圓筒型深水鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)浮態(tài)制造的關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、我國(guó)石油資源儲(chǔ)量不足，消費(fèi)量大，由于國(guó)內(nèi)主力油田均已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，產(chǎn)能持續(xù)萎縮，導(dǎo)致石油進(jìn)口量逐年增加。2012年我國(guó)石油對(duì)外依存度達(dá)56.5％，已經(jīng)連續(xù)第四年超過(guò)國(guó)際安全警戒線(xiàn)500％，國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)我國(guó)對(duì)國(guó)際市場(chǎng)依存度2030年將達(dá)到82％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)危及國(guó)家能源安全的警戒線(xiàn)。因此，中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的石油資源約束日益凸顯。
　　 據(jù)地質(zhì)調(diào)查，全球范圍內(nèi)45％的石油資源總量來(lái)自于海洋，海底大陸架57％的面積是石油天

2、然氣沉積盆地，遼闊的海洋為我國(guó)能源發(fā)展提供了新方向。近年全球獲得的重大石油勘探中，有近50％來(lái)自于深海，其中包含墨西哥灣、巴西東南近海、西非幾內(nèi)亞近海和中國(guó)南海，向深海發(fā)展已成當(dāng)今石油開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。目前，作為深海石油開(kāi)發(fā)主要載體的鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)裝備與技術(shù)，是各國(guó)爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略核心領(lǐng)域。在上述背景下本文開(kāi)展了國(guó)際首座第六代圓筒型鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)浮態(tài)制造研究，主要內(nèi)容包含有以下幾個(gè)方面:
　　 在圓筒型鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)制造過(guò)程中，面對(duì)制造條件特殊和

3、下水困難，我們提出了浮態(tài)制造新方法。它利用水的浮力作為支撐，先以半潛駁甲板為工作平臺(tái)，使用水下旋轉(zhuǎn)工藝來(lái)完成平臺(tái)底層的制造;半潛駁下沉撤離后，以浮在水面上的底層為制造平臺(tái)，采用“分層疊加，逐層制造”的方式制造鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)。該方法解決了在沒(méi)有超大型專(zhuān)用船塢和船臺(tái)情況下，建造巨型尺寸海工裝備的關(guān)鍵技術(shù)難題，已成功應(yīng)用到SevanDriller鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)的制造，為海洋工程裝備制造提供了重要參考。
　　 使用水動(dòng)力分析軟件AQWA，以

4、中國(guó)南海為模擬海況，先對(duì)比分析了圓筒型和船型鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)在風(fēng)暴自存狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，結(jié)果表明圓筒型鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)的垂蕩、橫搖和縱搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值都低于船型平臺(tái)，且固有周期遠(yuǎn)離風(fēng)暴情況波浪周期，擁有較好的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和抗傾能力。后分析了雙層底結(jié)構(gòu)對(duì)圓筒型鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響，結(jié)果表明在風(fēng)暴自存狀態(tài)下，雙層底平臺(tái)的垂蕩、橫搖、縱搖的固有周期大于單層底平臺(tái)，且在風(fēng)暴情況波浪周期外;隨著雙層底平臺(tái)直徑的增加，其使用效率逐漸降低，因此現(xiàn)有雙層底平臺(tái)

5、適合在我國(guó)南海生產(chǎn)作業(yè)。研究結(jié)果對(duì)鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)的結(jié)構(gòu)選型具有參考意義。
　　 對(duì)浮態(tài)制造中的水下旋轉(zhuǎn)工藝進(jìn)行數(shù)學(xué)理論建模及優(yōu)化研究。模型考慮了半潛駁尺寸規(guī)格、制造工廠吊運(yùn)能力、底層中間預(yù)留鉆探石油區(qū)域、工人操作緩沖距離等實(shí)際約束，建立了以底層環(huán)形分段數(shù)量最小、每個(gè)環(huán)形分段內(nèi)分段數(shù)量最小的數(shù)學(xué)理論模型，最后確定優(yōu)化的水下旋轉(zhuǎn)角，使用SevanDriller鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)驗(yàn)證了數(shù)學(xué)理論模型的正確性和有效性。在此基礎(chǔ)上提出了基于半潛駁建

6、造的圓筒型深海鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)底層的分段劃分方法，已成功申請(qǐng)PCT國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利。研究結(jié)果為浮態(tài)制造海洋工程裝備的推廣提供了理論參考。
　　 考慮鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)底層和半潛駁尺寸規(guī)格等實(shí)際約束，建立了水下旋轉(zhuǎn)角度數(shù)學(xué)理論模型，并提出了旋轉(zhuǎn)角度可變的水下旋轉(zhuǎn)工藝裝置，裝置包含一對(duì)圓弧形底座、供電裝置、計(jì)算機(jī)、電源線(xiàn)路和控制線(xiàn)路，已成功申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。最后以SevanDriller鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)底層為實(shí)例，旋轉(zhuǎn)角度可變的水下旋轉(zhuǎn)工藝裝置，結(jié)合

7、水下旋轉(zhuǎn)角度數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)︺@井儲(chǔ)油平臺(tái)底層進(jìn)行水下旋轉(zhuǎn)工藝操作:研究結(jié)果為浮態(tài)制造海洋工程裝備的推廣提供了重要參考。
　　 提出了通過(guò)支撐調(diào)節(jié)圓筒型鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)底層分段預(yù)制力的方法，已成功申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。在浮態(tài)制造中，鉆井儲(chǔ)油平臺(tái)底層的制造是以半潛駁甲板為工作平臺(tái)，不同形式的支撐排列會(huì)影響到焊縫施加給分段的力，我們將這種力定義為分段預(yù)制力。分段預(yù)制力的作用在于當(dāng)?shù)弥骋环侄蔚氖芰η闆r，通過(guò)支撐調(diào)節(jié)分段預(yù)制力形成一個(gè)相反的力，