一种新型极地冰区半潜式钻井平台制造技术

本发明专利技术提供一种新型极地冰区半潜式钻井平台，平台主体结构包括甲板和下部浮体，下部浮体包括两个平行设置的浮筒和设置在甲板与浮筒间的多根立柱，立柱从下到上分成竖直段和倾斜段，倾斜段向平台中心倾斜；以竖直段底部为原点的坐标系中，倾斜段在XZ和YZ平面均向平台中心倾斜；船艏和船尾处的立柱外侧设置有锚链和锚链防冰装置，锚链防冰装置为焊接在倾斜段外表面的钢板；锚链顶部固定在甲板上的锚机中，中部穿过钢板与倾斜段间的空隙；甲板上月池下方水线面位置设置有用于保护钻井立管或防喷器下放作业的立管防冰结构，立管防冰结构两端固定在相对设置的立柱上。本发明专利技术所述平台是一种能抵抗北极海冰荷载作用的新型半潜式钻井平台。

【技术实现步骤摘要】
一种新型极地冰区半潜式钻井平台
本专利技术涉及钻井平台技术，尤其涉及一种可以在北极有冰海域开展钻井作业的新型极地冰区半潜式钻井平台。
技术介绍
随着常规油气资源的储量替代率降低和全球能源消耗的增加，人们迫切需要找到新的油气储量来满足全球油气需求。据统计尚未开发的北极海洋油气资源约占全球剩余未开采的油气资源总量的30％。开发北极海洋油气资源将是解决未来资源短缺的重要手段。目前北极海洋油气勘探开发活动尚不多见，主要原因是缺少可以在北极有冰海域作业的工程装备。对钻井作业来讲，目前常规钻井平台不具备抵御冰荷载作用的能力，只能在夏季无冰季节作业。由于北极海域夏季无冰季节只有2个月，且北极距离有较好基础设施的城市距离很远，船舶资源动复员周期长，因此常规钻井平台赴北极作业效率低，作业时间窗口很短，成本很高，导致很多勘探项目无法正常进行。为了开展更多的北极勘探活动，工业界迫切需要具有一定冰荷载抵御能力，可以在北极冬季作业的钻井装备。北极严酷的自然条件对海上钻井装备有两个主要的技术挑战，一个是低温另外一个是海冰。北极区域最低气温可以达到零下50度，低温会对钻井液，泥浆，液压控制系统等造成影响，导致各种工作液体冻结，破坏液体管线等。同时低温会造成甲板，设备结冰，在北极钻井平台设计中，需要对平台的关键设备、系统，如通讯和导航、消防和救生、钻井装备及操作区等，采用全封闭设计或半封闭加伴热设计等手段以满足装备作业和人员安全要求。北极的海冰有当年冰和多年冰等不同的海冰类型。其中当年冰可以达到1-2米厚度，多年冰则可以达到10-20米厚。海冰在移动的过程中，会对结构产生巨大的荷载作用。现有的工程经验表明，多年冰作用在海洋工程结构上，造成的水平推力可以达到10万吨的数量级。远远超出了半潜式钻井平台系泊定位系统能够承受的荷载水平。但由于钻井作业有时候只需要几个月的时间，可以选择在夏季和春秋季节海冰并不是十分严重，海面只有当年冰的情况下开展作业活动。常规半潜式钻井平台只考虑的风浪，海流的作用，而没有考虑海冰荷载的作用，因此平台的系泊定位系统及结构强度均无法满足海冰作用下的安全作业需求。海冰对半潜式钻井平台的影响主要有三个方面，一是海冰会与平台立柱发生作用，产生较大的冰荷载。如果结构与海冰接触位置为直立结构，则海冰发生挤压破碎为主，如接触位置为倾斜结构，则海冰发生弯曲破碎为主。一般情况下海冰弯曲破碎时冰荷载小于挤压破碎情况下的冰荷载。海冰作用在平台立柱上的冰荷载最终将传递到平台的系泊定位系统上去。过大的冰荷载会使平台发生较大的侧向位移，使平台无法满足作业要求，如果海冰荷载过大，还会使系泊系统受力超出最小拉断力，造成系泊系统断裂的灾害性后果。海冰对半潜式钻井平台的钻井立管也会造成严重影响。由于钻井立管管径相对立管长度很小，结构细长，侧向刚度很小，承受侧向荷载能力有限，海冰不可以直接作用在钻井立管上。如钻井平台在有冰季节作业，则只有破碎后的少量海冰可以与立管接触。海冰对半潜式钻井平台的另外一个影响是对锚链系统的作用。如果海冰直接挤压在锚链上，会导致锚链受到额外的荷载作用，造成锚链结构的损伤。此外，海冰作用在锚链结构上也会影响锚链的收放操作，对钻井平台的生产作业造成不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有钻井平台不具备抵御冰荷载作用的能力，只能在夏季无冰季节作业的问题，提出一种新型极地冰区半潜式钻井平台，该平台是一种能抵抗北极海冰荷载作用的新型半潜式钻井平台。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种新型极地冰区半潜式钻井平台，平台主体结构包括甲板和下部浮体，所述下部浮体包括两个平行设置的浮筒和设置在甲板与浮筒间的多根立柱，所述立柱从下到上分成竖直段和倾斜段，位于上部的倾斜段向平台中心倾斜；所述平台船艏和船尾处的立柱双向倾斜，即以竖直段底部为原点的坐标系中，倾斜段在XZ和YZ平面均向平台中心倾斜，确保海冰从各个方向与平台发生作用时，均作用在倾斜立柱表面并发生弯曲破碎；所述船艏和船尾处的立柱外侧设置有锚链和锚链防冰装置，所述锚链防冰装置为焊接在倾斜段外表面的钢板；所述锚链顶部固定在甲板上方的锚机中，中部穿过锚链防冰装置钢板与倾斜段间的空隙；所述甲板上设置有月池，所述月池下方水线面位置设置有用于保护钻井立管或防喷器(BOP)下放作业的立管防冰结构，所述立管防冰结构两端固定在(位于不同浮筒上)相对设置的立柱上，立管防冰结构的设置能确保钻井立管不会受到海冰的撞击。进一步地，所述竖直段和倾斜段的设置高度应满足：在冰期作业时，平台吃水位置为倾斜段；当海冰与平台作用时，冰将与倾斜段的倾斜表面接触；在无冰季节作业时，平台吃水位置为立柱的竖直段。进一步地，所述立柱数量为双数，优选为4根、6根或8根。进一步地，所述立柱截面为矩形或圆形等易于建造或者有利于提高强度及疲劳性能的形状。进一步地，所述立柱的竖直段和倾斜段一体成型。进一步地，所述倾斜段的倾斜角度为50-80度，优选为60-70度。进一步地，所述锚链防冰装置钢板与倾斜段间的空隙中设置有支撑肋板，所述支撑肋板分别与与立柱外表面与防冰钢板垂直，支撑肋板将锚链防冰装置钢板与倾斜段间的空隙分隔成多个并列的空间，每个空间内设置有一条锚链，所述支撑肋板的设置能防止海冰直接作用在锚链上。进一步地，分别设置在两个浮筒上的立柱之间通过支撑梁连接。进一步地，所述防护结构是连接在立柱之间具有足够强度的钢梁，所述钢梁包括但不限于钢管或工字钢，多根钢管或者工字钢水平布置在作业吃水位置，上部钢梁(钢管或者工字钢)和底部钢梁(钢管或者工字钢)距离为3-5米，优选为4米；上部钢梁水平位置为水面以上0.2-0.8米，优选为0.5米左右。进一步地，所述钢梁之间设置有加强支撑，所述加强支撑是由(小尺寸)钢管或工字钢行成的V字形、K字形或X形加强支撑。进一步地，所述锚链防冰装置的钢板上设置有孔，以降低波浪力对钢板的冲击。所述孔为圆形孔、椭圆形孔或矩形孔。所述钢板的开孔率为20％到50％。进一步地，所述锚链防冰装置的钢板侧向边缘与立柱外侧用倾斜的钢板连接，连接钢板与立柱外表面成45-70度角。具体角度根据立柱大小和防护钢板尺寸设计。所述锚链防冰装置的钢板高度和宽度根据锚链尺寸确定。本专利技术新型极地冰区半潜式钻井平台采用三种抗冰设计的组合，有效提高半潜式平台在北极冰区的作业能力。1)本专利技术新型半潜式平台由拖轮拖航至待作业地点后，调整压载水使平台吃水降低至倾斜段4没入水中1-3米左右，该吃水深度为新型半潜式平台冰区作业吃水深度。2)下放锚链8到海底，将平台定位在待作业区域。3)移动的海面浮冰将与平台的倾斜段4发生作用，在船艏、船尾两组立柱上，海冰将作用在锚链防冰装置9上，发生弯曲破坏。在中间一组立柱上，将作用在倾斜段4作用发生弯曲破碎。由于冰的弯曲强度小于挤压强度，因此弯曲破碎的冰荷载小于海冰与直立立柱作用发生的挤压破碎，有效降低总体冰荷载。由于整体冰荷载的降低，系泊锚链提供的平台系统水平刚度可以保证平台在整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型极地冰区半潜式钻井平台，其特征在于：平台主体结构包括甲板和下部浮体，所述下部浮体包括两个平行设置的浮筒和设置在甲板与浮筒间的多根立柱，所述立柱从下到上分成竖直段和倾斜段，位于上部的倾斜段向平台中心倾斜；所述平台船艏和船尾处的立柱双向倾斜，即以竖直段底部为原点的坐标系中，倾斜段在XZ和YZ平面均向平台中心倾斜；/n所述船艏和船尾处的立柱外侧设置有锚链和锚链防冰装置，所述锚链防冰装置为焊接在倾斜段外表面的钢板；所述锚链顶部固定在甲板上的锚机中，中部穿过锚链防冰装置钢板与倾斜段间的空隙；/n所述甲板上设置有月池，所述月池下方水线面位置设置有用于保护钻井立管或防喷器下放作业的立管防冰结构，所述立管防冰结构两端固定在相对设置的立柱上。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型极地冰区半潜式钻井平台，其特征在于：平台主体结构包括甲板和下部浮体，所述下部浮体包括两个平行设置的浮筒和设置在甲板与浮筒间的多根立柱，所述立柱从下到上分成竖直段和倾斜段，位于上部的倾斜段向平台中心倾斜；所述平台船艏和船尾处的立柱双向倾斜，即以竖直段底部为原点的坐标系中，倾斜段在XZ和YZ平面均向平台中心倾斜；
所述船艏和船尾处的立柱外侧设置有锚链和锚链防冰装置，所述锚链防冰装置为焊接在倾斜段外表面的钢板；所述锚链顶部固定在甲板上的锚机中，中部穿过锚链防冰装置钢板与倾斜段间的空隙；
所述甲板上设置有月池，所述月池下方水线面位置设置有用于保护钻井立管或防喷器下放作业的立管防冰结构，所述立管防冰结构两端固定在相对设置的立柱上。


2.根据权利要求1所述新型极地冰区半潜式钻井平台，其特征在于，所述竖直段和倾斜段的设置高度应满足：在冰期作业时，平台吃水位置为倾斜段；当海冰与平台作用时，冰将与倾斜段的倾斜表面接触；在无冰季节作业时，平台吃水位置为立柱的竖直段。


3.根据权利要求1所述新型极地冰区半潜式钻井平台，其特征在于，所述立柱数量为4根、6根或8根。


4.根据权利要求1所述新型极地冰区半潜式...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈衍，黄志明，陈东昌，腾瑶，刘大辉，张大刚，陈勇军，梁稷，罗岚，
申请(专利权)人：深洋海工技术深圳有限公司，南方科技大学，青岛迪玛尔海洋工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44