自升式钻井平台在海洋石油勘探开发中发挥着积极的作用,但随着海洋石油 工业的发展及海洋勘探技术的不断提高,早期设计建造的自升式钻井平台在许多 方面不能适应形势发展的需要,需要进行升级改造,以提高施工能力本文以胜 利八号钻井平台改造设计为例,对自升式钻井平台的改造设计方案进行论证,并 从改造后的平台稳定性和强度方面来研究方案的可行性 首先,结合市场发展要求和八号平台实际,提出平台改造设计的要求,即, 恢复平台的钻井功能 其次,根据设计要求,分别从平台的结构!机械!电气!轮机以及系统配置 方面提出了具体的设计方案 第三,从平台改造后的拖航稳性!抗倾覆稳性和破舱稳性三个方面对平台的 稳性进行校核,计算表明,平台的改造符合稳性要求 第四,分别计算改造后的平台在作业!压载!风暴自存工矿下的强度,计算 显示,平台结构强度满足规范要求 综合计算分析研究表明,胜利八号钻井平台的改造是科学可行的,能迅速提 高平台的作业能力,投资小,见效快,具有良好的经济效益 关键词:自升式钻井平台;技术改造;可行性研究InvestigationontheUPgradingofSel-fElevatingDrilling PlatofrmandItsFeasibility AbstraCt Sel-felevatingdrillingPlatofmrsPlaynaimPortnatroleinthereconnoiteringnad hteexPloitationofosffhoer011fields.Butwithhtedavnacementofosffhoer011 indust,yrtheearliersel-felevatingdrillingPlatofmrena.tufnetionwelltosatisyfhte dmenadsofthedeveloPmentofosffhore011reeonnoiteringnadexPloitation.They shouldbePugradedtobebaletoufnetionaswellasPossible. hihtis叭iele,1willgivenaexamPleofShengli8drillingPlatofmrto demonsarttesel-felevatingdrillingPlatofmruPgradingsehemenadstudythe efasibilityofsehmeeorfmhtestbailitynadsturetureintensit.y First,hteaimofPugradingrigwhieh15toresmuehtedrillingufnetion15boruhgt Puaccoulingtohtemarketdemnadnadtheeonditionsofshengli8. Seeond,aeeodringtohteuPgradingaim,thedetaildesingingseheme15brouhgt Pu,whieheonsistofhtes加eture,machines,eleetriealsystem,enginenadsystem disrtib讯ing. Third,theresultofealeulatingthestbailityrfomthestatesofsailing,overtunring nadebainbrokendemonstratesuPgradingsehemeaeeordwiththestbailityrequest. Fourth,ealeulatingthesturetureintensityrfomthestatesofwokring,ufllload nadstomr,theresultsindicatethesturetureintensitysatisfiestheeriterion. 11indicatesthatShengli8drillingPlatofmr.5Pugradingseheme15seientifienad efasiblebynaalysisnadreseareh.ByPugrading,itnotonlycnaimProvequiekly Platofmr.5eonsturetingbailit,ybutalsohasanexeellenieeonomicvalue. Key!VOrds:sel-felevatingdrillingPlatofmr;teehniealuPgrade;efasiblereseareh目录 第一章前言............,...................................1 1.1海洋钻井平台概况1 1.2课题的提出#l 1 . 3研究的现状及创新点#2 1.4本文的基本内容...2 第二章课题研究的必要性及基本情况......................4 2 . 1平台改造的必要性4 2.2胜利八号平台状况..5 2 . 3胜利八号平台改造基本要求6 第三章胜利八号平台改造基本方案设计9 3.1结构部分9 3 . 2机械部分10 3 . 3系统布置方案16 3.4轮机部分,#18 3 . 5电气部分19 第四章稳性计算22 4 . 1拖航稳性的计算.22 4 . 2抗倾覆稳性计算#32 4 . 3破舱稳性计算42 第五章强度计算49 5 . 1概述49 5.2计算工况50 5.3有限元模型的建立52 5.4计算结果,#56 第六章全文总结与展望#59 致谢.....................................,..................自升式钻井平台改造设计方案及可行性研究 第一章绪论 1 . 1海洋钻井平台概况 海洋钻井平台主要分为座底式!自升式!半潜式和浮式钻井船座底式平台 一般作业水深在0一10米,自升式平台作业水深一般在10一120米,半潜式平台作 业水深一般7于1000米,浮式钻井船一般用于水深超过1000米的海域,目前有 的浮式钻井船能在2900米水深的海域钻井目前,海上钻井使用最多的是自升 式钻井平台〔门 图1一1不同类型的钻井平台 1 . 2课题的提出 我国海洋石油勘探开发的初期,从国外引进了一批自升式钻井平台,为海洋 石油工业发挥了重要作用但随着设备的陈旧老化,有一些平台已不适应海洋石 油工业的发展如果报废旧平台,购买新平台,则需要大量的资金,而且建造周 期过长,不能满足当前我国海洋石油工业迅猛发展的形势需要;而利用原有的设 备,进行升级改造,提高施工能力,则投资小,见效快,能迅速缓解海上钻井施 工能力不足的压力〔/〕本文以中石化集团胜利石油管理局海洋钻井公司胜利八号 平台的升级改造为例,研究探讨旧的自升式平台升级改造的设计方案及可行性问 题 胜利八号平台原来是带辅助船的钻井平台,1999年辅助船报废,己不能钻 井,只能进行修井作业胜利海洋钻井公司对平台的改造的目的是,通过改变八中国海洋大学硕七学位报告 图1一2原胜利八号钻井平台 号平台的船体结构,不用辅助船的情况下,使平台具备打井的能力本文主要是 对改造的设计方案以及可行性问题进行研究,为公司决策提供参考 团1一J丫户21艺甲阴日井八馆井个百 1 . 3研究的现状及创新点 以往对钻井平台的修理改造,主要是对钻井设备进行升级改造,很少对平台 船体结构进行改变而胜利八号平台要恢复钻井功能,必须改变平台的结构,扩 大平台的空间,以便能安装泥浆泵等钻井设备这在国内外还没有先例,是一个 新的尝试本文从结构稳性和强度两个方面进行研究,论证其安全性,这是本文 的核心内容本文的创新点主要有两点:一是在设计上的创新,通过大幅度改变 平台的结构来扩大平台的空间,这在国内是首创;二是计算方法上的创新,在强自升式钻井平台改造设计方案及可行性研究 度计算中,在国内首次应用了挪威船级社(DNV)的SEsAM/认认DAM软件 1 . 4本文的基本内容 本文是一篇实际应用性的报告,主要内容有: (1)!对胜利八号钻井平台改造的必要性分析; (2)!介绍设计方案; (3)!对方案从稳性和强度两个方面进行技术可行性分析中国海洋大学硕:l学位报告 第二章课题研究的必要性及基本情况 2 . 1平台改造的必要性 2 . 1 . 1平台改造是胜利海洋钻井市场发展的需要 近年来,受高油价等因素拉动的影响,海上钻井市场比较活跃,工作量饱满, 对钻井平台的需求量大增据悉,有的海上钻井公司的工作量己安排到2007年 〔,-〕胜利八号平台目前只能从事试油!修井等作业,赢利能力较弱若将其改造 成能够打井的平台,则能极大的增强胜利海洋钻井公司的施工能力和盈利能力 2 . 1.2改造后平台具有的优势 胜利八号钻井平台改造后,与胜利海洋钻井现有的平台相比,具有明显的优 势 第一!作业水深有优势胜利八号平台桩腿总长69米,设计作业可达30米, 作业海区几乎可以覆盖整个渤海湾,特别是可以参与蓬莱19一3大油田的开发 第二!有悬臂梁的优势胜利八号平台具有大位移悬臂梁,具有打高密度丛 式井井组的能力,最大施工能力一次可达12口井目前,海洋钻井只有胜利九 号钻井平台有同样的设备和功能而且,随着海上勘探开发市场的发展,对悬臂 梁式钻井平台的需求量越来越大 2 . 1 . 3改造的经济优势 改造平台同购买平台相比,在短期内具有较强的经济优势由于受钢材价格 上涨,海洋钻井平台需求增加等因素的影响,近年来,钻井平台的价格大幅上升 现阶段购买一条与胜利八号平台同型的新平台,至少需要5亿元的资金,在目前 的体制下,胜利海洋钻井难以在短期内筹集如此巨额资金,超出了胜利海洋钻井 的承受能力改造平台的资金需求则要少得多,只需1亿元左右,公司能够承受 得起另外,购买新平台的周期长,而改造的周期短,能充分利用目前的良好市 场形势,产生巨大的经济效益=.6]自升式钻井平台改造设计方案及可行性研究 2 . 2胜利八号平台基本状况〔川 胜利八号平台原名BARUNHJACKUP由新加坡罗宾造船厂1981年制造, 1993年从印度尼西亚引进,同年更名为/胜利八号0,1994年正式在胜利埋岛油 田投产使用,从投产至今成功打井27口,修井和新井投产90余口,为胜利油田 增储上产做出了巨大贡献 胜利八号平台原由钻井主平台和生活动力船组成,生活动力船由美国新奥 尔良船厂1963年制造,从1994年到1998年胜利八号平台在海上钻井黄金季节 (4月份一10月份)先后成功打井27口,从1996年冬季开始,胜利八号主平台 协助井下作业公司在埋岛油田修井和新井投产作业1998年生活动力船因为安 全系数低,不适合在埋岛油田作业等诸多原因而停止使用,失去钻井能力,目前 胜利八号主平台只能作为修井!作业平台使用 2 . 2 . 1胜利八号平台主要参数 船长:44.sm(146.) 型宽:40.157m(131.8,) 型深:4.267m(14,) 最大作业水深(含潮高):30m满载吃水:3.O48m(10,) 满载排水量:3110t 桩腿:3根 桩腿外径x总长:3.O48m(10.)x69.19m(227,) 桩靴尺寸为:8.534x8.534x1.219m(28.x28.x4,) 桩腿额定起升能力为:544t(600s.)t 最大支持能力为:IO88t(1200s.t) 桩腿中心距:纵向32.309(106.),横向26.822m(88.) 气隙:10.97m 桩腿插入土层深度:6.096m 2 . 2 . 2胜利八号平台许用作业环境条件〔26] 按1983年ABS船级社批准的条件: 波浪:最大波高7.62m(25.)中国海洋大学硕_{:学位报告 波浪周期:9.65 风速:最大允许风速70节 流速:表面1.5节 2 . 3胜利八号平台改造基本要求 2 . 3 . 1平台改造适用的规范 本平台按照5海上移动平台入级与建造规范6(1992)和5海上移动平台安 全规则6(1992)等规范和规则进行改造设计 2 . 3 . 2改造后的适用环境 无冰期作业,最低日平均大气温度大于一10e 正常作业工况 波高:<4m 风速:<20.7m/s 流速:表面1.5节,海底0.5节 升降工况 波高:1口D级钢 占二3/4即一1,B级钢 占<3/4/A级钢 抗拉强度;4100一S000kgf/cmz 屈服强度:2400kgf/emZ 与桩腿同样经过20多年的腐蚀,实际厚度亦应通过测厚获得,这次改造桩 靴需要加强并重新涂装油漆仁洲 3 . 2 . 2升降机构 原升桩机构为液压传动齿轮齿条式,由贝克海洋工程公司(BAKERMARNIE PTE.LTD)制造每根桩腿有两根齿条,每根齿条上有一个驱动齿轮每根桩腿的 额定