令人脑洞大开的海洋钻井平台

■ 伊 然

2017年11月，我国建造成功全球最大的海上石油钻井平台——“蓝鲸2号”，这座巨大的半潜式钻井平台将用于开采南海等地的“未来的能源”——可燃冰。“蓝鲸2号”是“蓝鲸1号”的姊妹船，自升式钻井平台的钻井深度已达15240米，相当于两个珠穆朗玛峰。自身高118米，相当于一座37层楼的建筑物；重约4.4万吨，等同于195座自由女神像。

“蓝鲸2号”的横空出世，再一次地引起了人们对海上钻井平台的兴趣。海洋钻井平台（drilling platform）是在海洋中用于钻探井的海上结构物。平台上安装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施，是海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要分为移动式平台和固定式平台两大类。移动式平台又可以分为坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台；固定式平台可以分为导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等几种。下面我们就来认识一下一些主要的海洋钻井平台都是什么样子，有哪些种类，又有什么功能吧。

坐底式钻井平台

坐底式钻井平台又叫钻驳或插桩钻驳，亦称"沉浮式钻井平台"，具有构造比较简单、投资较少、建造周期较短等优点，钻井时坐落于海底，移位时浮到海面上，适用于河流和海湾等30m以下的浅水域，海床平坦的浅海区域进行油气勘探开发作业。坐底式平台有两个船体，上船体又叫工作甲板，安置生活舱室和设备，通过尾郡开口借助悬臂结构钻井；下部是沉垫，其主要功能是压载以及海底支撑作用，用作钻井的基础。两个船体间由支撑结构相连。这种钻井装置在到达作业地点后往沉垫内注水，使其着底。因此从稳性和结构方面看，作业水深不但有限，而且也受到海底基础(平坦及坚实程度)的制约。所以这种平台发展缓慢。然而我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田等向海中延伸的浅海海域，潮差大而海底坡度小，对于开发这类浅海区域的石油资源，坐底式平台仍有较大的发展前途。80年代初，人们开始注意北极海域的石油开发，设计、建造极区坐底式平台也引起海洋工程界的兴趣。目前已有几座坐底式平台用于极区，它可加压载坐于海底，然后在平台中央填砂石以防止平台滑移，完成钻井后可排出压载起浮，并移至另一井位。图为胜利二号坐底式钻井平台。

自升式钻井平台

自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组成，平台能沿桩腿升降，一般无自航能力。工作时桩腿下放插入海底，平台被抬起到离开海面的安全工作高度，并对桩腿进行预压，以保证平台遇到风暴时桩腿不致下陷。完井后平台降到海面，拔出桩腿并全部提起，整个平台浮于海面，由拖轮拖到新的井位。1953年美国建成第一座自升式平台，这种平台对水深适应性强，工作稳定性良好，发展较快，约占移动式钻井装置总数的1/2。自升式钻井平台包括很多通用的结构，最大的不同在于桩腿结构、升降系统、桩腿与船体之间的载荷传递系统。

钻井船

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。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影响，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。钻井船可简单分成钻井模块、动力模块、生活模块3大部分，可满足钻探人员的生活、工作等基本需求。

混凝土重力式平台

混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础(沉垫／沉箱)，用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在已有大约20座混凝土重力式平台用于北海。不过由于混凝土平台自重很大，对地基要求很高，使用受到限制。图中八角形处为直升机起降平台。

固定平台的钻井模块既可以放到固定平台上，也可以采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵，一套要好几亿美元以上，所以一般都可以移植到移动式上面，一般是打一枪换一个地方。

张力腿式钻井平台

张力腿式钻井平台是利用绷紧状态下的锚索产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的是桩锚(即打入水底的桩为锚)或重力式锚(重块)等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。自1954年提出设想以来，迄今已有55年的历史。

导管架式平台

导管架平台又称桩式平台，是由打入海底的桩柱来支承整个平台，能经受风、浪、流等外力作用，可分为群桩式、桩基式(导管架式)和腿柱式。导管架式平台使用水深一般小于300米，通过打桩的方法固定于海底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。世界上第一座固定式海洋平台建于1887年，它安装在美国加利弗尼亚的油田上，实际上是一座木结构的栈桥。1947年在美国墨西哥湾水深6米处成功地安装了世界上第一座设备齐全的钢质导管架平台，开创了海洋开发的新时期。此后*海洋平台得到了迅速的发展。上世纪七十年代末，钢制导管架平台已经安装于300多米的海域，而到了1990年具有486米高的巨型导管架平台也已工作在墨西哥湾400多米的水深中。这些平台以勘探、开发海洋资源为主，其中尤以开发、储藏石油和天然气的平台占多数。迄今为止，世界上建成的大、中型导管架式海洋平台约有2000余座，工作水深已达到四、五百米。

半潜式钻井平台

半潜式钻井平台由坐底式平台发展而来，上部为工作甲板，下部为两个下船体，用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中，甲板处于水上安全高度，水线面积小，波浪影响小，稳定性好、自持力强、工作水深大，新发展的动力定位技术用于半潜式平台后，工作水深可达900～1200米。半潜式与自升式钻井平台相比，优点是工作水深大，移动灵活；缺点是投资大，维持费用高，需有一套复杂的水下器具，有效使用率低于自升式钻井平台。到目前为止，半潜式钻井平台已经经历了第一代到第六代的历程。据统计，目前世界范围内有深水自升式钻井平台65艘，大部分工作在墨西哥湾和北海，其运营商主要为美国石油公司。

牵索塔式钻井平台

牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔，该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输，在深水中可用近海装油设施进行输送。牵索塔式平台比导管架式平台、重力式平台更适合于深水海域作业，它的应用范围在200～650米。

海上石油工厂

海上石油工厂（FPSO），即集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体的浮式生产储油卸油装置，把来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。作为海上油气生产设施，FPSO系统主要由系泊系统、载体系统、生产工艺系统及外输系统组成，涵盖了数十个子系统。

在新疆准噶尔盆地开展野外地质调查时，经常发现在煤系中分布着大量红色的被燃烧过的岩石，甚至发现整个山体都被烧成了褐红色。人们一般将这种岩石称为烧变岩或火烧岩。

烧变岩并不是原始沉积作用产生的，而是经过高温热变质作用所形成。为煤火自燃产生的高温烘烤作用将围岩烧成变质岩，这与现今人们烧制陶瓷和砖瓦是一样的道理。

据报道，煤层自燃被称为没有地理界限的“全球性灾难”，全球每年约有10亿吨煤炭被地下煤火烧毁，占世界煤炭消费总量的八分之一，相当于全球500个核电站所产能量总和的2.5倍，也超过水力发电所产能量总和。我国是世界上煤火灾害最严重的国家，据不完全统计，1949年以来我国煤火烧毁煤炭资源量30亿吨,而新疆又是我国煤层自燃最严重的地区。

新疆煤层自燃古以有之，早在1600多年前，北魏地理学家郦道元在《水经注》中就有“屈词二百里有山，夜则火光，昼则但烟”的记载，描述的就是新疆库车、拜城一带煤田火灾。《西游记》中描述的唐僧师徒途经火焰山时，大火绵延三百里，孙悟空借来芭蕉扇灭火的故事，其原型可能正是煤田火灾。

现今新疆煤层自燃仍然比较普遍。如2015年4月初，距新疆乌鲁木齐市13千米的大泉湖地表突然坍塌，形成了一个直径约1.5米的高温明火塌陷坑，犹如火山口，该区域包含27层煤层，燃烧深度在7～134米之间，过火面积达32万平方米，引起周围居民恐慌。

又如准噶尔盆地东部将军庙火烧山局部地区仍有煤火在燃烧，前几年有地质勘探人员不小心走入煤火自燃