早期世界海洋鉆井裝備小史

■ 伊然

1887 年世界上首次開展了海上石油勘探工作，在未來的 50 年間，海洋鉆井技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化。20 世紀 40 年代，世界范圍共有 3 個國家開展了海上石油勘探工作，它們所采用的方法都是海洋鉆井平臺技術(shù)，利用固定的平臺進行勘探。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)技術(shù)不斷提高，人們對石油等天然資源的需求量逐漸增多，使得海洋鉆井平臺技術(shù)也不斷提高，從鉆井平臺以及設(shè)備等方面而言，都得到了質(zhì)的飛躍。主要變現(xiàn)為海洋鉆井平臺的數(shù)量逐年增多，據(jù)相關(guān)資料調(diào)查顯示，目前世界上可移動的海洋鉆井平臺就已經(jīng)高達 700 多臺，海洋鉆井平臺的種類也層出不窮。

棧橋式鉆井平臺

1897年，美國在加利福尼亞海岸，為開發(fā)由陸地延伸至海里的油田，美國人威廉姆斯從防波堤上向海里搭建了一座76.2米長的木質(zhì)棧橋，把鉆機放在上面打井，這是世界上第一口海上鉆井。由于棧橋與陸地相連，物資供應(yīng)就方便多了。另外，鉆機在棧橋上可以隨意浮動，從而在一個棧橋上可打許多口井。

1920年委內(nèi)瑞拉搭制了木制平臺進行鉆井。1936年美國為了開發(fā)墨西哥灣陸上油田的延續(xù)部分，鉆成功第一口海上油井并建造了木制結(jié)構(gòu)生產(chǎn)平臺，兩年后，于1938年成功地開發(fā)了世界上第一個海洋油田。第二次世界大戰(zhàn)后，木制結(jié)構(gòu)平臺改為鋼管架平臺。

1964-1966年英國、挪威在水深超過100米、浪高達到30米、最高風速160千米/小時、氣溫至零下且有浮冰的惡劣條件下，用這種方法成功地進行了北海油田的開發(fā)，標志著人們開發(fā)海上油田的技術(shù)已臻成熟。

目前已有80多個國家在近海開展石油商業(yè)活動，原油產(chǎn)量占世界石油總產(chǎn)量的三分之一左右。

坐底式鉆井平臺

在海邊搭架子，造棧橋基本上是陸地的延伸，與陸地鉆井沒有差別。能否遠離岸邊在更深的海里鉆井呢? 1932年，美國得克薩斯公司造了一條鉆井駁船“Mcbride”，上面放了幾只錨，到路易斯安那州Plaquemines地區(qū)”Garden“島灣中打井。這是人類第一次“浮船鉆井”，即這個駁船在平靜的海面上漂浮著，用錨固定進行鉆井。但是由于船上裝了許多設(shè)備物資器材，在鉆井的時候，該駁船就坐到海底了。從此以后，就一直用這樣的方式進行鉆探。這就是第一艘坐底式鉆井平臺。

同年，該公司按設(shè)計意圖建造了一條坐底式鉆井駁船“Gilliasso”。1933年這艘駁船在路易斯安那州Pelto湖打了“10號井”，鉆井進尺5700英尺。以后的許多年，設(shè)計和制造了不同型號的許多坐底式鉆井駁船，如1947年，john hayward設(shè)計的一條“布勒道20號”，平臺支撐件高出駁船20多米，平臺上備有動力設(shè)備、泵等。它的使用標志著現(xiàn)代海上鉆井業(yè)的誕生。

早期的棧橋式鉆井平臺

由于經(jīng)濟原因，自升式鉆井平臺開始興起，濱海鉆井承包商們認識到在40英尺或更深的水中工作，升降系統(tǒng)的造價比坐底式船要低得多。自升式鉆井平臺的腿是可以升降的，不鉆井時把腿升高，平臺坐到水面，拖船把平臺拖到工區(qū)，然后使腿下降伸到海底，再加壓，平臺升到一定高度，脫離潮、浪、涌的影響，得以鉆井。1954年，第一條自升式鉆井船“迪龍一號”問世，12個圓柱形樁腿。隨后幾條自升式鉆井平臺，皆為多腿式。

1956年造的“斯考皮號”平臺是第一條三腿式的自升式平臺，用電動機驅(qū)動小齒輪沿樁腿上的齒條升降船體，樁腿為×架式。

1957年制造的“卡斯二號”是帶有沉墊和4條圓柱形樁腿的平臺。

隨著鉆井技術(shù)的提高，在一個鉆井平臺上可以打許多口井而鉆井平臺不必移動，特別是近海的開發(fā)井。這樣，固定式平臺也有發(fā)展。固定式平臺就是建立永久性鉆井平臺，大都是鋼結(jié)構(gòu)，打樁，然后升出海面；也有些是水泥結(jié)構(gòu)件。至今工作水深最深的固定平臺是"Cognac"，它能站立在路易斯安那州近海318米水深處工作。

浮船式鉆井平臺

1 9 5 3年，C u s s財團造成的“Submarex”鉆井船是世界第一條鉆井浮船，它由海軍的一艘巡邏艦改裝建成，在加州近海3000尺水深處打了一口取心井。

1957年，“卡斯一號”鉆井船改裝完畢，長78米，寬12.5米，型深4.5米，吃水3米，總噸位3000噸，用6臺錨機和6根鋼纜把船系于浮筒上。

用浮船鉆井會帶來一系列問題，由于波浪、潮汐至少給船帶來三種運動，即漂移、搖晃、上下升沉，鉆頭隨時可能離開井底，泥漿返回漏失，鉆遇高壓油氣大直徑的導管伸縮運動而不能耐高壓等等。這樣就把防噴器放到海底。該船首先使用簡易的水下設(shè)備，從而把浮船鉆井技術(shù)向前推進了一步。

浮船鉆井的特點是比較靈活，移位快，能在深水中鉆探，比較經(jīng)濟。但它的缺點是受風浪海況影響大，穩(wěn)定性相對較差，給鉆井帶來困難。

半潛式鉆井平臺

1962年，殼牌石油公司用世界上第一艘“碧水一號”半潛式鉆井船鉆井成功?！氨趟惶枴痹瓉硎且粭l坐底式平臺，工作水深23米。當時為了減少移位時間，該公司在吃水12米的半潛狀態(tài)下拖航。在拖航過程中，發(fā)現(xiàn)此時平臺穩(wěn)定，可以鉆井，這樣就受到了啟示，后把該平臺改裝成半潛式鉆井平臺。

1964年7月，一條專門設(shè)計的半潛式平臺“碧水二號”在加州開鉆了。第一條三角形的半潛式平臺是1963年完工的“海洋鉆工號”，第二條是1965年完工的“賽德柯135”。

隨著海上鉆井的不斷發(fā)展，人類把目光移向更深的海域。半潛式鉆井平臺就充分顯示出它的優(yōu)越性，在海況惡劣的北海，更是稱雄，與之配套的水下鉆井設(shè)備也有發(fā)展，從原來簡單型逐漸趨于完善。

半潛式鉆井平臺的定位一般都是用錨系定位的，而深海必須使用動力定位。第一條動力定位船是“Cussl”，能在12000英尺水深處工作，獲取600英尺的巖心。

以后出現(xiàn)了動力定位船“格洛瑪·挑戰(zhàn)者號”，它于1968年投入工作，一直用于大洋取心鉆井。

世界上真正用于海上石油勘探的第一條動力定位船是1971年建成的“賽柯船445”鉆井船，工作水深在動力定位時可達600米以上。

半潛式平臺有自航和非自航的。動力定位船所配套的水下設(shè)備是無導向繩的水下鉆井設(shè)備。后來，鉆井平臺又有新的型式出現(xiàn)，如張力腿平臺和“Spar”。

現(xiàn)代化的半潛式鉆井平臺

在海洋鉆井平臺技術(shù)發(fā)展過程中，美國、挪威等西方發(fā)達國家由于起步早已積累了一定經(jīng)驗，尤其在海洋深水技術(shù)開發(fā)方面一直處于領(lǐng)先和壟斷地位，但隨著近幾年世界多個國家涉足海洋勘探開發(fā)領(lǐng)域，尤其是我國、巴西、韓國、日本等國家的崛起，今后海洋裝備技術(shù)將呈現(xiàn)出多渠道、多國化，百花齊放的發(fā)展局面。

科學在進步，時代在發(fā)展，海上鉆井技術(shù)也在飛速發(fā)展，人們現(xiàn)在已向更深的海域進軍，無論是鉆井井深、鉆井水深、鉆井效率都有新的世界紀錄出現(xiàn)。