船海探索 | 深海油气装备知多少（1）——油气勘探装备

海洋中蕴含着巨大的资源和能源。油气资源作为人类最常见和需求量最大的能源，海洋油气一直都是能源开发的重点。

从海洋油气开发的流程来看主要分为勘探——钻井——开采——处理——外输，每个环节对应了不同的油气装备。

油气勘探装备

钻探装备主要有各种钻井装置，自升式、半潜式、船式装备，自升式主要用于浅海钻探，另外两种可用于深远海钻探。

我国建造典型钻探装备

自升式钻井平台（Self-elevating）

自升式平台是指具有活动桩腿且其主体能沿支撑于海底的桩腿升至海面以上预定高度进行作业，并能将主体降回海面和回收桩腿的平台。平台由主船体结构、桩腿及升降机构组成，其中自升式钻井平台的主船体部分是一个水密结构，用以承载机械，实现钻井采油功能。当其浮于海面上时，主船体部分产生的浮力用以平衡桩腿、机械、结构等的重力。当其作业时，桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起主船体，并使主船体底部离开海面一定的距离（气隙）。

自升式钻井平台的设计相对比较成熟，我国多个船厂、设计院均具备设计和建造的能力。下图是目前的主流自升式钻井平台之一，JU2000E型自升式钻井平台，桩腿长度166.98米，大钩载荷907吨，最大钻井深度35000英尺，作业水深可达400英尺。

JU2000E型自升式钻井平台

随着海洋新能源装备的发展，大多数的海上风电安装船基本都是自升式起重平台和浮式起重船两类。一般用于风电安装的自升式平台的主体结构为船式四腿结构，方便起重作业。与油气装备相比，海上风电安装平台的升降装置设计要求比海上石油钻井平台更高。海上石油钻井平台按每年升降5次，运行25年，约125次的寿命进行设计即可。而海上风电安装船每年要升降100次，运行25年，设计寿命需达到2500次以上。

目前风电安装平台已经更新到第4代，集运输与安装于一体的高效海上风电安装平台，以适应即将到来的海上风电平价时代的市场需求。下图为启东中远海运海工在建的N966自升式风电安装船（“Voltaire”）项目。

N966自升式风电安装船

半潜式钻井平台（SEMI）

半潜式平台（柱稳式平台）是指用立柱或沉箱将上壳体连接到下壳体或柱靴上的平台。漂浮作业时下壳体或柱靴潜入水中，部分立柱露出海面，为半潜状态，部分可兼具坐底功能。

半潜式平台一般有上壳体、立柱、下壳体组成，立柱与立柱之间通常布置撑杆。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体高出水面一定高度，以免波浪的冲击；下壳体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减少波浪的干扰力(当波长和平台长度处于某些比值时，立柱和浮体上的波浪作用力能互相抵消，从而使作用在平台上的作用力很小，理论上甚至可以等于零)；平台上壳体与下壳体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，使得它具有较大的固有周期，不大可能和波谱的主要成分波发生共振，达到减小运动响应的目的；立柱与立柱之间相隔适当的距离，以保证平台的稳定。因而，半潜式钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装幸高效的作业效率、易于改造并具备钻井、修井、生产等多种工作功能，无需海上安装，全球全天候的工作能力和自存能力等优点，其在深远海能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势，缺点是造价较高、结构复杂、建造周期长。

2017年2月13日，由中集集团旗下山东烟台中集来福士海洋工程有限公司建造的半潜式钻井平台“蓝鲸1号”命名交付。该平台长117米，宽92.7米，高118米，最大作业水深3658米，最大钻井深度15240米，适用于全球深海作业。与传统单钻塔平台相比，“蓝鲸1号”配置了高效的液压双钻塔和全球领先的DP3闭环动力管理系统，可提升30%作业效率，节省10%的燃料消耗。“蓝鲸1号”代表了当今世界海洋钻井平台设计建造的最高水平，将我国深海油气勘探开发能力带入世界先进行列。

蓝鲸1号

钻井船（Drill ship）

钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。钻井船的排水量从几千吨到几万吨不等，它既有普通船舶的船型和自航能力，又可漂浮在海面上进行石油钻井。因为动力定位系统和船舶稳性的影响，钻井船的钻井模块集中在钻井船中部，水下设备和钻杆通过船中的月池下放入水。钻井船身浮于海面，易受波浪影响，环境适应性略差，一般在温和海域作业。

自2012年，上海船厂承接了4艘Tiger系列钻井船建造，是中国首批自主研发、设计、建造的钻井船项目，其中“Tiger 1”号是中国第一艘拥有完全自主知识产权的智能化钻井船。Tiger系列钻井船船长170米、型宽32米，设计排水量为46000吨，工作水深1700米，钻井深度可达12000米，配有目前世界上最先进的防喷器、水下和井控系统等设备，可用于勘探井和生产井施工。