浮式钻进装置

处于漂浮状态的钻进装置，在风浪作用下，船体将产生升沉、摇摆、漂移三种运动，它们对钻进作业会有不同程度的影响。

浮式钻进装置升沉

在钻井时，船体的升沉会带动井下钻具也上下运动，因而钻头对井底的压力不能控制，这不但影响钻进效率，而且钻具周期性地撞击井底使钻杆不断弯曲，导致疲劳断裂。

浮式钻井装置开始钻井时，不在海底装插固定的隔水导管，因为水深，长隔水导管容易弯曲，且船体运动易使固定隔水导管与船井口碰撞。为了使井筒和海水隔开，且使钻具重返原井孔，同时又能使运动的船体和船井保持相对的位置，就需要有独特的设备使钻具通向井底，称为水下通道器具或通道立管(简称水下器具)。

浮式钻进装置摇摆

船体的摇摆会使钻杆弯曲，同时，井架内的游动滑车，井场的钻杆、套管、井口返出的泥浆等不断摇晃，都影响正常钻进。当摇摆的角度稍大时，转盘的方补心有从补心孔脱出的危险。浮式钻井装置的摇摆影响钻井作业的正常进行，有时虽对钻井作业影响不大，但人体却难以忍受。浮式钻井装置中，半潜式平台稳定性好，钻井船稳定性差些。

为了减少船体的摇摆，常用的减摇措施有：①装设减摇舱，即在船体设水舱，利用水舱内液体流动的反力矩来减轻船体的摇摆；②装设减摇罐，通过改变罐内液面高度来调整船体的稳心高度，这样就改变了摇摆的自然周期，从而减少船体对风浪的反应；③装设抗摇器，抗摇器是与船体无关的独立系统，由支船架、浮筒、连接件、抗摇筒组成，见图1。借助抗摇筒对海水的反力矩来抵抗波浪运动对船体产生的不稳定力矩，从而减少船体的摇摆。现代的钻井船逐渐向大型化发展，加大船宽，也有减摇的效果。

浮式钻进装置漂移

船体的漂移也使钻具弯曲，特别是在起下钻具时，不能重新进入原井孔。

浮式钻井装置的漂移用各种定位系统来限制。为了控制住井口和水下通道器具，要求浮式钻井装置的漂移不超过水深的3%～6%。如能把漂移量限制在水深的3%，钻井效率就能大大提高。目前采用的方法主要有两个。

1)锚泊定位

这是一种常用的方法。锚泊定位系统主要由锚机、锚链(或锚缆)、导链轮、锚等组成，见图2。在水深三百多米、中等风浪的海区能满足定位要求。

2)动力定位

为了在深水区钻井，浮式钻井装置需要采用动力定位。动力定位是不使用锚和锚索而直接用推进器来自动控制船位的方法。动力定位由三个主要系统构成：传感系统、控制系统和推进系统，见图3。

浮式钻井装置到达工作海区用锚系或动力定位后，先要在井位往海底下水下器具。水下器具的主要作用是：隔开海水，形成泥浆循环，提供钻具下人和提出的通道；封闭井口、控制井喷、放喷和压井；补偿由于风、波、潮、流所引起的浮式钻井装置的漂移、升沉和摇摆；承托海底各类套管并保持密封；保持浮式钻井装置在升沉状态中各种水下张紧绳的恒定张力；便于下入和起出钻井工艺所要求的各种井下器具；在紧急情况下，使浮式钻井装置迅速脱离与井口之间的连接，撤离到安全地方，需要时还可以帮助平台(船)寻找井口，重返井位；连接和脱开井口，给下一步采油作业打下基础。水下器具是浮式钻井装置在海上正常钻井作业和保证平台本身安全的必不可少的设备。虽然水下器具根据各个浮式钻井装置的设计要求不同而略有不同，但主要设备基本相同。水下器具主要包括海底井口装置、防喷器组、隔水管组、控制系统和辅助设备五大部分。

浮式钻进装置海底井口装置

海底井口装置的作用是固定海底井位、悬挂套管、导引钻具及其他水下设备，主要包括井口盘、永久导向架、套管头组、专用连接器等。

井口盘通常是由3m见方或直径3m左右、高约1m的钢板和钢筋焊接而成。中心有直径约lm的通孔，孔内有钩销槽，盘上有两根临时导向绳连在船井上。井口盘的作用是确定井位，牵引临时导向绳并支撑永久导向架。导向架是坐落于井口盘上作为海底井口永久性的导向装置，它是由钢板焊成的四边形的架子，四角有四根高约9m的立柱，柱顶各有一根导向绳和船井口的张紧器相连接。导向架的侧面有电视架，通过电视导向绳可使水下电视监视器就位。

浮式钻进装置防喷器组

防喷器组的作用是封闭井口、防止井喷，以及在紧急情况下切断钻杆，还可以放喷和压井。它由3～5个防喷器串联组成，还有放喷阀、压井阀及其管汇、专用液压连接器、海底电液控制阀及其控制软管插接器(接头盒)、框架以及安全阀、卡箍、接头等。各种防喷器适应井眼内不同钻具的情况，以保证任何时候都能有效地使用。

浮式钻进装置隔水管组

隔水管组的作用是隔离海水、引入钻具、导出泥浆、适应浮式钻井装置升沉和摇摆。主要包括分流器(转喷器)、伸缩隔水管、浮性隔水管、挠性接头、液压连接器等。

伸缩隔水管用于隔水管与钻井平台之间的连接。它的内管与钻井平台连接，并随之运动，外管与隔水管柱连接，靠内、外管的滑动来补偿钻井平台的升沉运动。分流器安装在隔水管顶部，它的作用是分流对井眼具有少量回压的油流，让油流向钻井装置的两侧。这是在钻井初期遇到井喷时，封住钻具、保护井口的一种措施。

浮式隔水管是外层为浮室或浮性物质的隔水管。

挠性接头的作用是在防喷器组和隔水管组之间提供一定的转角(通常为10度)，以保证井口和防喷器组的稳定性，以适应浮式钻井装置的漂移和摇摆。挠性接头有球形接头、万向接头等。

液压连接器用于隔水管组与防喷器组连接和防喷器组与井口装置的连接。连接器不仅承压能力强，密封性能好，而且连接和脱离动作灵活、可靠，操作方便。常用的液压连接器主要有心轴式和爪形两种。

浮式钻进装置控制系统

控制系统的作用是控制水下设备各部分的动作，如防喷器的开启，压井阀、防喷阀的开启，以及连接器的连接和脱离等。主要是由主控制板、司钻控制板、遥控板、液压动力装置、储能器组、高压控制软管管汇、绞车、蓄电池及其充电装置等组成。

浮式钻进装置辅助设备

辅助设备主要有导向绳张紧器、接头盒张紧器、隔水管张紧器，以及这些张紧器的储能器、气动绞车和专用空压机组等，还有水下设备的各种下入工具和起吊工具等。

导向绳从海底经船井口的导向轮、张紧器的滑轮，缠在绞车上。张紧器的作用是使导向绳保持拉直状态。目前隔水管及导向绳张紧系统普遍采用的是带储能器的气压一液压缸式张紧器，其组成和工作原理见图5。张紧器由缸套、活塞、拉杆、滑轮等组成。缸套下腔通气一液储能器，储能器中的油液在高压气的作用下对活塞产生一定的推力，使滑轮上顶拉紧导向绳。当浮式钻井装置作升沉运动时，张紧器也随着上下运动，使导向绳的拉力发生变化，拉力大时滑轮压活塞下行，拉力小时滑轮被活塞顶起，因此导向绳处于恒定的拉紧状态。

浮式钻进装置半潜式钻井

一种可移动的浮动钻井装置。其结构主要由上部平台、下浮体和立柱3部分组成。上部平台为安放钻井设备和各种设旌的工作甲板。下浮体为支撑立柱连接的两个船舶浮体或多个浮箱，浮体由多个纵横甲板将其内部分成若干个舱室以供储存油水和压载用。船体尾部装有为自航用的推进机。立柱为连接上部平台和下浮体的支撑圆柱体，起到支撑平台和浮体的作用。

保证整个装置有足够的刚性和整体性。作业时，下部船体潜入水中一定深度，上甲板则处于水面以上安全高度，因其水线面积小，稳定性好，抗风浪能力强，工作水深大。用锚泊系统定位，工作水深可达450米，用动力定位系统，工作水深可提高到900~1200米。平台面积较大，自持能力强。

具有自航能力，自航时将整个船体上浮到安全吃水线以减少自航阻力。因其造价昂贵，且要在作业时配合—套复杂的水下器具，使其维持操作费用高于自升式钻井装置，但适于自升式钻井装置不能达到的更深水域作业。

浮式钻进装置钻井船

钻井船是移动式钻井装置中机动性最好的一种，其移动灵活，停泊简单，适用水深范围大，特别适于深海水域的钻井作业。船体安装有钻井和航行动力设备，并为工作人员提供工作和生活场所。在钻井船上设有升沉补偿装置、减摇设备、自动动力定位系统等，可通过多种综合措施来保持船体稳定定位。自动动力定位是目前较先进的一种保持船位的方法，可直接采用推进器及时调整船位。

浮式钻井船钻柱升沉补偿装置制定背景

海洋钻井使用的浮式钻井平台在波浪的作用下除发生前后左右摇摆外，还将产生周期性的升沉运动。这种周期性的升沉运动会使钻柱产生往复运动，引起井底钻压变化，甚至会使钻头脱离井底，影响钻进效率，降低钻头和钻杆使用寿命，造成操作安全隐患，在恶劣气候条件下甚至导致无法钻进和停工，为了减少停工期，降低钻井成本，必须对浮式钻井平台钻柱升沉运动采取适当的补偿措施。中国对深海石油开发过程中所使用的相关设备研制时间起步较晚，导致相关核心技术与国外存在较大差距，在升沉补偿装置的研发方面也明显晚于中国以外，国外钻井和油服公司出于对自身核心技术和商业核心利益的保护，往往采用出售相关技术服务而不是产品的形式进行运营和开展相关商业活动，这为中国了解和掌握国外关于升沉补偿装置发展的先进技术设置了较大障碍。这种状况制约了中国海洋石油钻采的发展与进步。深入研究和开发具有中国自主知识产权的浮式钻井船用升沉补偿装置己成为当务之急，也是深海装备技术不断振兴、走向成熟的必然要求。鉴于此，制定了国家标准《浮式钻井船钻柱升沉补偿装置》（GB/T 39212-2020）。

浮式钻井船钻柱升沉补偿装置编制进程

• 标准计划

2018年1月9日，国家标准计划《浮式钻井船钻柱升沉补偿装置》（20173429-T-522）下达，项目周期24个月，由TC137（全国船用机械标准化技术委员会）提出并归口执行，主管部门为中华人民共和国国家标准化管理委员会。

• 发布实施

2020年10月11日，国家标准《浮式钻井船钻柱升沉补偿装置》（GB/T 39212-2020）由中华人民共和国国家市场监督管理总局、中华人民共和国国家标准化管理委员会发布。

2021年5月1日，国家标准《浮式钻井船钻柱升沉补偿装置》（GB/T 39212-2020）实施。

浮式钻井船钻柱升沉补偿装置制定依据

国家标准《浮式钻井船钻柱升沉补偿装置》（GB/T 39212-2020）依据中国国家标准《标准化工作导则—第1部分：标准的结构和编写》（GB/T 1.1-2009）规则起草。

浮式钻井船钻柱升沉补偿装置起草工作

主要起草单位：广东精铟海洋工程股份有限公司、中国船舶工业综合技术经济研究院、中国船级社、中海油研究总院有限责任公司、广东精铟海洋工程创新研究有限公司。

主要起草人：李光远、吴平平、许亮斌、段明星、陆军、麦志辉、张静波、马振军、张帅君、邓达纮、欧阳涛、杨清峡、周建良、刘伟、陈峰、李国庆、李扬、徐天殷。

国家标准《浮式钻井船钻柱升沉补偿装置》（GB/T 39212-2020）规定了浮式钻井船液压式钻柱升沉补偿装置的分类、组成和产品标记、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。该标准适用于钻柱补偿装置的设计、制造和验收。