（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）自升式钻井平台方案设计技术研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 石油是经济的血液，拥有充足的油气资源，保证油气资源的稳定供给，是经济平稳 发展的必要条件。进入2 1 世纪后，世界已经逐渐步入能源稀缺时代，许多国家把目光 转向海洋，投入了大量的人力和物力进行海洋能源开发。自升式钻井平台是目前世界上 广泛采用的海洋钻井装备之一，主要是在滩涂和浅海区域作业，近年来，自升式钻井平 台的建造量逐年增加，我国在海洋钻井平台的设计、建造、检验和科研方面都迫切需要 发展，特别是在海洋钻井平台的基本( 技术) 设计上，我国在独立设计方面尚有一定的 差距，大多依靠外国设计技术。因此，开展上述相关方面的研究工作，是提高我国海洋 结构物设计制造能力的需要，也是提高海洋平台设计国际竞争力的需要，这对于我国海 洋资源的开发和我国海洋工程事业的发展都具有重要意义。 方案设计在很大程度上决定了最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效 率等，因此，对自升式钻井平台方案设计的相关技术进行研究，实现可行方案的快速生 成、技术参数指标综合评价、最优系统决策，具有重要的理论意义和实用价值。本论文 主要做了以下研究内容： 针对自升式钻井平台方案设计的具体情况，将系统工程的理论和方法用于其方案设 计整个过程中，提出了针对自升式钻井平台方案设计的系统分析步骤，并根据霍尔三维 结构模型，结合平台方案设计系统的任务特点，提出了平台方案设计系统三维结构模型， 用于指导自升式钻井平台方案设计的实现。 多功能自升式钻井平台是目前自升式钻井平台的一个发展趋势，本文将综合安全评 估技术用于新型多功能自升式钻井平台方案设计前期的可行性论证，可以从安全分析的 角度论证新增功能实现的可能性，提出合理且有效地控制风险的措施，指出在设计、使 用过程中应注意的问题，在增加新功能的同时，可以有效地提高海上安全的程度，是新 型自升式钻井平台方案设计的前提。作为实例，在分析总结应用自升式钻井平台安装简 易平台的作业特点、探讨其工作原理和工作流程的基础上，将综合安全评估技术应用到 安装海上简易平台的新型多功能自升式钻井平台方案可行性研究中，论证了该方法的可 行性和有效性。 在自升式钻井平台的方案设计过程中，目前没有用于可行方案生成的平台主尺度数 学模型，本文利用收集到的船型资料，应用系统建模的理论和方法，分别建立了自升式 钻井平台主尺度的单变量预测模型和多变量预测模型。该模型的建立有利于分析和掌握 自升式钻井平台主尺度要素变化规律，同时在自升式钻井平台设计时，可根据己知信息 皇升式链井平台方案设计技术研究 量的多少，选择合适的模型进行主尺度的预测，开展平台设计初期的经济论证和方案设 计。 对于如何从若干个自升式钻井平台可行方案中选出最优方案，是方案评价过程中所 委解决的主要问题，目前没有相应的评价指标体系。结合近年来对自升式钻井平台方案 设计所作的研究工作和相关方面专家的建议，本文建立了一套针对自升式钻井平台的方 案评价指标体系，并对其评价方法进行了研究。在建立评价指标体系的基础上，采用 a h p 法和改进的灰关联分析法进行平台方案的优选，初步分析和计算实例表明，该评 价指标体系和评价方法是适用和可靠的；通过对灰关联分析方法进行改进，建立了适用 于自升式钻井平台方案选优的灰关联多目标综合评价模型，该模型既在一定程度上考虑 了设计方案各指标间的关联性，体现了事物的客观本质，又能反映船东的主观偏好和设 计者的设计需要。同时，针对己按设计建成并投入使用的自升式钻井平台，尝试建立一 套合理、完整、科学和实用的性能水平等级评价方法，对其先进性水平进行评寇，利用 获取的评价结果，可对设计平台的先进性水平进行定彼，评估设计是否达到预期效果及 其改进方向，对今后自升式钻井平台的方案设计起到借鉴作用。 智能方案设计已经成为当前方案设计领域的一个研究热点，在前谣工作的基础上， 本文就自升式钻井平台的方案设计智能决策支持系统的理论框架和实现方法进行了初 步研究。提出了自升式钻井平台方案设计的智能决策支持系统的体系结构和具体实现方 法。该系统既可以根据需要生成自升式钻井平台的设计方案，形成可行方案集，又可以 根据技术经济性、船东偏好等对可行方案进行评定，选出最优方案，提高了产品设计质 量，缩短了产晶的设计周期，使评价更为可靠，为设计、决策提供了有力的支持工具。 关键词：自升式钻井平台；方案设计；系统工程；综合安全评估；数学建模；评价指 标体系；智能决策支持系统。 大连理工大学博士学位论文 s t u d yo nk e y t e c h n o l o i e si ns c h e n m ed e s i g n o fs e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t a b s t r a c t w l t ht h ed e v e l o p m e n to fw o r l d w i d ee x p l o i t a t i o nf o ro c e a nr e s o u r c e s ，o f f s h o r ep l a t f o r m s a r ep l a y i n gad o m i n a n tr o l ei nt h eo i la n dg a si n d u s t r yf o re x p l o r a t i o na n dp r o d u c t i o no f n a t u r a lr e s o u r c e s ，w h i c hh a v eb e e nd e s i g n e dt oo p e r a t ea tv a r i o u sl o c a t i o n sw i t hd i f f e r e n t s e a - b e dc o n d i t i o n s ，g r e a tw a t e rd e p t h sa n du n d e rv a r i o u ss e ac o n d i t i o n s s e l f - e l e v a t i n g d r i l l i n gu n i tw h i c hw a si n v e n t e di n 19 5 0a n du s e df o re x p l o r a t i o na n de x t r a c t i o no f h y d r o c a r b o n sf r o mt h eo c e a nb e d si sam a i ns t r u c t u r a lt y p eo fm o b i l ep l a t f o r m s ，a n di t a c c o u n t sf o ra b o u t6 5 o ft h em o b i l ep l a t f o r mm a r k e t n o wt h ew o r l dh a se n t e r e dt h ee r ao f s c a r c ee n e r g yg r a d u a l l y , m a n yc o u n t r i e sh a v et u r n e dt h e i ra t t e n t i o nt ot h eo c e a n ，a n dp u ta m a s so fm a n p o w e ra n dr e s o u r c e si n t oe x p l o i t i n gm a r i n ee n e r g y s e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t o w n st h el o wc o s t ，l e s ss t e e l sa n dc o n d u c t i n gd r i l l i n go p e r a t i o n ss t e a d i l yu n d e rd i f f e r e n ts e a c o n d i t i o n ss ot h a ti tb e c o m e st h em a i nf o r c ei nt h es h a l l o wd r i l l i n go p e r a t i o n s i nr e c e n ty e a r s 。 m o r ea n dm o r es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i ti sd e s i g n i n ga n db u i l d i n g i tn e e d st od e v e l o p u r g e n t l yi nt h ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o n ，i n s p e c t i o na n dr e s e a r c ho ft h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t i no u rc o u n t r y , e s p e c i a l l yi nt h eb a s i cd e s i g no ft h em a r i n ed r i l l i n gu n i t i no u rc o u n t r y , t h e r e sab i gg a pi ni n d e p e n d e n td e s i g n i n g ，t h em o s to ft h et e c h n o l o g i e sa r ed e p e n d e n to n f o r e i g nc o u n t r y s od e v e l o p i n gt h i sf i e l dr e s e a r c hi sn e e d st oi n c r e a s et h ec a p a b i l i t i e si nt h e m a r i n ec o n s t r u c t i o nd e s i g na n dt h ei n t e r n a t i o n a lc o m p e t i t i o ni nt h em a r i n ed r i l l i n gu n i td e s i g n i th a sg r e a ts i g n i f i c a n c en o to n l yi ne x p l o i t i n gt h em a r i n er e s o u r c eb u ta l s oi nd e v e l o p i n gt h e m a r i n ee n g i n e e rc a r e e r t oag r e a te x t e n t ，t h es c h e m ed e s i g nd e c i d e st h ep e r f o r m a n c eo ft h ef i n a lp r o d u c t ， c r e a t i v i t y ，p r i c e ，t h em a r k e tr e s p o n s es p e e da n de f f i c i e n c y s oi th a sg r e a tt h e o r ys i g n i f i c a n c e a n dp r a c t i c a lv a l u ei nr e s e a r c h i n gt h ek e yt e c h n o l o g yo ft h es c h e m ed e s i g na b o u tt h e s e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ，r e a l i z i n gt h ef e a s i b l es c h e m es p e e d i l y ，t e c h n i c a lp a r a m e t e r s i n d i c a t o r sc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o na n dt h eo p t i m a ld e c i s i o n - m a k i n gs y s t e m t h i sp a p e rh a s m a i n l yd o n et h ef o l l o w i n gw o r k ： a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cc i r c u m s t a n c e so ft h es c h e m ed e s i g na b o u tt h es e l f - e l e v a t i n g d r i l l i n gu n i t ，s y s t e m se n g i n e e r i n gt h e o r i e sa n dm e t h o d sa r ea p p l i e dt ot h ew h o l ep r o c e s so f t h es c h e m ed e s i g n ，a d v a n c i n gt h es t e p si nt h es y s t e ma n a l y s i so fs c h e m ed e s i g na b o u tt h e s e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t a c c o r d i n gt ot h eh a l l t h r e ed i m e n s i o n a ls t r u c t u r a lm o d e la n dt h e i i i 鲞秀式链井平台方案设计技术研究 t r a i t so ft h es c h e m ed e s i g ni nd r i l l i n gu n i t , a d v a n c i n gt h et h r e e d i m e n s i o n a ls t r u c t u r a lm o d e l s y s t e mi nd r i l l i n gu n i t ，g u i d i n ga n dr e a l i z i n gs c h e m ed e s i g no f t h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t n e wt y p es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i tw i t hm u l t i f u n c t i o ni sat r e n do nt h ed r i l l i n gu n i t d e s i g n 。t h em e t h o d so ff o r m a ls a f e t ya s s e s s m e n t ( f s a ) i sa p p l i e dt ot h ef e a s i b l er e s e a r c ho f n e wt y p es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i tw i t hm u l t i f u n c t i o n ，i tc a np r o v et h ep o s s i b i l i t yo ft h en e w f u n c t i o nf r o mt h ea s p e c to ft h es a f e t ya n a l y s i s ，a d v a n c et h ee f f e c t i v em e a s u r e st oc o n t r o lt h e r i s ka n dp o i n to u tt h ep r o b l e m sw h i c hs h o u l dp a ym o r ea t t e n t i o n st ot h ep r o c e s sf r o mt h e d e s i g nt ot h eo p e r a t i o n i ti st h ep r e c o n d i t i o no ft h en e wt y p es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t d e s i g nw i t hm u l t i f u n c t i o n ，i tc a ni n c r e a s i n gt h en e wf u n c t i o n ；m o r e o v e r , i tc a ni m p r o v et h e s a f e t yl e v e le f f e c t i v e l y a sa ne x a m p l e ，i n t e g r a t i n gt h em e t h o d so ff o r m a ls a f e t ya s s e s s m e n t ( f s a ) i sa p p l i e dt ot h ef e a s i b l er e s e a r c ho fi n s t a l l i n gt h ef a c i l i t yp l a t f o r mw i t hs e l f - e l e v a t i n g d r i l l i n gu n i t ，p r o v i n gt h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo ft h i sm e t h o d ，a l lt h i si sb a s e d o na p p l y i n g a n a l y s i sa n ds u m m a r ya b o u to p e r a t i o nt r a i to ft h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ，d i s c u s s i n gt h e w o r k i n gp r i n c i p l ea n dt h ew o r k f l o w i nt h ep r o c e s so ft h es c h e m ed e s i g na b o u tt h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ，t h e r ea r e n ta n y m a t h e m a t i c a lm o d e l so ft h em a i nd i m e n s i o n s ，t h a ti sa p p l i e dt ot h ef e a s i b l es c h e m ea tp r e s e n t t h i sp a p e ra c c o r d i n gt ot h em o d e ld a t ah a v e b e e nc o l l e c t e d ，a p p l yt h et h e o r i e sa n dm e t h o d so f t h es y s t e mm o d e l s ，s e p a r a t e l yb u i l dt h e f o r e c a s tm o d e l sw i t ht h es i n g l ev a r i a b l ea n d m u l t i v a r i a b l eo nt h em a i nd i m e n s i o n so ft h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t 。a 1 lt h i si sh e l p f u lt o a n a l y z ea n dg r a s pt h ec h a n g er u l e so ft h em a i nd i m e n s i o n sf a c t o r sa b o u tt h es e l f - e l e v a t i n g d r i l l i n gu n i t a c c o r d i n gt ot h ek n o w ni n f o r m a t i o n ，d e s i g nt h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ； m o r e o v e r , s e l e c tt h er i g h tm o d e l st of o r e c a s tt h em a i nd i m e n s i o n s ，d e v e l o pe c o n o m i c d e m o n s t r a t i o na n ds c h e m ed e s i g n so ft h ed r i l l i n gu n i td e s i g n s h o wt os e l e c tt h eo p t i m a lo n ef r o mt h ef e a s i b l es c h e m e si st h em a i np r o b l e mt h a ti t n e e d st os o l v ed u r i n gt h es c h e m ee v a l u a t i o no fs e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ，t h e r ei s n ta c o r r e s p o n d i n ge v a l u a t i o n c r i t e r i as y s t e ma tp r e s e n t c o m b i n er e s e a r c ht a s ka n de x p e r t s s u g g e s t i o n so ft h es c h e m ed e s i g n sa b o u ts e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ，t h i sp a p e r b u i l d sas e r i e s o fs c h e m ee v a l u a t i o nc r i t e r i as y s t e ma n ds t u d i e se v a l u a t i o nm e t h o do ft h es e l f - e l e v a t i n g d r i l l i n gu n i t b a s eo nt h e s e ，s e l e c tt h eo p t i m a ls c h e m ew i t ht h ea n a l y s i sh i e r a r c h yp r o c e s s ( 1 6 a 嚣) a n di m p r o v e dt h eg r e yr e l a t i o na n a l y s i s ( g r a ) 。p r i m a r ya n a l y s i s a n dp r a c t i c a l e x p e r i e n c es h o wt h a tt h ee v a l u a t i o nc r i t e r i as y s t e ma n d t h ee v a l u a t i o nm e t h o da r ea p p l i c a b l e a n dr e l i a b l e 。b yi m p r o v i n gg r e yr e l a t i o na n a l y s i s ( g r a ) ，b u i l d i n gt h eg r e yr e l a t i o n m u l t i - o b j e c t i v ec o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o n m o d e li s a p p l i e d t ot h eb e s ts c h e m eo f s e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t t oac e r t a i ne x t e n t ，i tt h i n k so v e rt h ec o n n e c t i o no ft h ei n d i c e s r e f l e c t i n gt h eo b j e c t i v et r u en a t m eo ft h et h i n g s ，a n d a l s oc o n s i d e r st h es h i po w n e r s s u b j e c t i v ei n t e r e s ta n dt h ed e s i g n e r s n e e d s a tt h es a m et i m e ，a c c o r d i n gt od e s i g no ft h e i v 大连理工大学博士学位论文 s e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i tt h a th a v eb e e nb u i l ta n du s e d ，t r yt ob u i l das e r i e so ff u n c t i o nl e v e l g r a d ee v a l u a t i o nm e t h o d ，t h a tw i l lb er e a s o n a b l e ，u n a b r i d g e d ，s c i e n t i f i ca n de a s y ，a s s e s si t s a d v a n c e dl e v e l m a k eu s eo ft h ek n o w ne v a l u a t i o nr e s u l t ，c a r r yo u tt h ea d v a n c e dl e v e lg r a d e i nt h es a m et y p ep l a t f o r m s ，w h e t h e rt h ee v a l u a t i o nd e s i g nh a sa c h i e v e dt h ed e s i r e dr e s u l t sa n d i m p r o v e m e n td i r e c t i o n i tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ns c h e m ed e s i g n so ft h es e l f - e l e v a t i n g d r i l l i n gu n i tf o rt h ef u t u r e t h e i n t e l l i g e n ts c h e m ed e s i g nh a sb e c o m ear e s e a r c hh o t s p o to nt h ef i e l do fs c h e m e d e s i g n o nt h eb a s i so fp r e v i o u sw o r k ，t h ep a p e rs t u d i e si n i t i a l l yt h ed e s i g nt h e o r y f r a m e w o r ka n dc o n c r e t em e t h o d so ft h ei n t e l l i g e n c ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma b o u tt h e s e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i ts c h e m ed e s i g n ，a d v a n c e st h es y s t e ms t r u c t u r ea n dt h es p e c i f i c m e t h o do ft h ei n t e l l i g e n c ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma b o u tt h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t s c h e m ed e s i g n n o to n l yd o e si tf o r mt h ef e a s i b l ed e s i g n s ，a c c o r d i n gt ot h ed e m a n dt of o r m s c h e m ed e s i g n so ft h es e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ，b u ta l s oi ts e l e c t st h eo p t i m a ls c h e m ef r o m t h ef e a s i b l ed e s i g n su n d e rt e c h n i c a le c o n o m ya n ds h i po w n e r s s u b je c t i v ei n t e r e s t i tw i l lb e h e l p f u lt oi m p r o v et h ed e s i g nq u a l i t yo ft h ep r o d u c t s ，s h o r t e nt h ed e s i g nc i r c l eo ft h e p r o d u c t s ，m a k et h ea s s e s s m e n tm o r er e l i a b l e t h i sw i l lp r o v i d ep o w e r f u ls u p p o r tt o o l sf o r d e s i g n e r sa n dd e c i s i o n m a k e r s k e yw o r d s ：s e l f - e l e v a t i n gd r i l l i n gu n i t ；s c h e m ed e s i g n ；s y s t e me n g i n e e r i n g ；f o r m a l s a f e t ya s s e s s m e n t ；m a t h e m a t i c a lm o d e l ；e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ；i n t e l l i g e n t d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 一v 一 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其它人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 砸仁嗍喇 大连理工大学硕士觋究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名： 导师签名： 大连理工大学博士学位论文 1 绪论 1 1 选题的科学依据与意义 2 l 世纪是海洋经济时代，浩瀚的海洋是资源和能源的宝库，也是人类实现可持续性 发展的重要基地。当今人类正面临着“全球人口不断膨胀，陆地资源和能源日趋严峻 的危机，世界各国都把发展的希望寄托在占地球表面积7 1 的海洋上，越来越多的国家 都把合理有序地开发利用海洋资源和能源、保护海洋环境作为求生存、求发展的基本国 策【l 】。目前一个开发利用和保护海洋资源和能源、攻克海洋高科技开发技术的世纪之潮 己在全球兴起，从蓝色的海洋中索取资源，使之成为世界经济发展的新增长点，正成为 我们这个时代的特征。作为海洋油气开发重要装备之一的自升式钻井平台，在现代的海 洋油气勘探开发中扮演着越来越重要的角色，其设计建造水平也在一定程度上反映出海 洋装备能力的强弱。 本论文的选题属于海洋结构物设计制造的范畴。由于海上油气勘探开发力度的加大 及原有自升式钻井平台的老化等原因，世界上自升式钻井平台的建造量逐年增加，新一 轮自升式钻井平台的建造高潮已经兴起，自升式钻井平台的设计技术越来越受到重视， 自升式钻井平台的方案设计主要包含方案生成、方案评价和方案决策三部分内容，是平 台后续设计和建造的基础。平台主尺度的选择和确定是平台方案生成首要解决的问题， 平台方案评价指标体系的建立和评价方法的选择是方案评价的基础。目前，针对自升式 钻井平台方案设计的主尺度建模，方案评价指标体系和评价方法及智能方案设计等方面 研究的较少，对已按设计方案建造并投入使用的自升式钻井平台也缺少相应的性能水平 等级评价方法。用于安装简易平台的多功能自升式钻井平台的设计，也是当前国际上自 升式钻井平台设计的研究热点，国内尚缺少该方面的研究。利用相关的理论和技术，对 以上工作展开研究，对于提高自升式钻井平台的设计水平，缩短设计周期，提高设计质 量具有理论意义和工程实用价值，可以加快海洋油气勘探开发速度，对中国船舶与海洋 工程制造业的发展也将起到一定的推动作用。 1 1 1 研究的必要性 1 1 1 1 海洋油气开发的紧迫性 随着人类社会经济的快速发展，能源的消耗量越来越大，世界已经逐渐步入能源稀 缺时代，陆上油气的开发量已经越来越不能满足当今世界经济发展的需要。海洋，作为 新的能源宝库，在国际政治和经济中扮演着越来越重要的角色。 自升式钻井平台方案设计技术研究 由于海洋不是人类居住生活的区域，因而较晚进入人类资源开发的范围。海洋蕴藏 着丰富的矿产资源，据地质学家估计，海洋中的大陆架和大陆坡是海洋沉淀物堆积的区 域，那里至少蕴藏着全球3 0 0 0 亿吨石油储量的一半以上【2 】。二十世纪5 0 年代，海上石 油钻井平台首先出现在美国，开始了人类海上油气的地质勘探和开发。目前，全世界有 将近1 0 0 个国家正在水深不足2 0 0 0 m 的近海水域进行普查和钻探。在已发现的大量油气 田中，仅大陆架的油气田就有近2 0 0 0 个。随着海上石油勘探技术的不断改进，世界石 油生产的重心将不断移向海洋，那里将是未来获取油气资源主战场。随着海上油气勘探 成果的不断丰富和钻探技术的不断提高，以及世界能源稀缺时代和高油价时代的到来， 海洋已经成为世界能源获取的新焦点。 我国拥有1 8 0 0 0 公里的大陆海岸线，2 0 0 多万平方公里的大陆架和6 5 0 0 多个岛屿， 管辖的海域面积近3 0 0 万平方公里。按第三次石油资源评价初步结果，目前全国海洋石 油资源量为5 0 0 亿吨，天然气资源量为2 2 3 万亿立方米，它主要包括两大部分，一部分 是近海大陆架上的油气资源，另一部分是深海区的油气资源1 3 j 。在我国海域已发现了1 8 个中新生代沉积盆地，总面积约1 3 0 多万平方千米，其中近海大陆架上已发现含油气沉 积盆地9 处，开采海区含油气沉积盆地9 处。目前中国海上已有1 8 亿吨石油可采储量， 足以保证今后5 年海洋油气产量以2 0 的速度递增。因此从中长期来看，海洋油气的可 开发潜力都很大。2 0 0 6 年，中国海洋原油产量突破3 0 0 0 万吨，天然气6 2 亿立方米，预 计到2 0 1 5 年，海洋原油产量将稳定在5 0 0 0 万吨左右，占全国的2 6 ，海洋天然气将达 到2 5 0 亿立方米，占全国的2 5 t 3 1 。目前我国渤海、珠江口盆地及北部湾地区油气资源 丰富，勘探工作也比较成熟，下步应进行挖潜勘探，而东海、莺歌海及琼东南地区目 前勘探成果较少，需进一步加强勘探研究工作。 中国石油资源的平均探明率为3 8 9 ，海洋石油仅为1 2 3 ，远远低于世界平均探 明率7 3 和美国的探明率7 5 。中国天然气的平均探明率为2 3 o ，海洋天然气为 1 0 9 ，而世界平均探明率在6 0 5 左右。因此，从以上数据可以看出，中国油气资源 的探明率( 尤其是海洋) 很低，整体上处于勘探的早中期阶段。中国海洋油气开发已经 在资金、技术、设备和人才方面积累了一定的基础，处于飞速发展的起点，预计，2 0 0 5 - 2 0 1 0 年，中国将通过扩大对外合作，继续积累技术基础，油气产量将翻一番，为累积期； 2 0 1 0 - - 2 0 1 5 年，所掌握的技术已经能够开发大部分海洋油气资源，自营率不断提高，权 益产量增加，为发展期；2 0 1 5 - - - 2 0 2 0 年，则处于成熟阶段。2 0 2 0 年，中国将成为海洋 油气开发的强国【3 】。在整个规划过程中，加强海洋油气资源的勘探开发，增加勘探开发 装备的配套能力是海洋油气资源开发的基础。 1 1 1 2 自升式钻井平台在海洋钻井作业中占主导地位 大连理工大学博士学位论文 虽然深海石油勘探与开发这几年来不断升温，但是目前世界上的石油供应主要还是 来自陆上，其重心正在由陆地向浅海转移，因此，在未来很长一段时间内，浅海石油的 勘探与开发将是世界石油供应的基础，深海石油的勘探与开发还处于起步阶段。自升式 钻井平台是目前世界上广泛采用的海洋钻井装备，作业区域主要是在滩涂和浅海。由于 自升式钻井平台所需钢材少、可重复利用、与钻井船和半潜式钻井平台相比造价低，在 各种海况下都能平稳地进行全天候钻井作业，使其成为浅海钻井作业的主力军。据 砌g z o n e 网站统计，截至2 0 0 8 年4 月，全世界在作业的海上可移动钻井装置5 6 4 座， 主要分布在墨西哥湾、西非、北海、拉丁美洲、中东等海域，其中自升式钻井平台3 7 1 座，半潜式钻井平台1 5 7 座，钻井船3 6 艘。 “十一五规划强调船舶装备的发展目标是：“大型海洋石油工程设备，3 0 万吨矿 石和原油运输船、万标箱以上集装箱船，液化天然气运输船等大型、高技术、高附加值 船舶及大功率柴油机等配套设备”【4 】。在此规划中突出了大型海洋石油工程装备的设计 建造。 自升式钻井平台主要用于打钻探井和开发井，随着近年来浅海钻探井和开发井的数 量的逐年增加，自升式钻井平台的需求量也在增加。同时，目前世界上作业的自升式钻 井平台主要是在上世纪7 0 年代末和8 0 年代初设计建造的，大部分已服役了2 0 - - 3 0 年， 需要更新换代。从目前的市场分析可以看出，从2 0 0 3 年以来自升式钻井平台的设计建 造量逐年增加，进入了一个新的自升式钻井平台的设计建造高峰。 近年来，我国自升式钻井平台的建造量逐渐增多，目前建造的自升式钻井平台大都 是引进国外的技术设计，通过消化吸收国内建造，在设计技术方面还有一定的差距，为 提高国内海洋平台的设计水平，同时实现中国造船业的可持续发展，对自升式钻井平台 设计关键技术进行研究是必要的也是必需的。 1 1 1 3 钻井平台配套是提升海洋钻井竞争能力的迫切需求 在海洋钻井装置的数量方面，以美国t r a n s o c e a n 公司为代表的前8 家国际海洋钻井 承包商巨头在海洋钻井装置的数量方面有绝对的优势，我国的三大钻井承包商公司与之 相比相差甚远；与兼营海洋钻井和海洋工程的意大利s a i p e m 公司相比也有一定的差距。 我国具有广阔的海洋资源，但海洋钻井装置的配套数量远远不足，亟待扩充，以适应海 洋作业的需要【5 】。 自升式钻井平台方案设计技术研究 l 美国t r a n s o c e a n 公司 1 342 64 3 419 l8 0 4 2 翔g l c 蛔l s a n t a f e 公司 34 51 3 7 6 87 9 4 3 美国p r i d e 国蝴 42l3 01 351 46 98 2 6 4 美国n o b l e 钻搁 34 11 l386 68 3 3 5 美国嘲公司 74 2135 37 9 2 6 美国d i a n o n d 灞彩司 11 43 04 58 8 9 7 翔r o v r a n 公司 2 4l2 59 6 8 搠喊鼬i g 海涛硷同 1 l2 。72 03 19 0 3 9 蒯s a i p e t n 公司 l451 0 1 0 0 1 0 蝴( 油响公司 1 131 49 3 1 1 中石化 6131 01 0 0 1 2 中油海洋公司11 21 0 0 注1 ) ：其它平台主要指导管架平台，不包括在建平台。资料来源：v c w v r i g z o n e c o m 以美国t r a n s o c e a n 公司为代表的国际海洋钻井承包商巨头拥有多种海洋钻井装置 从事跨国经营，能够在浅海、深海和超深海作业，有3 家公司还能在滩海或内陆水域作 业。兼营海洋钻井和海洋工程的意大利s