原创《早期世界海洋钻井装备小史》
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伊然
1887 年世界上首次开展了海上石油勘探工作,在未来的 50 年间,海洋钻井技术发生了翻天覆地的变化.20 世纪 40 年代,世界范围共有 3 个国家开展了海上石油勘探工作,它们所采用的方法都是海洋钻井平台技术,利用固定的平台进行勘探.随着科学技术的不断发展,工业技术不断提高,人们对石油等天然资源的需求量逐渐增多,使得海洋钻井平台技术也不断提高,从钻井平台以及设备等方面而言,都得到了质的飞跃.主要变现为海洋钻井平台的数量逐年增多,据相关资料调查显示,目前世界上可移动的海洋钻井平台就已经高达 700 多台,海洋钻井平台的种类也层出不穷.
栈桥式钻井平台
1897年,美国在加利福尼亚海岸,为开发由陆地延伸至海里的油田,美国人威廉姆斯从防波堤上向海里搭建了一座76.2米长的木质栈桥,把钻机放在上面打井,这是世界上第一口海上钻井.由于栈桥与陆地相连,物资供应就方便多了.另外,钻机在栈桥上可以随意浮动,从而在一个栈桥上可打许多口井.
1920年委内瑞拉搭制了木制平台进行钻井.1936年美国为了开发墨西哥湾陆上油田的延续部分,钻成功第一口海上油井并建造了木制结构生产平台,两年后,于1938年成功地开发了世界上第一个海洋油田.第二次世界大战后,木制结构平台改为钢管架平台.
1964-1966年英国、挪威在水深超过100米、浪高达到30米、最高风速160千米/小时、气温至零下且有浮冰的恶劣条件下,用这种方法成功地进行了北海油田的开发,标志着人们开发海上油田的技术已臻成熟.
目前已有80多个国家在近海开展石油商业活动,原油产量占世界石油总产量的三分之一左右.
坐底式钻井平台
在海边搭架子,造栈桥基本上是陆地的延伸,与陆地钻井没有差别.能否远离岸边在更深的海里钻井呢? 1932年,美国得克萨斯公司造了一条钻井驳船“Mcbride”,上面放了几只锚,到路易斯安那州Plaquemines地区”Garden“岛湾中打井.这是人类第一次“浮船钻井”,即这个驳船在平静的海面上漂浮着,用锚固定进行钻井.但是由于船上装了许多设备物资器材,在钻井的时候,该驳船就坐到海底了.从此以后,就一直用这样的方式进行钻探.这就是第一艘坐底式钻井平台.
同年,该公司按设计意图建造了一条坐底式钻井驳船“Gilliasso”.1933年这艘驳船在路易斯安那州Pelto湖打了“10号井”,钻井进尺5700英尺.以后的许多年,设计和制造了不同型号的许多坐底式钻井驳船,如1947年,johnhayward设计的一条“布勒道20号”,平台支撑件高出驳船20多米,平台上备有动力设备、泵等.它的使用标志着现代海上钻井业的诞生.
由于经济原因,自升式钻井平台开始兴起,滨海钻井承包商们认识到在40英尺或更深的水中工作,升降系统的造价比坐底式船要低得多.自升式钻井平台的腿是可以升降的,不钻井时把腿升高,平台坐到水面,拖船把平台拖到工区,然后使腿下降伸到海底,再加压,平台升到一定高度,脱离潮、浪、涌的影响,得以钻井.1954年,第一条自升式钻井船“迪龙一号”问世,12个圆柱形桩腿.随后几条自升式钻井平台,皆为多腿式.
1956年造的“斯考皮号”平台是第一条三腿式的自升式平台,用电动机驱动小齿轮沿桩腿上的齿条升降船体,桩腿为×架式.
1957年制造的“卡斯二号”是带有沉垫和4条圆柱形桩腿的平台.
随着钻井技术的提高,在一个钻井平台上可以打许多口井而钻井平台不必移动,特别是近海的开发井.这样,固定式平台也有发展.固定式平台就是建立永久性钻井平台,大都是钢结构,打桩,然后升出海面；也有些是水泥结构件.至今工作水深最深的固定平台是"Cognac",它能站立在路易斯安那州近海318米水深处工作.
浮船式钻井平台
1 9 5 3 年 , C u s s 财 团 造 成 的“Submarex”钻井船是世界第一条钻井浮船,它由海军的一艘巡逻舰改装建成,在加州近海3000尺水深处打了一口取心井.
1957年,“卡斯一号”钻井船改装完毕,长78米,宽12.5米,型深4.5米,吃水3米,总吨位3000吨,用6台锚机和6根钢缆把船系于浮筒上.
用浮船钻井会带来一系列问题,由于波浪、潮汐至少给船带来三种运动,即漂移、摇晃、上下升沉,钻头随时可能离开井底,泥浆返回漏失,钻遇高压油气大直径的导管伸缩运动而不能耐高压等等.这样就把防喷器放到海底.该船首先使用简易的水下设备,从而把浮船钻井技术向前推进了一步.
浮船钻井的特点是比较灵活,移位快,能在深水中钻探,比较经济.但它的缺点是受风浪海况影响大,稳定性相对较差,给钻井带来困难.
半潜式钻井平台
1962年,壳牌石油公司用世界上第一艘“碧水一号”半潜式钻井船钻井成功.“碧水一号”原来是一条坐底式平台,工作水深23米.当时为了减少移位时间,该公司在吃水12米的半潜状态下拖航.在拖航过程中,发现此时平台稳定,可以钻井,这样就受到了启示,后把该平台改装成半潜式钻井平台.
1964年7月,一条专门设计的半潜式平台“碧水二号”在加州开钻了.第一条三角形的半潜式平台是1963年完工的“海洋钻工号”,第二条是1965年完工的“赛德柯135”.随着海上钻井的不断发展,人类把目光移向更深的海域.半潜式钻井平台就充分显示出它的优越性,在海况恶劣的北海,更是称雄,与之配套的水下钻井设备也有发展,从原来简单型逐渐趋于完善.
半 潜 式 钻 井 平 台 的 定 位 一 般都是用锚系定位的,而深海必须使用动力定位.第一条动力定位船是“Cussl”,能在12000英尺水深处工作,获取600英尺的岩心.
以后出现了动力定位船“格洛玛·挑战者号”,它于1968年投入工作,一直用于大洋取心钻井.
世界上真正用于海上石油勘探的第一条动力定位船是1971年建成的“赛柯船445”钻井船,工作水深在动力定位时可达600米以上.
半潜式平台有自航和非自航的.动力定位船所配套的水下设备是无导向绳的水下钻井设备.后来,钻井平台又有新的型式出现,如张力腿平台和“Spar”.
在海洋钻井平台技术发展过程中,美国、挪威等西方发达国家由于起步早已积累了一定经验,尤其在海洋深水技术开发方面一直处于领先和垄断地位,但随着近几年世界多个国家涉足海洋勘探开发领域,尤其是我国、巴西、韩国、日本等国家的崛起,今后海洋装备技术将呈现出多渠道、多国化,百花齐放的发展局面.
科学在进步,时代在发展,海上钻井技术也在飞速发展,人们现在已向更深的海域进军,无论是钻井井深、钻井水深、钻井效率都有新的世界纪录出现.
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