够抵御北海百年一遇的风暴，满足挪威石油当局、挪威海事局（NMD）和挪威石油工业标准（NORSOK）的要求，入级挪威船级社。

图1 北海深水半潜式钻井平台

1.2 北海作业平台特点

该北海深水半潜式钻井平台船体主尺度更小、空船质量更轻，有效降低了建造成本和运营成本，同时采取了较大功率推进器，航速更快，动力定位能力更强，满足冰区拖航的船级社规范要求。此外，北海深水半潜式钻井平台将由国民油井华高（NOV）提供钻井大包，钻井过程高度自动化，能够进行离线排管作业。根据挪威国家石油公司（Statoil）计算，此设计方案比北海常规钻井平台钻井效率提高25%。

2 总布置的原则

北海海域作业的半潜式钻井平台，需要满足挪威船级社、挪威海事局、挪威石油管理局的标准要求，由于北海是世界上海况最恶劣的区域，加上北欧国家对健康、安全、环保的高度重视，使得该海域作业的半潜式钻井平台的设计标准明显高于世界其它海域。

总布置设计工作要根据平台的使用功能进行合理有效的总体布局安排。同时要遵循相关规范和标准的要求，最大可能实现平台的使用要求。

1）总体布置必须安全可靠，满足规范对防火、防爆、安全区域分割和安全逃生的要求。

2）满足作业要求。这是基本出发点，如钻井平台要首先合理布置钻井设备，确保钻井；作业工作便利；生产储油平台应合理划分生产区域和储油舱，确保生产与安全。

3）保证技术性能。总布置设计时应采取合适的措施确保平台具有适宜的浮态和稳性，以满足有关规范和设计任务书的要求。

4）结构的合理性和施工工艺。设计时力求减小总纵弯矩和剪力。避免主要结构的不连续性和构件截面的突变。舱壁和支柱的设置应考虑它们对结构强度和施工工艺的影响。因此总布置设计必须与平台的结构设计相互配合。

3 关键技术点的分析

3.1 总布置主要分析内容

半潜式钻井平台以技术先进化、系统复杂化、空间集约化著称。新一代的钻井平台，自动化程度的要求越来越高，安全舒适程度要求越来越高，环保降耗的要求越来越高。半潜式钻井平台除配有常规的操作相关系统和动力供应系统外，还配有高精度的动态定位技术、自动化和多样化的消防技术、高效的垃圾和污水处理技术、先进的减振降噪技术、失效备用技术，同时配有更加高技术、高复杂性的钻井系统和钻井辅助系统。此外，北海海域的HSE要求是在世界各主要海上油田中属于最为严格的，对于人体工程学、安全逃生、振动噪声控制、高空重物坠落等要求都比其它大多数海域更为苛刻，所以在有限的结构空间内，在使详细设计过程中合理有效的布置设备、管线，电缆、通道成为设计的关键技术。

该北海深水半潜式钻井平台将浮筒内的通道重新布置在船舷内侧（见图2），这样内侧的液舱将作为功能性舱室，而外侧的液舱将用来放置压载水。这样的布置方式可以做到底部浮筒通道的连续性，大大地方便了浮筒内物料的运输。另一方面压载水位于船舷的外侧，方便调节压载，功能性的液舱位于船舶的内侧，即使发生碰撞破损时，也不会破到船的内侧，造成大规模的海洋污染。

图2 浮筒布置图

3.2 可变载荷

可变载荷是深水半潜式钻井平台的关键性能指标之一，它的大小主要受平台的最大作业水深和钻井深度以及船型、主尺度的影响[1]。

3.2.1 可变载荷内容

可变甲板载荷主要包括人员和备品、钻井设备（防喷器组等）、钻具（隔水管、套管、钻杆等）以及钻材（水泥、土粉、重晶石，泥浆等）的载荷，它主要由平台的作业水深和钻井深度所决定。作业水深主要影响隔水管的数量，钻井深度主要影响钻杆、套管数量等，而这两者同时影响钻井液的用量，特别是深水隔水管中的钻井液用量。但深水或者超深水平台的可变载荷还应包含钻井水、盐水、基油等钻井液及燃油，以及在下浮体中的淡水[2]。

3.2.2 可变载荷的大小

由于深海环境条件恶劣，离岸较远，后勤供应困难，而让钻井平台具备一次完整的深水钻井作业所需要的全部物资的装载能力也是不现实的。提供供给船配合作业不失为一种办法，但对于离大陆较远的海域，航线太长，从经济性和安全性考虑是不合适的，还是需要平台自身具备较大的可变载荷。因此衡量诸多因素，为保证钻井作业正常进行，要求新建钻井平台的可变载荷能够满足一口目标井的作业需要。北海深水半潜式钻井平台的VDL（可变甲板载荷不包含下浮体中的液体）可达4000吨。

3.3 井架作业系统

目前，深海半潜式钻井平台的井架作业系统的配置选择有很大的自由度，可以根据船东及钻井工艺的要求量身定做。有三种可以选择，即单井架作业系统、一个半井架作业系统、双井架作业系统。双井架作业系统的效率是最高的，但是投入的费用也高；单井架作业系统的钻井效率比较低，一个半井架作业系统的效率介于双井架和单井架之间，同时具有结构紧凑、系统质量轻、经济实用的特点[3]。

一般深海半潜式钻井平台均应尽可能的配置双联井架及相应的双井口作业，如图3所示，然而双井架井口作业系统已经被 Transocean公司申请专利，涉及到知识产权转化问题，需要交纳一定的专利费。一个半井架作业系统反而显得更加经济实用，成为国内石油公司的理想选择，“海洋石油981”就采用了一个半井架作业系统的钻机，如图4所示。由于船东等各方面要求，北海深水半潜式钻井平台采用的是单井架，如图5所示。

图3 双井架

图4 一个半井架

图5 单井架

3.4 隔水导管存放形式

隔水管处理系统关系到箱型平台空间和主甲板区域的划分会涉及平台物流作业方式的选择，对平台初期方案的规划影响很大。

3.4.1 存放方式

深海半潜式钻井平台隔水管有水平和垂直两种存放形式[4]。水平存放的形式适用于各种规格的隔水管。垂直存放的一般为75ft规格的隔水管，这是考虑堆放时的质量、重心及相关设备与系统的垂向高度等因素。

3.4.2 存放效率

时间上若从隔水管起重机将隔水管起吊到将隔水管输送到钻台转盘垂直位置，在这个作业流程内考虑，隔水管垂直存放的效率要高于水平存放。

3.4.3 配置要求

隔水管的长度和存放方式的不同，隔水管处理系统的配置要求也不同。水平存放：隔水管起重机，隔水管水平输送机。垂直存放：隔水管起重机，隔水管指梁系统，隔水管托车，台车。

隔水管起重机的起吊能力足以吊运伸缩节为设计要求，通常为35t～40t。

垂直运送隔水管，顶部采用专用工具底部配置专用的台车将隔水管托住，与隔水管起重机同步将隔水管移进/出指梁并送到钻台的托车。

本文的北海深水半潜式钻井平台隔水管采用水平放置的方式，并且采用两个猫道机的形式，分别运送隔水套管与钻杆，可以避免运送隔水套管与钻杆的猫道机发生干涉的情况。这种方案采用了第六代平台的新技术，使得平台的工作效率可以大大地提高。

3.5 动力定位

3.5.1 动力定位的介绍

北海深水半潜式钻井平台具备最高等级的DP-3动力定位系统，其对平台运动性能、线型、推进器设计、舱室布置、DP分割、电力载荷等都提出了更高的要求。该项目的DP-3动力定位系统通过了故障模式及效果分析和挪威船级社审核[4]。

最新一代DP3动力定位系统如图6所示，技术先进，利用卫星定位系统和自身计算机自动控制系统，可实现动态自身定位调节，最大限度支持海上钻井、采油工作的顺利进行。全球工作海域的设计方案，适应性广泛，极大的提升经济性能，具有强大的竞争力。系统通用性强，模块化设计，便于维护和操作以及功能调整。提供130人单人居住舱室，利于海上组织生产人员，保障良好生活条件。利用中集来福士独有的建造设备与工艺，实现甲板模块整体安装，降低建造预应力，进一步提升平台安全性能。

图6 动力定位示意图

3.5.2 新型半潜式钻井平台的定位方式

新型的半潜式钻井平台从安全作业和经济效益相结合的角度出发，一般都采用锚泊定位和动力定位相结合的定位方式[5]。排水量较大的钻井平台，会自带一部分锚链，在水深不大的海域作业时，采用自抛锚的方式；在中等深水海域作业时，可以采用预抛锚方式，也可以采用动力定位和锚泊相结合的方式；在深水海域作业时，采用动力定位方式。

4 结束语

本文总结了挪威北海作业的半潜式钻井平台的总布置特点和关键技术。挪威北海海域作业的半潜式钻井平台满足深海钻井可变载荷要求，配备高度自动化的钻井系统。以6机组、3机舱达到动力定位DP-3，在适应恶劣海况和满足各项最为严格的设计标准情况下，确保平台性能要求，同时进行优化设计实现安全高效作业。随着自主研发技术的提高和经验的积累，必将推动深海恶劣环境下能源的勘探和开发。

[1]DNV Offshore Code-OS-C201 / Section3 /D.Variable Functional Loads/D200[S].2011.

[2]刘海霞.深海半潜式钻井平台的总布置[J].中国海洋平台, 2007(3): 7-11.

[3]晏绍枝, 李浪清, 黄映城, 等.深海半潜式钻井平台钻井系统选型探讨[J].中国海洋平台, 2010(6): 42-46,51.

[4]DNV OS A101 Safety Principles and Arrangement[S].2008.

[5]DNV Offshore code-OS-E301 Position Mooring[S].2007.