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[讨论] 系统学习 海洋工程钻井平台

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发表于 2016-10-25 12:25:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

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系统学习 海洋工程钻井平台

本文写给想从事海洋工程钻井设计和相关工作的朋友们。
不知道从什么时候起,石油的价格节节攀升。几乎要突破100美元心理大关了。
能源越来越紧张的今天,很多国家把目光从陆地转向了海洋。
自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后,海洋工程有了长足的发展。
在几十米甚至上3~4000深的海底钻一口井并不是一件容易的事,因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。经常要承受巨浪和暴风的袭击。而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。才能把一根根长长的钻杆钻进海底。
钻井平台从近海到深海,主要可以分为 座底式,自升式,半潜式等。
所谓的座底式是指,平台的结构直接座在海床上,几乎和陆上钻井没多大区别。所以它们的可钻探深度很有限。只能在几十米的水深的浅海区域作业。
自升式,又叫jack-up。顾名思义,这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。它典型的特征就式3-4条腿。高高的绗架结构。上面安装又齿条。平台本体安装有齿轮。它们一起啮合,传动。在到达钻井区域的时候,腿就慢慢的伸到海床上。平台就靠这几条腿站在海里了。 因为考虑到拖航的稳性,腿不能太长。所以这种平台一般在120~150米水深的近海区作业。
半潜式,最新的已经到了第6代了。这种平台和普通船舶一样,是漂浮在海面上的。这样的话,它们就可以在更深的水域工作了。它们带有2~3级动态定位系统,海底声纳定位系统,卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。

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发表于 2016-10-27 09:10:08 | 显示全部楼层
海上平台的开发是个复杂的工程,希望动力系统早日国产化。
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发表于 2016-10-27 09:10:59 | 显示全部楼层
逐步编制、发布、实施自己的国家标准。
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 楼主| 发表于 2016-10-27 12:17:37 | 显示全部楼层
关于海洋钻井平台(2)


海洋钻井是一个多学科的结合的行业。
先讲讲海上钻井的发展历史。
当今的钻井装置发展更加现代化和人性化,对环境的保护也日益改善。
对平台的防污染,安全性能,人员的保护的要求更高。
随着各船级社和国际组织 如,ABS , DNV ,CCS, IMO ,MARPOL ,HSE ,NORSOK ,USCG, SOLAS ,NMD 等对条款的不断更新,对平台的要求也越来越高。
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 楼主| 发表于 2016-10-29 18:29:02 | 显示全部楼层
关于海洋钻井平台(4)


本人是做轮机方面的,所以着重讲一些轮机方面的东西。
来谈谈半潜式的系统,
总的来说,平台的系统有点和普通的船舶相似,它们是:
1,压载系统 ballast system
2,消防系统,fifi system ,包含fire water system , water mist system , deluge system, foam system, co2 extinguishsystem, water spray system 按照每个平台基本设计的不同,会有其中的几个。
3,舱底水系统, bilge system
4, 海水冷却系统,sea water cooling system
5,淡水冷却系统 fresh water cooling system
6,燃油系统 fuel oil system
7,润滑油系统 lub oil system
8,主机排烟系统 exhaust system
9,废油系统,waste oil and sludge system
10,透气溢流系统 vent and overflow system
11,测深系统 souding system 包含 manual soundong system 或者remote sounding system
12,启动空气系统 starting air system
13,平台空气系统,rig air system
14,仪表与控制空气系统 instrument air system
15,饮用水系统,potable system
16,生活水排放系统 sanitary discharege system
17,生活水供给系统 sanitary supply system
18,盐水系统 brine system
19,钻井水液系统,drill water system
20,钻井基油系统,base oil system
21,泥浆供给系统 mud supply system
22,高压泥浆排出系统 mud discharge system
23,泥浆处理系统 mud process system
24,泥浆真空系统 mud vacuum system
25,井口控制系统 subsea control system
26,分流器,高压管系系统 hp manifold and diverter system
27,灌井系统 trip tank system
28,除气系统 mud gas separator system
29,测井系统 well test system
30,隔水套管张紧系统 riser tensioner system
31,液压系统 hydaulicoil system
32,泥浆混合系统 mud mixing system
33,散货系统,包含bulk cement system 以及bulk mud system
34,高压冲洗系统 high pressure washing down system
35,甲板泄水系统 deck drain system
36,快关阀系统 quick closing vavle system
37,切屑处理系统 cutting handling system
38,直升机加油系统 helicopter refueling system
39,排舷外系统 overboard discharge system
40,刹车冷却系统 brake cooling system
41,呼吸空气系统 breath air system
42,推进器系统 ,包含 thruster hydraulic oil and lub oil system
43,泥坑冲洗系统, mud pit washing system
以上是我记忆中想到的,没有严格的按照顺序排列。
但是大致可以分为这些系统,每个系统有它自己特殊的功能。在整个钻井平台系统中扮演不同的,重要的角色。
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 楼主| 发表于 2016-11-1 19:43:53 | 显示全部楼层
关于海洋钻井平台(4)

按照顺序,我们一个接一个地来解释和阐述上篇列出来的系统。
首先,对于压载系统。它的作用就是使平台能够相对自由的吃水,保持在深海中的稳性。简单地来说,就是用泵把船舷外的海水抽到平台里面专门存海水的舱(压载舱)里面去,而且反向也能够把海水从舱里抽出来排到海里去。
这个系统的大致的原理就是这样的。
压载系统包含,
1,海底门, seachest ,一个专用的从舷外抽水的地方(钢结构的哦),在平台的最低层。
2,压载泵,ballast pump , 离心泵,至少要两台。
3,管路和附件,piping and fittings
4,压载舱 ballast tank 装海水的舱室,现在的船舶设计中都会把压载舱放在平台的最外面,并且分成一个一个独立的小舱。即使一旦有以外发生的话,就算一个舱破了的话,海水涌进来淹掉了,也不至于所有的舱都进水。泰坦尼克号我记得似乎是6个舱同时进水,整条船也不会沉没。一样的道理。

一下就是它的简略的原理图:   (见下图)

                               
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怎么来选择压载泵的排量和压头呢?
首先我们得确定我们的压载舱总的容积有多大。然后根据要求,我们得确定在多少时间内能够把这些压载舱充满海水。
很显然 排量X时间=容积,所以排量=容积/时间
通常来说,我们生活在大气压中,初中我们就知道一个大气压可以支持760海洋工程与船舶网--好网站!得汞柱,当然换算成水的话,大概有10米的水柱。
我们的压载舱的高度,就能够决定我们压载泵的压头,如果压头是5bar,也就是说可以支持50m的水柱,泵可以把水送到50米高的地方。注:一个大气压就是1bar 。
这样我们很容易地确定了泵的参数了,
管路呢? 管路的尺寸,可以由它里面的海水的流速来确定。
泵排量=管的横截面级X流速海水在管路中的流水不能太高,海水本身具有腐蚀性,流速高的话很容易造成管路的腐蚀。
为了避免海水管的腐蚀,玻璃钢管广泛应用在压载系统中。
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 楼主| 发表于 2016-11-4 18:59:34 | 显示全部楼层
消防系统,和陆地上一样,平台上也会着火,一旦失火,不管是对于船舶,还是钻井平台都是一件很严重
的事故。它可以直接导致平台的沉没。
所以消防系统是平台上面一个关于安全方面的系统。Fire fighting system.
各大船级社对消防系统都有比较明确的规定。
首先来谈谈它的组成,
包含:
1,消防泵,其实也是大排量的离心泵,至少两台
2,管路和附件,这个就不说了。
3,保压泵,jockey pump, 为什么要有这样一个泵?
大家都知道的,就算是在陆地上,你可以看看你办公大楼上的一些消防栓,它们平常是不用的。除非
是在失火的情况下才用。
那么现在产生了一个问题,一旦失火的时候,我们的消防栓的水龙头里面必须立刻有水出来。这就意
味着在消防栓里面要保持一定的压力。但是我们知道液体的可压缩性微乎其微,同时系统又是一个封
闭的系统。所以这里就用到了一个小排量的保压泵。它的作用就是在平时的状态下保持系统中有一定
的压力。
可能有人会问,为什么不直接用大排量的消防泵。呵呵, 那就有点大马拉小车了,泵可能启动不到一
秒,就会在管路压力监测控制系统的作用下停下来。
4,消防压力柜,Hydrophore tank ,有些系统设计里面可能没有,它就是一个小瓶子,里面装一半液体
,当然是海水咯,一半是压缩空气。这样的一个瓶子就象喝了一半的雪碧瓶子一样,加入在瓶子的下
面开一个洞的话,水自然会自动排出来。瓶子里的压力其实就是由里面的压缩空气决定的。
很显然,保压泵就是往消防压力柜补水的,
5,应急消防泵 ,很多情况下不是电动泵,而是柴油动力的。
6,消防栓以及水龙带。 hydrant and hose . 又叫fire station。显然这些消防栓象大树的树枝连着树干一样连着消防总管,阀门一打开,水就可以留出来了。水龙带,一般人很清楚,白色的卷在一起的软管,它的一段是喷枪,一段是和消防栓相连的接头。在平台上它们至少是有10米长的哦。
7,国际通岸接头 international shore connection 平台可以在靠港时候接岸上的消防水。
下面是它的一个简单的原理图:


                               
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红色的部分就是保压泵和压力柜。 (见上图)

对于消防系统各船级社有明确的规定,在任何一个消防栓中至少要有3.5bar的压力。在直升机平台上要保
证7bar的压力。
所以消防泵的压头H=3.5 + 最高的消防栓距离压载水线的距离delta H + 7 (bar)
至于排量,该如何计算?
ABS规范中,是这样描述的,消防泵的总排量不小于舱底水泵总排量的4/3,也就是
Q=4*Q1/3
When Q = total fire water pump capacity
Q1 = total Bilge pump calculated capacity 舱底水泵的排量计算在各规范中有规定,以后谈。
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