深水鉆井船應(yīng)用現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)

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1、深水鉆井船（Drillship）現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)孫麗萍，鄧忠超主要內(nèi)容1深水鉆井船研究的意義2深水鉆井船的需求3現(xiàn)有深水鉆井船及運(yùn)營商4深水鉆井船關(guān)鍵技術(shù)5深水鉆井船的發(fā)展趨勢6哈爾濱工程大學(xué)的研究工作1深水鉆井船研究的意義2008年我國全年累計(jì)生產(chǎn)原油18973萬噸，全年進(jìn)口原油達(dá)17888萬噸。目前我國石油消費(fèi)對外依存度已高達(dá)到49.8%，已成為世界第二大能源消費(fèi)國，且能源消費(fèi)的增長勢頭仍在繼續(xù)。國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)預(yù)測，隨著越來越多中國消費(fèi)者購買汽車，到2030年，中國石油消耗量的80%需要依靠進(jìn)口。我國的石油緊缺問題已日益突出，亟待解

2、決。我國南海的石油地質(zhì)儲(chǔ)量約為230億～300億噸，占我國石油總資源量的三分之一，其中70%蘊(yùn)藏于深海區(qū)域。2深水鉆井船的需求全球鉆井船市場始終處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。巴西石油公司負(fù)責(zé)開發(fā)墨西哥灣的高級經(jīng)理阿爾貝托·吉馬良斯表示：“因?yàn)槿狈υO(shè)備，幾乎所有石油公司的投資計(jì)劃都受到了限制?！笔澜缱畲蟮氖秃吞烊粴忏@探平臺(tái)營運(yùn)商Transocean的首席執(zhí)行官羅伯特·朗說，目前該公司共有9個(gè)全新的深水鉆井船正在建設(shè)當(dāng)中，其中8個(gè)還未出廠就已經(jīng)預(yù)約簽下了4-7年不等的合同。羅伯特·朗認(rèn)為，深水鉆井設(shè)備市場直到2012年都會(huì)處于供不應(yīng)求的階段。3現(xiàn)有深水鉆

3、井船及運(yùn)營商從承包商來看，美國的Transocean是擁有鉆井船最多的承包商，其擁有量占鉆井船總量的28%，第二名和第三名各有三艘鉆井船，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于第一位。BelfordDolphinGSFCRLuigsPrideAfricaPrideAngola作業(yè)水深達(dá)到3000米的深水鉆井船：目前共有14艘。Saipem10000DeepwaterDiscoveryDeepwaterExpeditionDeepwaterFrontierDeepwaterMillenniumDeepwaterPathfinderDiscovererEnterpriseD

4、iscovererSpiritDiscovererDeepSeasJoidesResolution目前鉆井船的作業(yè)位置：主要分布在美國墨西哥灣、南亞、巴西、西非、澳大利亞和墨西哥海域。4深水鉆井船設(shè)計(jì)建造關(guān)鍵技術(shù)陸地鉆井作業(yè)的主要設(shè)備與過程：鉆井船作業(yè)與陸地鉆井作業(yè)的區(qū)別：鉆井船與常規(guī)船舶相比較的特有系統(tǒng)：鉆井系統(tǒng)立管系統(tǒng)定位系統(tǒng)鉆井船設(shè)計(jì)與分析的關(guān)鍵技術(shù)(1)、月池、鉆井甲板、井架等特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析。月池、鉆井甲板結(jié)構(gòu)是鉆井船與其它用途船舶的重要區(qū)別，其承受的井架載荷、立管載荷都很大，須在設(shè)計(jì)分析中特殊考慮。(2)、鉆井船總體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分

5、析。鉆井操作對船體的總體運(yùn)動(dòng)要求非常嚴(yán)格，規(guī)范規(guī)定鉆井立管在豎直方向上的偏角不可超過4度。鉆井船的總體運(yùn)動(dòng)性能好壞直接決定鉆井操作能否順利進(jìn)行。(3)、錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析。目前，新型高強(qiáng)度聚酯材料在海洋工程錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中已開始采用。該類型錨泊系統(tǒng)具有重量輕、成本低、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。(4)、動(dòng)力定位系統(tǒng)研究。在動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮載荷計(jì)算、動(dòng)力定位控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及控制器核心算法、多個(gè)推進(jìn)器之間推力的最優(yōu)分配算法等問題，并進(jìn)行整體定位能力分析以及失效模式評估。由于深海風(fēng)浪流等條件異常惡劣，動(dòng)力定位系統(tǒng)得設(shè)計(jì)與分析具有較高難度。(5)、立

6、管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析。立管系統(tǒng)是鉆井船特有的作業(yè)系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)細(xì)長、柔性大，并且承受較大的內(nèi)外壓力和復(fù)雜的流載荷，其設(shè)計(jì)與分析難度較大。(6)、鉆井船總體性能模型試驗(yàn)技術(shù)。鉆井船模型試驗(yàn)涉及到風(fēng)、浪、流等復(fù)雜邊界條件的設(shè)定、模型總體運(yùn)動(dòng)等響應(yīng)信號的精確捕捉與分析、DP系統(tǒng)的模擬與控制等問題。(7)、高精度船體施工技術(shù)研究。由于有月池、井架等結(jié)構(gòu)，鉆井船的斷面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，這對船體分段的施工的精度提出了更高的要求。具體施工方法需要進(jìn)行針對性研究。(8)、大厚度高強(qiáng)度鋼材焊接工藝研究。由于高強(qiáng)度鋼材本身的焊接性較差；同時(shí)，由于化學(xué)成分復(fù)雜，且強(qiáng)度和低

7、溫韌性等性能要求很高，焊接工藝技術(shù)難度非常大。另外，由于鉆井船結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大厚度構(gòu)件較多。因此，采取有效措施，提高大厚度高強(qiáng)度鋼焊接接頭的力學(xué)性能，尤其是低溫韌性，保證焊接接頭的強(qiáng)度和韌性滿足設(shè)計(jì)要求對確保鉆井船的建造質(zhì)量有重要意義。5深水鉆井船的發(fā)展趨勢深水化：目前，在建的鉆井船適應(yīng)水深都超過了3000m,鉆井深度在10000m以上。大型化：深水鉆井裝備呈現(xiàn)大型化趨勢，包括甲板可變載荷、平臺(tái)主尺度、載重量、物資存儲(chǔ)能力等各項(xiàng)指標(biāo)都向大型化發(fā)展，以增大作業(yè)的安全可靠性、全天候的工作能力和長的自持能力。設(shè)計(jì)更優(yōu)化：體現(xiàn)在裝備的鉆井設(shè)備更先進(jìn)；可變

8、載荷與總排水量、總排水量與自重的比值；安全性、抗風(fēng)暴能力和自持能力增強(qiáng)；甲板可變載荷和空間加大等。配套更先進(jìn)：在石油鉆機(jī)方面，交流變頻電驅(qū)鉆機(jī)正在取代現(xiàn)有的可控硅直