海上石油鉆井平臺 兼容模式 修復(fù)的

海洋油氣鉆井工程成都理工大學(xué)第一章海上鉆井平臺第一節(jié)海上鉆井平臺的分類及特點一、海上鉆井平臺的分類二、固定式鉆井平臺

固定平臺按照自給程度不同，分為：自容型海洋型鉆井平臺和帶輔助船的小型鉆井平臺兩類。

自容型固定平臺：型體尺寸較大；能容納全部鉆井設(shè)備及一切隊、附屬設(shè)施，包括各種倉庫及生活設(shè)施。因此，需要平臺的面積大，建設(shè)費用高。為了縮減這類平臺的面積，多做成雙層平臺的型式。

帶輔助船的小型固定鉆井平臺：將部分設(shè)備和材料放在輔助船上，以減小平臺的尺寸。這種小型平臺建筑面積可以達到最小限度。一般只將井架、絞車、動力聯(lián)動機及其附屬設(shè)備放在平臺上，而其它設(shè)施及食宿等都設(shè)置在輔助船上。

優(yōu)點：平臺的投資少，體積小，便于施工，而且當鉆完一口油井后，輔助船可以很快轉(zhuǎn)移到另一井位，鉆井平臺可轉(zhuǎn)化為采油平臺使用。

固定式鉆井平臺的分類：樁基式，重力式；張力式和繃繩塔式四類。各平臺的適應(yīng)水深：重力式平臺適用的水深較淺；樁基式平臺適用的水深稍深；張力式和繃繩塔式平臺可在較深的水域使用。1、重力式平臺

重力式平臺是依靠平臺基礎(chǔ)的巨大的重力壓在海底，從而與海底牢固聯(lián)結(jié)。要求海底很平整。重力式平臺的基礎(chǔ)和腿柱中都分為許多艙室，這些艙室本身就是非常好的大型儲油罐，在平臺安裝階段的拖航和下沉?xí)r可作為壓載艙。重力式平臺的最大優(yōu)點是，抗腐蝕能力特別強，另外，防火和抗暴能力，抵御風(fēng)浪的能力，都比鋼質(zhì)樁基式平臺好，還有一個優(yōu)點是制造成本低。2、張力腿式平臺張力腿式平臺本身是一個浮動平臺，平臺的貯備浮力遠遠大于平臺的重力，靠纜繩或錨鏈(稱作張力腿)的張力將平臺與事先固定在海底的錨樁上拉緊，平衡一部分浮力，并使平臺較好地固定在海面上。這種非剛性地連接，不僅可減小平臺的搖擺和傾斜，而且由海底地震引起的海床運動，也在到達平臺之前被大大減弱了。3、繃繩塔式平臺如1983年建于墨西哥灣水深305米的海域，塔架高329米，重19000噸，用鋼樁打入海底。但該塔架又瘦又高，柔性較大，在波浪作用下可以允許輕微搖擺。整個塔架靠20根直徑227毫米的鋼繩作為繃繩向四面八方的海底拉緊，并固定于海底。由于該平臺的固有頻率，所以平臺的搖擺不會對人員健康和生產(chǎn)作業(yè)有大的影響。4、樁基式平臺

目前我國建造的固定式鉆井平臺都是樁基式平臺。主要介紹樁基式平臺。樁基式平臺是靠向海底打樁，將平臺與海底牢牢地固定。樁基式鉆井平臺所采用的建筑材料不同，有木樁的，鋼筋混凝土樁的，鋼樁的和鋁質(zhì)樁的幾種。

目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的是鋼樁平臺。

優(yōu)點：(1)可事先做成導(dǎo)管架型式，在岸上預(yù)制好，然后到海上進行打樁；

(2)平臺的整體性好，施工快。

缺點：抗海水腐蝕性能差。所以，有的地方，曾采用過抗海水腐蝕性能好的鋁制平臺，但因造價昂貴，未能普遍應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)部分和上層建筑。

基礎(chǔ)部分是由導(dǎo)管架和樁管組成。導(dǎo)管可事先在岸上預(yù)制好。然后，用駁船運至目的地，或依靠中空的浮力拖至目的地，下沉并坐在海底上。再將樁管由導(dǎo)管內(nèi)插入，并用打樁機打入海底一定深度。

三、坐底式平臺

40年代末，坐底式開始應(yīng)用于海洋鉆井，逐漸發(fā)展為目前的坐底式鉆井裝置。

特點：鉆井時座在海底，鉆完井后能浮起來，然后再拖到新的井位，壓載后又下沉坐底重新打井。即須能滿足“沉得下，座得穩(wěn)，浮得起”的要求。

結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)部分和上層建筑部分。(一)上層建筑部分

結(jié)構(gòu)：固定式平臺基本上一樣。一般也分為上下兩層甲板，必要時可增加鉆井甲板。

上層甲板的用途：主要放置鉆機、井架、鉆具、起重設(shè)備、各種工作間和生活設(shè)施，以及直升飛機平臺等。

下層甲板的用途：主要是機泵組，固井設(shè)備，泥漿循環(huán)系統(tǒng)，以及各種材料庫罐等。

平臺的尺度：其大小主要依據(jù)鉆井工藝要求、鉆機能力、材料設(shè)備、自給程度及工作人數(shù)等決定。

平臺的形狀：在外形上，有矩形、梯形和三角形等形狀?？紤]到鉆完井后平臺能夠方便地退場而不影響已鉆井口裝置，鉆機都放在平臺的尾部，或做成開口形狀；或做成舷外伸出式尾部平臺。(二)基礎(chǔ)部分

類型：浮筒型，鋼瓶型和浮墊型。我國于1963年自己設(shè)計建造的第一個移動式鉆井平臺，就是浮筒型坐底式平臺。此種平臺的缺點是下沉和起浮過程中穩(wěn)定性差，很容易翻倒。所以現(xiàn)在基本被淘汰。鋼瓶型坐底式平臺，這是我國建造的第二臺移動式平臺。這種平臺的主要缺點是在下沉和上浮過程中穩(wěn)定性差，現(xiàn)在也趨于淘汰。

浮墊型坐底式平臺，是目前應(yīng)用最為廣泛的坐底式平臺。在我國還有一種步行坐底式平臺。它是屬于浮墊型坐底式平臺。這種平臺在深水區(qū)可以拖航，在淺水區(qū)或在海灘和海岸上，則可以自己步行移動。

坐底式平臺是出現(xiàn)最早的移動式鉆井平臺。目前主要用于內(nèi)河、湖泊以及淺海域。而且要求海底較為平整，坡度小，波浪和海流都要求很小。四、自升式鉆井平臺自升式鉆井平臺，又稱為樁腳式鉆井平臺，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的鉆井平臺。

結(jié)構(gòu)：船體、樁腳和升降機構(gòu)三大部分。需要打井時，將樁腳插入或坐入海底，船體還可順著樁腿上爬，離開海面，工作時可不受海水運動的影響。打完井后，船體可順著樁腿爬下來，浮在海面上，再將樁腳拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。(一)船體

相當于前述平臺的上層建筑部分，分為兩層甲板。

主甲板的用途：井場(管子堆場)、各工種的工作間、所有人員的生活區(qū)(樓房)、直升飛機平臺、鉆井甲板及鉆井設(shè)備等等。主甲板下面是機艙甲板，用途：發(fā)電機組、鉆井泵系統(tǒng)、固井系統(tǒng)、泥漿處理系統(tǒng)、機加工車間等等。機艙平臺下面是底艙，內(nèi)存有燃油、淡水壓載水等。

形狀：往往與樁腳的數(shù)量和布置方式有關(guān)。有矩形、正方形、三角形、五角形等。(二)樁腳

作用：在鉆井過程中，使整個鉆井平臺支撐于海底，并使平臺離開海面，免受海水運動的影響。

類型：為插入式和底墊式兩種。

樁腳的主體部分稱為樁腿。有的插入式樁腳在樁腿的最底端帶有樁腳箱。

樁腿的類型：有圓柱形的、有桁架結(jié)構(gòu)的，類型很多。

樁腿發(fā)展的總趨勢：由圓柱形截面發(fā)展為桁架結(jié)構(gòu)，尺寸由小向大發(fā)展。

在樁腿的最底端是所謂的樁腳箱(也簡稱樁腳)。樁腳箱的作用：

1．增大樁腿與海底的接觸面積，使海底可承受更大的平臺重量；

2．樁腳箱的形狀要有利于減小插入的阻力；

3．樁腳箱的形狀要有利于增大插入海底后的穩(wěn)定性；

4．樁腳箱中設(shè)置可沖洗海底的系統(tǒng)，以便順利拔樁。底墊式樁腳的底墊形狀常見的有A型、方型及雙流線型等。底墊的輪廓尺寸多與船體形狀相同。這是因為在拖航時，要將底墊上升到距離船體最近(0.1米)，以減小拖航的阻力。船體與底墊相同，則便于升降操作。(三)升降機構(gòu)

類型：升降機構(gòu)有兩種。一種是孔穴插銷液壓升降裝置，一種是馬達驅(qū)動的齒輪齒條升降裝置。前者適用于圓柱形樁腿，但液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜，升降速度較慢，有時易于出現(xiàn)漏油，使升降力不夠。后者適用于桁架結(jié)構(gòu)的樁腿，升降連續(xù)性好，速度快，但缺點是升降機構(gòu)龐大。

無論是孔穴插銷液壓升降機構(gòu)，還是齒輪齒條電動升降機構(gòu)，在完成插樁和將船體升離海面一定高度以后，船體和樁腿之間的相對位置應(yīng)該固定下來，否則船體將會在重力作用下掉下來。升降任務(wù)完成之后，升降機構(gòu)應(yīng)當停止工作，以便檢修。在拔樁以后并將樁腿升起，準備拖航移位時，也存在樁腿與船體之間的位置的固定問題。解決此間題的方法是用楔子自鎖固定。拖航時上楔系統(tǒng)鎖定，鉆井作業(yè)期間下楔系統(tǒng)鎖定。

實際的升降系統(tǒng)，除了上述動力設(shè)備外，還要有一套控制系統(tǒng)，在中央控制室集中進行控制操作。

除鉆井作業(yè)以外，自升式平臺在海上的所有作業(yè)，可概括為：“降、拔、拖、壓、升”五項作業(yè)。

降：平臺的船體順著樁腿從距離海面一定高度處降到海面上；

拔：將樁腿從海底拔出來，并將樁腿升起到足夠高度，減小拖航中樁腿在海水中的阻力；

拖：拖航，這時平臺處在浮動狀態(tài)下；

壓：指平臺到達新的井位后，將樁腿下放到海底，并依靠平臺的重力將樁腿壓到海底以下一定深度；

升：指壓樁完成之后，樁腿已經(jīng)牢牢地固定于海底，然后平臺的船體沿著樁腿向上爬，升離海面一定高度，準備新的廠口井的作業(yè)。從上述五項作業(yè)可以看出，有四項是升降作業(yè)。

升降機構(gòu)的好壞，是評價一個自升式平臺性能優(yōu)劣的重要標志。

五項作業(yè)是順利鉆井的基礎(chǔ)和前提條件。順利完成五項作業(yè)，除了良好的升降系統(tǒng)和熟練的作業(yè)技術(shù)外，還要注意選擇好的天氣條件和海況條件。五項作業(yè)期間是自升式平臺最易出事故的階段。在中外海洋鉆井史上，這方面的教訓(xùn)是很深刻的。五、鉆井船

鉆井船從結(jié)構(gòu)上說很簡單，外形就是一條船。所有的鉆井設(shè)備、工具，材料以及作業(yè)人員的工作間和生活區(qū)，直升飛機平臺等都在船上。

鉆井船在海上只能進行浮式鉆井作業(yè)。作業(yè)期間，船體受到風(fēng)、浪、流的作用，會產(chǎn)生各種運動。這些運動有時非常劇烈，例如嚴重的搖擺，升沉和橫向漂移，給鉆井作業(yè)帶來很大的影響，甚至使鉆井作業(yè)無法進行而中斷。所以，鉆井浮船需要使用錨泊系統(tǒng)定位，或者使用自動動力定位系統(tǒng)定位。鉆井船的發(fā)展：

為了增大鉆井船抵抗風(fēng)、浪、流的能力，提高穩(wěn)定性，鉆井船不斷有新的發(fā)展。

1、噸位增大?，F(xiàn)代用于深水鉆井的浮船都在15000噸以上，噸位大則抗風(fēng)能力強。例如1981年建成的“POLLYBRESTOL"鉆井船，排水量為18360噸。荷蘭建造的“NeddrillI”排水量達到24000噸。

2、做成雙體船。至今全世界共建造過三條雙體船。如：

(1)美國建造的“貝克號”雙體船。但其缺點有：①沒有自航能力，移位時需要拖航；②在工作時需要有一條貨船，一條客船和一條日用船配合作業(yè)；③即使在海況不是非常壞的海域(如墨西哥灣)，由于天氣原因而停工的時間仍很長。該船后來因一口井發(fā)生井噴失火而傾翻。(2)我國1974年自己設(shè)計建造的“勘探一號”雙體鉆井船。由兩條各長99.23米，寬14.3米的3000噸的貨輪改裝而成。先將兩條船之間用巨大的桁架連接起來，成為一個整體，然后在上面鋪設(shè)鉆井甲板。拼裝后排水量達到8000噸，并可利用原船的動力自航。鉆井作業(yè)期間用錨系定位。該船在我國黃海水深28米～68米海域共打井7口后退役。六、半潛式平臺

半潛式平臺是目前應(yīng)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。上部平臺任何時候都處在海面以上一定高度。下部浮體在航行狀態(tài)下是浮在海面上，浮體的浮力支撐著整個裝置的重量。在鉆井作業(yè)期間，下部浮體潛入海面以下一定的深度，躲開海面上最強烈的風(fēng)浪作用，只留部分立柱和上部平臺在海面以上。

由于在工作期間一半潛入海面以下這種特點，被命名為半潛式鉆井平臺。這種鉆井平臺在水深較淺時，也可以坐在海底進行鉆井，與坐底式一樣。1、上部平臺

半潛式是從坐底式發(fā)展而來，所以上部平臺部分，與坐底式平臺類似，但比坐底式平臺要先進得多。

上部平臺的結(jié)構(gòu)：一般分兩層，上層為主甲板，下層為機艙。

主甲板的用途：主要放置鉆機、井架、鉆具、起重設(shè)備、消防、救生設(shè)備、各種工作間和生活區(qū)(一幢樓房)，還有直升飛機平臺等。

下層機艙的用途：主要是機泵組、固井設(shè)備、泥漿循環(huán)系統(tǒng)，以及各種材料庫罐等。平臺的尺度都相當大，所以有很高的自持能力。上部平臺的形狀以矩形最為常見，此外還有三角形、五角形、八角形，甚至還有十字形和中字形。2、下部浮體

下部浮體的作用：為整個平臺提供浮力，整個裝置的重力以及各種外力載荷都要靠此浮力支撐。

目前半潛式平臺一般都有自航能力和自動動力定位系統(tǒng)。自航和動力定位的推進器都裝在下部浮體上。巨大的浮體內(nèi)分成許多隔艙，可以作為壓載艙室，也可以作為各種液體材料的儲藏室。依靠改變壓載水量，可以使浮體潛入海面以下或浮到海面上。

浮體的形狀：可分為長條形和浮箱形兩種。3、中間立柱

立柱的作用：(1)將上部平臺與下部浮體連接起來，起到支撐平臺的作用。

(2)巨大的立柱空間，在潛入水下時為平臺提供浮力。

(3)內(nèi)部可以存儲各種材料，還可設(shè)置人梯或電梯，提供從平臺到浮體的通道。

立柱的形狀：圓柱形。如：(1)我國的“南海二號”半潛式鉆井平臺。

(2)我國自己設(shè)計建造的具有自航能力的“勘探三號”半潛式鉆井平臺。

(3)法國建造的“五角81”半潛式鉆井平臺。

優(yōu)點：在鉆井過程中抵抗風(fēng)浪的能力大，穩(wěn)定性好。

缺點：平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，自持能力稍差，機動性也稍差，自航速度低，有的甚至不能自航而需要拖航。鉆井浮船的優(yōu)缺點正好與半潛式平臺相反，在鉆井作業(yè)中整個船體都處在風(fēng)浪影響最大的海面處，穩(wěn)定性不如半潛式。但它結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，機動性很好，自航速度最高，自持力也比半潛式大得多。

選擇原則：半潛式平臺適用于所有海域，特別是海況條件惡劣的深海海域。在海況條件不是很惡劣的情況下，選用鉆井浮船比半潛式更經(jīng)濟。第二節(jié)海洋鉆井裝置的特性介紹一、底撐式平臺的穩(wěn)固性1、定義底撐式平臺是相對于浮動式平臺而言。在鉆井作業(yè)過程中，依靠海底支撐整個平臺的重量并將平臺與海底牢牢地連接在一起，使平臺不隨海水的劇烈運動而運動，平臺與海底之間沒有相對運動，這樣的平臺稱為底撐式平臺。在底撐式平臺上鉆井，除了井口裝置不同外，整個鉆井作業(yè)都與陸上鉆井沒有多大區(qū)別。2、類型底撐式平臺包括：坐底式平臺，自升式平臺二類。坐底式和自升式平臺在鉆完井后，需要浮在海面上，以便進行移位，這時它們處于浮動狀態(tài)，有穩(wěn)定性的問題。主要討論，底撐式平臺在鉆井過程中，如何保持底撐良好，具有可靠的穩(wěn)固性，保證鉆井作業(yè)的安全順利進行。(一)在外力作用下的強度破壞問題固定平臺在外力作用下出現(xiàn)強度破壞，在海洋石油勘探開發(fā)的歷史上是時有發(fā)生的。下面我們從幾個方面談?wù)劷鉀Q強度破壞問題的一般原則。1、把好平臺設(shè)計關(guān)這是解決強度破壞問題的首要環(huán)節(jié)。設(shè)計的首要條件是充分調(diào)查研究平臺使用海域的海洋環(huán)境。確定了海洋環(huán)境因素的大小之后，還要使用可靠的海洋環(huán)境載荷計算方法。在設(shè)計時還要充分考慮海洋條件對構(gòu)件的腐蝕問題，選擇足夠大的安全系數(shù)。2、把好建造關(guān)實際破壞的原因往往不是設(shè)計不安全，而是在建造過程中留下內(nèi)部隱患，特別是鑄件的夾砂氣孔，熱處理及焊接過程中留下的殘余應(yīng)力等。3、把好使用關(guān)使用中的一個問題是，嚴格按照設(shè)計條件規(guī)定的范圍使用，不要在超過設(shè)計海域的環(huán)境荷載條件的海域使用。(二)坐底作業(yè)中的滑移、掏空和傾斜問題1、坐底滑移問題坐底式鉆井平臺坐在海底之后，在風(fēng)、浪、流等外力作用下，會沿著海底橫向滑移。這種滑移將給鉆井工藝帶來很大的麻煩，甚至造成重大事故。坐底式平臺的滑移是一個較為普遍性的問題。

解決滑移問題的方法：

(1)一般可采取增大壓載，即增大浮墊與海底的摩擦力。

(2)可在浮墊周圍設(shè)立裙板，裙板可插入海底，協(xié)助抗滑。

(3)可在浮墊周圍用打樁機打樁，阻擋平臺的滑移。在滑移嚴重的海域，最有效最經(jīng)濟的方法還是抗滑樁。2、坐底掏空問題坐底式平臺的掏空是淺海鉆井的一大難題。(1)掏空的原因：

a、掏空首先與水深、波速、流速有關(guān)。

b、掏空與海底砂質(zhì)有關(guān)。

c、掏空與船體浮墊的形狀有關(guān)。(2)解決的辦法

a、一般不太嚴重的掏空，可以采取及時填放沙袋和石塊的辦法加以解決。但嚴重時會將沙袋和石塊下面繼續(xù)掏空，使沙袋與石塊不起作用。

b、在掏空現(xiàn)象嚴重的海域，需要對海底事先作預(yù)處理，用大量的貝殼在海底鋪上厚厚一層，改變海底的砂質(zhì)。

c、在掏空現(xiàn)象嚴重的海域，可采取在浮墊周圍用活動的鋼質(zhì)裙板，將周圍5米以內(nèi)的海底覆蓋保護，使悔底砂粒不致被沖走。

d、改變波浪的水流方向。如我國勝利淺海鉆井公司研制了一種防浪板，與浮墊鉸接連接，在浮墊周圍形成斜坡。波浪或海流沖來時，會沿著防浪板向上沖，而不是向下去掏空海底。3、坐底傾斜問題

出現(xiàn)傾斜的原因：

1、海底有一定的坡度，一般要求坡度不得大于1％。；

2、事先對海底平整不夠，海底局部高低不平；

3、海床地基的承載能力不均，在坐底后產(chǎn)生不均勻的下沉；

4、坐底后波浪海流對一部分海底進行沖刷和掏空；

5、在坐底過程中，作業(yè)方法不當，引起平臺傾斜；

6、平臺上出現(xiàn)較大的不均荷載，重心偏移，等。坐底式平臺的傾斜將給鉆井帶來嚴重后果。應(yīng)該針對上述出現(xiàn)傾斜的原因，在坐底前，坐底中，和坐底后，逐項予以解決。

掏空，滑移和傾斜在一個平臺上也會同時出現(xiàn)。如我國的“勝利三號”坐底式鉆井平臺曾在兩口井上出現(xiàn)大的掏空，滑移和傾斜。(三)自升式平臺的插樁失效和整體傾翻問題統(tǒng)計表明：從1955年到1982年，全世界375臺自升式鉆井平臺，共出現(xiàn)由樁腿導(dǎo)致的事故31次。其中插樁失效事故約占三分之一。其余，或為樁腿折斷，或為平臺整體傾翻。自升式平臺每年的事故率約為2.6％，大大高于其它類型鉆井平臺的事故率。

事故率高的原因：主要是這種平臺有一個所謂的“五項作業(yè)”。平臺從與海底牢固結(jié)合的靜止狀態(tài)，拔樁后變成平臺和樁腿都完全自由于水中的浮動狀態(tài)，插樁后又變成與海底牢固結(jié)合的靜止狀態(tài)。

在靜動轉(zhuǎn)換的時刻是最為危險的，最容易出事故的。這個問題的嚴重性和重要性還在于，全世界使用這種鉆井平臺的數(shù)量在移動式平臺中屬最多。1、插樁失效問題

(1)插樁失效的幾種類型：

①樁腿已經(jīng)插到最深(樁腿的可插入長度已經(jīng)全部插完)時，海底的承載能力仍達不到預(yù)定要求的載荷。

②插入一定深度后，在預(yù)壓載期間樁腳刺穿承壓層，進入下面較軟的地層中，使預(yù)壓載壓不上去。

③在鉆井作業(yè)期間，由于風(fēng)暴荷載的作用，超過了平臺在預(yù)壓載時的樁腿荷載，以致使該樁腿下的地層發(fā)生刺穿。

④在海水不太深的海域，且海況條件較惡劣，有可能出現(xiàn)樁腿和樁腳周圍的海底被掏空。使樁腿不穩(wěn)或下陷。

⑤由于插樁太深，或其他原因拔樁阻力過大使樁腿不能拔出來。

(2)影響因素：顯然，插樁是否有效，與平臺預(yù)壓載的要求、海底土質(zhì)的承載能力、樁腿和樁腳的形狀等因素有關(guān)。所有這些因素的影響，最終都落腳在樁腿的插入深度上。海底的不同深度有不同的承載能力。不同的樁腿和樁腳形狀承壓機理和承壓面積不同，要求的插入深度也不同。所以，插入深度的確定，是自升式鉆井平臺插樁成功的關(guān)鍵。插入深度的確定：

第一步，在插樁前先作井位附近的海底土質(zhì)調(diào)查。

調(diào)查的方法：(1)在預(yù)定井位附近進行鉆孔和取樣；

(2)在鉆井平臺到達井位后，由鉆井平臺進行鉆孔取樣。這種方法在國外也曾有人采用過。

第二步，在實驗室進行土樣的物理力學(xué)實驗。求得每層土樣的剪切強度。對砂性土質(zhì)還要作粒度分析。

第三步，是根據(jù)樁腿和樁靴的形狀、尺寸，以及土樣的剪切強度，選擇恰當?shù)墓?，計算樁靴在每層土層可以承受的最大承載力。也可以畫出插入深度與最大承載力之間的關(guān)系曲線。

有了這條試驗計算數(shù)據(jù)和曲線就可以最后確定插入深度。計算土層最大承載力的公式有多種，應(yīng)該通過本地的實踐進行優(yōu)選(包括式中常數(shù)、系數(shù)值的確定)。①在漂浮插深階段，船體仍處在漂浮狀態(tài)，這段的插入深度主要靠樁腿自己的重力插入。②升船插深階段，船體逐漸離開海面，這段的插深動力，除了樁腿重力外再加上船體的重力。第二階段結(jié)束時，船體應(yīng)升離海面1～2米，每個樁腿應(yīng)均勻承受的平臺重力。③預(yù)載插深。預(yù)載插深的方法是將平臺的重力有順序地輪番加到每個樁腿上，使每個樁腿插入更深，可承受更大的載荷。需要預(yù)載插深的原因：

一是在鉆井過程中還會有可變載荷增加到平臺上，如果沒有預(yù)載插深，這些后加上去的載荷就會引起鉆井過程中樁腿下沉，這是非常危險的。

二是插樁時都選擇好的天氣，但在鉆井過程中可能會出現(xiàn)預(yù)計的暴風(fēng)，暴風(fēng)載荷會使樁腿受力過大而繼續(xù)下沉，增加危險性。

三是考慮一定的安全系數(shù)。

在計算了插入深度和做好插樁設(shè)計后，實際的插樁過程是較為復(fù)雜的。

首先，海底實際的土層，并不是均質(zhì)的

①這種不均質(zhì)一方面表現(xiàn)在深度方向上，不同深度土質(zhì)的承壓能力不同。雖然總的趨勢是承壓能力隨深度增加而增加，但經(jīng)常有軟硬交錯，在硬殼層的下面會出現(xiàn)一層軟弱層。

②這種不均質(zhì)還表現(xiàn)在橫向上，往往出現(xiàn)一個平臺的幾個樁腿在相同深度遇到的阻力不同，所以最后的插入深度不同。

其次，在實際插入過程中，樁腳向下走時，一方面將海底土壤擠向四周，同時也將海底土壤壓實。壓實后的土壤承載能力會增大，于是會出現(xiàn)曲線變平，當壓力繼續(xù)增大后，原被壓實的土層會突然破裂。根據(jù)這些特點，現(xiàn)場實際采用的插深與承載力曲線并非象圖1—32那樣理想。而且實際的插入深度，并不完全按照曲線上標志的深度，而是根據(jù)每個樁腿實際的壓力是否達到預(yù)載要求為準。2、整體傾翻問題這里所說的整體傾翻，并不是平臺在浮動狀態(tài)下的失穩(wěn)傾翻，而是在底撐狀態(tài)下受到過大的風(fēng)浪載荷導(dǎo)致整體傾翻。

這種整體傾翻主要發(fā)生在插樁和拔樁的過程中，樁腿與海底還未形成穩(wěn)固的連接，樁腿和平臺之間也沒有穩(wěn)固連接。如果此時恰遇較大的風(fēng)浪流作用，就有可能將平臺整體傾翻，導(dǎo)致巨大的災(zāi)難。

是否會發(fā)生整體傾翻，可以根據(jù)預(yù)計的風(fēng)浪力和平臺的尺寸進行計算。平臺在使用過程中，應(yīng)根據(jù)風(fēng)力大小，進行整體傾翻可能性計算，作到防患于未然。二、浮動鉆井平臺的穩(wěn)定性與搖擺性浮動鉆井平臺在海上作業(yè)，有兩條最起碼的要求：第一，平臺不能翻倒，否則將是巨大的海難事故；第二，平臺不能傾斜過大，否則將無法進行正常的鉆井作業(yè)。(一)浮動鉆井平臺的靜水力要素1、重量、重心、重心高度一個鉆井平臺是由許多個部分組成的。船體、樁腿、房屋、井架鉆井設(shè)備……。各部分有各部分的重量。所有部分重量之和就是平臺總重量。一個浮動平臺可簡化成一個浮在水面上的立方體，并建立O—XYZ坐標。

要支撐一個物體，支撐力的方向線必須通過物體的重心G。否則就支撐不住。

重心所在的鉛垂線與O—XY平面的交點，以K表示。K點至G點的距離稱為重心高度，在口語中稱作“KG高度”。KG高度實際上就等于重心的Z軸坐標ZG。2、浮體、浮力、浮心、浮軸

①浮體：一部分處在液面以下，一部分處在液面以上，完全依靠液體浮力支撐的物體，稱為浮體。

浮動式鉆井平臺屬于浮體。自升式鉆井平臺和坐底式鉆井平臺，在插樁或坐底的過程中，同時受到液體支撐和固體(海底)支撐，這種情況下的鉆井平臺，屬于“半浮體”，這種情況下的穩(wěn)定問題更為復(fù)雜。下面主講完全浮體的穩(wěn)定性問題。

②浮力。浮體在液體中要受到液體的浮力。

③浮心：浮力作用點的位置在浮體排開液體的體積的形心處，稱浮心。如果浮體入水的體積形狀較為復(fù)雜，可以分別求得各部分的入水體積及其形心。

④浮軸

正浮狀態(tài)：浮動鉆井平臺在水面上靜止不動的情況下，浮心與重心處在同一條鉛垂線上，此時稱作正浮狀態(tài)。

浮軸：在正浮狀態(tài)下，浮心與重心的聯(lián)線，稱作浮軸。

浮心高度：浮心的Z軸坐標，又稱為浮心高度。3、水線、浮面、漂心

水線：浮體與水面交線，稱為水線。

浮面：水線圍成的面積稱為浮面。

漂心：浮面的形心，稱為漂心。半潛式鉆井平臺的入水部分，往往是不規(guī)則的，并且有多個浮面?？偢∶娴扔诟鞑糠指∶嬷?。4、儲備浮力

①排水量：浮體排開液體的重量，稱為排水量，即等于浮體所受到的浮力。浮體是完全依靠液體支撐的，所以浮體的重量與所受到的浮力應(yīng)該相等。平臺上增加重量以后，總重量即增加，則平臺吃水深度增加，排水量同時增加，浮力也同時增加。

吃水深度不同，浮力也就不同，浮心位置就會不同。

②干弦高度：吃水深度不能無限增加，不能超過甲板，而且要有一定的安全系數(shù)，否則在平臺稍有運動時艙室內(nèi)就會進水。吃水線至甲板的距離，稱作干弦高度。所有的船舶和鉆井平臺都必須保持足夠的干舷高度。

③儲備浮力：干舷高度這部分體積的排水量就是儲備浮力，起安全系數(shù)的作用。在實際作業(yè)中，不能隨意動用這部分儲備浮力。(二)與浮動平臺穩(wěn)性有關(guān)的概念1、兩種傾側(cè)

傾側(cè)：浮動平臺在海上運動時，浮軸偏離鉛垂線，稱為傾側(cè)。

橫傾：以X坐標為轉(zhuǎn)軸的傾側(cè)，稱為橫傾。

縱傾：以Y坐標為轉(zhuǎn)軸的傾側(cè)，稱為縱傾。鉆井平臺在浮動狀態(tài)下，可能受來自任何方向的風(fēng)浪力的作用，可能向任何方向傾側(cè)。任意方向的傾側(cè)，都可以看成是縱傾和橫傾的合成。都可以分解成縱傾和橫傾。2、六種運動浮動鉆井平臺有三種直線運動和三種繞軸運動。①三種直線運動：進退沿X軸平移運動；橫漂沿Y軸平移運動；升沉沿Z軸平移運動；②三個繞軸運動：橫搖繞X軸搖擺運動；縱搖繞Y軸搖擺運動；平搖繞Z軸搖擺運動，也稱首尾搖。3、三種穩(wěn)性(1)靜穩(wěn)性靜穩(wěn)性：在靜力作用下平臺的穩(wěn)定性，稱為靜穩(wěn)性。

靜力：作用到平臺上的力，是從零逐漸增大到某個值，逐漸推動平臺發(fā)生傾側(cè)。此作用力減小時也是逐漸減小到零。這樣，在外力作用過程中，平臺沒有獲得速度或角速度，即沒有動能。在受外力過程中，只有力與力的平衡，力矩與力矩的平衡。外力矩與平臺的反抗力矩總是平衡的。靜穩(wěn)性又稱為傾側(cè)穩(wěn)性。靜穩(wěn)性又分為初穩(wěn)性和大傾角穩(wěn)性。(2)動力穩(wěn)性實際情況下，在一定方向的風(fēng)浪力的作用下，平臺的運動是來回擺動。擺動幅度大小(或傾角大小)，是與外力的大小有一定的關(guān)系。

擺動的原因：在風(fēng)浪等外力作用下，浮動平臺將獲得一定的速度(或角速度)，因而具有一定的動能。即使外力小于平臺的反抗力，平臺仍然要按原來速度(或角速度)的方向運動，通過功能轉(zhuǎn)換，平臺又會向相反方向擺回來。

動力穩(wěn)性也稱為搖擺穩(wěn)定性。(3)破損穩(wěn)性平臺受到局部破壞的情況下仍能保持穩(wěn)定。4、鉆井平臺穩(wěn)性與船舶穩(wěn)性的差別所有船舶的結(jié)構(gòu)形狀都差不多，都具有一個完整的船體。而鉆井平臺結(jié)構(gòu)則較復(fù)雜。浮體部分有的是浮箱，有的是浮腳，有的是立柱形，船體有單體船，雙體船，甚至有三體船，等等。所以鉆井平臺的穩(wěn)性計算較為復(fù)雜。

(1)船舶的穩(wěn)定性一般指橫向穩(wěn)定性，而鉆井平臺的縱穩(wěn)性和橫穩(wěn)性同樣重要船舶的縱向穩(wěn)性一般遠遠大于橫向穩(wěn)性，所以船舶穩(wěn)性都是指其橫向穩(wěn)性。但對鉆井平臺來說，長寬尺寸差不多，所以縱穩(wěn)性和橫穩(wěn)性都很重要。同時由于浮體形狀復(fù)雜，也可能最危險狀態(tài)不是橫傾和縱傾，而是某個方向上的傾斜。

(2)對鉆井平臺，改變船頭增加穩(wěn)性很難

鉆井平臺一般都是靠拖航，改變船頭方向的靈活性很差。當風(fēng)力很大時，想以船頭對準風(fēng)向來增大穩(wěn)性，則比較難。有自航能力的半潛式平臺或浮船，在作業(yè)期間往往都要拋錨(擴展錨系)，在這種錨系下也無法改變船頭方向來適應(yīng)風(fēng)浪。

(3)鉆井平臺在作業(yè)過程中的穩(wěn)性會發(fā)生變化

鉆井平臺在浮動狀態(tài)下，還要進行一些重大作業(yè)(插樁、拔樁、坐底、起浮)，在這些重大作業(yè)中，由于重心、浮心、浮力、以及海底支撐力等變化，平臺的穩(wěn)性可能發(fā)生很大變化，需要特別重視。(三)浮動平臺的靜穩(wěn)性

定義：靜穩(wěn)性，即靜力穩(wěn)定性，其含義是在一定外力作用下，平臺將傾側(cè)一定的角度，外力如果不再增加，則傾側(cè)角度也不再增加。外力若減小，則傾側(cè)角度隨之減小。當外力減至零時，平臺將會回到正浮狀態(tài)。同時，外力矩是逐漸地緩慢地施加到平臺上的，在施加過程中，不會引起平臺加速度和角速度。(四)鉆井平臺的動力穩(wěn)定性

定義：在實際工作中，由于常見到的外力是風(fēng)浪作用力，在短時間內(nèi)一下子施加到平臺，平臺受到風(fēng)浪力的作用后，獲得一定的角速度和角加速度，即具有一定的動能。當扶正力矩等于外力矩時，平臺并不能靜止下來，而是繼續(xù)傾斜。在這種情況下，平臺最大可傾斜多大角度，如何保證不進水，不翻船，這就是動力穩(wěn)性問題。(五)破損穩(wěn)定性

定義：破損穩(wěn)定性是指平臺局部性的破壞之后仍然具有足夠的穩(wěn)性保證不翻船。在設(shè)計完整穩(wěn)性時，增大儲備穩(wěn)性?；蛟龃髣臃€(wěn)性安全系數(shù)。安全系數(shù)越大則儲備穩(wěn)性越大。

在平臺設(shè)計建造時，也可以用多種假設(shè)的方法，檢驗平臺的破損穩(wěn)定性。例如假設(shè)某個艙室大量進水，或某個大腿或立柱折斷，計算平臺是否具有足夠的穩(wěn)性。許多鉆井平臺在設(shè)計建造時，都具有很大的破損穩(wěn)定性。例如，法國建造的五角形半潛式鉆井平臺，共有五個大腿，假設(shè)斷掉一個大腿，或斷掉不相鄰的兩個大腿，根據(jù)計算平臺都不會翻沉。但是在使用中，情況是千變?nèi)f化的。(六)浮動平臺的搖擺性1、搖擺的類型鉆井平臺和船舶一樣，漂浮在風(fēng)浪作用的大海上，要發(fā)生搖擺。由于外力作用的風(fēng)向不同，產(chǎn)生的搖擺分為橫搖、縱搖和首尾搖三種。2、平臺搖擺的描述無論何種搖擺，都會給海上鉆井帶來巨大的影響。搖擺在物理學(xué)上就是振動。物理學(xué)上用振幅、周期和頻率，來描述搖擺的振動特性。對平臺的搖擺來說，就是用搖擺傾角、周期和頻率來描述。3、對搖擺的要求

①從鉆井操作要求出發(fā)，搖擺角越小越好。這和對穩(wěn)性的要求是一致的。搖擺角大，則不僅人員站立不穩(wěn)，而且整個鉆井懸吊系統(tǒng)和鉆柱將無法工作。同時，搖擺角度大，則前述的最小傾覆力矩將減小。

②搖擺周期越大越好，即搖擺頻率越小越好。搖擺周期越小，說明頻率越大，船體運動的加速度就越大，所有參與搖擺的零部件所受的慣性力就越大，從平臺的強度來說，越容易造成破壞。從工作人員的感覺來說，搖擺周期越小，感覺越不舒服，越容易引起暈船嘔吐。特別是當平臺的自由搖擺周期與波浪的周期相等或相近，或成倍數(shù)關(guān)系時，將會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，平臺將出現(xiàn)劇烈的搖擺。這時不僅無法正常作業(yè)，而且會造成平臺傾覆。

所以，搖擺性是平臺的一個重要性能。4、減搖措施上述的改善搖擺性能，是設(shè)法增大搖擺周期，或減小搖擺頻率，并不能減小搖擺角度。搖擺角度與搖擺周期或與搖擺頻率無關(guān)。要減小搖擺角度，需要采取減搖措施。

①阻力減搖：在平臺下面設(shè)置減搖板。這種減搖板還可以作成活動的，可以轉(zhuǎn)動，自動控制。總是使減搖板平面對準搖擺方向。被動式減搖罐減搖板②減搖罐：有被動式、有主動式多種方式。

主動式減搖罐設(shè)在船體的左右兩側(cè)。采用大泵在短時間內(nèi)將左邊罐的水打向右邊罐，或相反打水，形成與平臺搖擺方向相反的力矩，從而減小搖擺。也有將減搖罐設(shè)置在平臺的較高位置，在搖擺周期需要減小(改變Tx)時，用泵將水打到減搖罐(將下面的水移到上部)，等于改變了重量的分布，從而改變穩(wěn)心高度GM。

被動式減搖罐是將左右兩邊的罐在下部連通起來。依靠調(diào)整連通管的流阻，使左右兩邊罐的水自己來回流動，形成與平臺搖擺方向相反的力矩，從而減小搖擺。③慣性減搖這種方法從原理上說很有效，但需要的設(shè)備太復(fù)雜，且要占據(jù)較大的地方。

原理：一個巨大的回轉(zhuǎn)體，軸線與搖擺軸線垂直，回轉(zhuǎn)體繞軸高速旋轉(zhuǎn)(3000轉(zhuǎn)／分)，象陀螺一樣形成強大的定軸力，從而減小搖擺。④改變船頭的方向

這是通常首先采取的措施。主要是防止平臺自由搖擺周期與波浪周期成倍數(shù)而產(chǎn)生的共振。三、浮動平臺的定位問題本部分將講述橫漂，縱漂和平搖問題。升沉問題將在下面講述。

橫漂、縱漂和平搖問題，實質(zhì)上就是防止漂移問題，但已被習(xí)慣地稱作定位問題。(一)“定位”的含義

①浮動平臺在航行過程中，需要隨時知道平臺所在的具體位置，以便保持正確的航線，這是一種定位。

②浮動平臺到達井位附近以后，要使平臺的船井井口與預(yù)計的海底井口準確對正，這也是一種定位。

③還有一種是浮動平臺在井位上鉆井過程中，受風(fēng)浪的作用有可能漂移，為了防止漂移而采取措施，使平臺始終保持在預(yù)計的位置上。

前兩種定位實際上是導(dǎo)航定位，是通過各種定位手段，計算出平臺目前實際的坐標位置，與預(yù)定的坐標位置進行比較，不斷測量和修訂，使平臺達到預(yù)定的位置。本節(jié)所講的乃是后一種定位，實際上是防止平臺漂移(橫漂、縱漂和平搖)，采取的方法是錨泊定位或自動動力定位。為了與習(xí)慣叫法一致，本節(jié)也將防止漂移稱作平臺定位。浮動平臺在鉆井過程中的定位問題是極其重要的。因為浮動平臺在鉆井過程中如果出現(xiàn)較大的漂移，鉆井井口與海底井口不對正，則井口裝置和隔水管將發(fā)生嚴重的彎曲，并導(dǎo)致破壞；鉆柱是穿過隔水管和井口裝置鉆向地層的，也必然隨之而發(fā)生嚴重彎曲井導(dǎo)致破壞。顯然過大的漂移是鉆井