定义
自升式钻井平台1、由上部结构、桩腿及升降机构等组成，在桩腿支承于海底、上部结构升起到水面以上一定高度时进行钻井作业，浮于水面时可拖航至另一作业地点的移动式钻井平台。
2、可以进行升降，作业时桩腿插入海底一定深度，上部结构距海面一定高度；移航时桩腿升起，上部结构浮于水面时可拖航至另一作业点的移动式钻井平台。
3、工作时水下部分着底，平台则沿桩腿升离海面一定高度；完井后平台降至海面，桩腿升起，再依靠拖船或本身推进装置移至新的井位，适宜于在浅海进行钻井作业的钻井平台。按接地形式分为桩腿自升式、桩靴自升式和沉垫自升式钻井平台。
简介
自升式钻井平台发展历程自升式钻井平台由平台结构、桩腿及升降机构组成，其中自升式钻井平台的主船体部分是一个水密结构，用以承载机械，实现钻井采油功能。当其浮于海面上时，主船体部分产生的浮力用以平衡桩腿、机械、结构等的重力。它带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船壳，并使船壳底部离开海面一定的距离（气隙）。
称为自升式钻井平台乃因为它们可自行升降--具有三或四条可移动并可伸长（"升降"）至钻井甲板之上或之下的支柱。自升式平台在拖动过程中，支柱是升起来的。当钻井平台到达钻井现场时，工人将支柱向下延伸，穿过海水直达海床（或用以垫子支撑的自升式钻井平台到达海床）。这样能固定平台及令钻井甲板远高于海浪。
自升式钻井平台所需钢材少，造价低，在各种海况下，几乎都能维持工作；但当移位时，由于桩腿升得很高，造成重心高，稳性差，抗风能力差；当到新井位时，平台在水面因风浪导致摇荡不已，使桩腿下降将要着底时，有可能弄坏桩腿；当大风暴来临时，因急需拔腿移位，有可能产生拔不出桩腿的危险。如果作业区海流较强，插进海底的桩腿，有可能被海流冲刷而滑动，甚至丧失支承能力。目前海上移动式钻井平台中自升式钻井平台仍占45%。
不同桩腿形式平台自升式钻井平台是能自行升降的钻井平台。分独立腿式和沉垫式两类。
独立腿式由平台和桩腿组成，各桩腿互相独立，不相连接，整个平台的重量由各桩腿分别支承，桩腿底部常设有桩靴，桩靴有圆的，方的或多边形的，面积较小，目前最大的约宽17米，桩靴所受的承载压力约为2.4～2.9巴，在北海可能达到4.8巴。自升式钻井平台在移位前，必须知道新井位的容许承载压力，以便加大支承面积，减小插入深度。一般来说，独立腿式虽可在任何地方工作，但通常适用于硬土区、珊瑚区或不平整的海底。
沉垫式由平台、桩腿和沉垫组成，设在各桩腿底部的沉垫，将各桩腿联系在一起，整个平台的重量由相联各桩腿支承。沉垫是连接在自升式钻井平台的桩腿下端，或在坐底式钻井平台立柱的下端，用来将整个平台支承于海底的公共箱形基座。平台下体的部分构件，用了沉垫就增大了平台坐底时的支承面积，减小了支承压座力，使桩腿或立柱陷入海底的深度减小。当平台定位后要升起时，不需要预压。在平台拖航时，沉垫浮于水面或接近水面，有提供浮力与稳性的作用。为了防止坐底时海底有海流流速的冲刷作用，一般在沉垫四周底部设有能插入海底的裙板，以防止周围的海底被淘空，影响平台的安全。沉垫式平台适用于泥土剪切值低的地区，要求保持的承载力较低，通常的承载压力为0.24-0.29巴，其吃入海底深度很小，在1.5-1.8米之间，作业区的海底要求相当平，海底最大斜度限于1.5°,不适用于有珊瑚层或大块岩层地区，因为不平整的海底可能-会破坏平台结构。
升降装置自升式钻井平台在平台与桩腿或桩腿沉垫之间有升降装置可使它们作相对的上下移动。常用的可分为齿轮齿条式和液压插销式。
齿轮齿条式是用电动机或液压马达来驱动设在平台甲板上的齿轮，使设在桩腿上的齿条动作，桩腿随着上下移动(这时平台浮于水面)，或使平台沿着桩腿升降(这时桩腿支承于海底)。
液压插销式有两组插销，每组插销都连有液压千斤顶，当一组插销插入并肩压千斤顶时，另一组插销即脱出和返回，即当一组插销为工作冲程时，另一组插销为返回冲程，这样重复进行，使桩腿与平台随着上下升降。钻井时，桩腿着底，支承于海底，平台沿桩腿上升，托离水面，有一定高度，以避免波浪对平台的冲击多移I立时，平台下降浮于水面，桩腿或桩腿和沉垫从海底升起，并将桩腿的大部分升出水面，以减小移位时的水阻力，被拖至新的井位，一般不能自航，由于桩腿的长度有限，最大工作水深约为1O0米左右。为了减轻结构重量，并使操作方便，桩腿的数目，一般为三条或四条。平台一般分上下两层甲板，作为布置钻井设备钻井器材和生活舱室等用。
自升式钻井平台结构分析自升式钻井平台主要由平台结构、桩腿和升降传动装置等组成。平台在作业时依靠升降装置把平台举升到海平面以上，使之免受海浪冲击，并用锁紧机构将平台锁紧固定，依靠桩腿的支撑站立在海底完成钻井作业。作业完成后，再依靠升降装置将平台降至海面，依靠海水浮力支撑整个钻井平台，待桩腿拔起升至拖航位置，即可在拖船的牵引下拖航到下一个井位作业。自升式钻井平台的关键部件是桩腿。当作业水深加大时，带来的结果是桩腿尺寸、长度和质量迅速增大，使得钻井作业和平台拖航时的稳定性变差。因此，作业水深是自升式钻井平台的瓶颈，目前其作业范围只限于大陆架 200 m水深以内。自升式钻井平台按照不同的分类形式可分成多种结构样式，下面分别进行介绍。
柱体式平台和桁架式平台自升式钻井平台按桩腿接口形式可分为柱体式平台和桁架式平台 2 大类，如图所示。
柱体式桩腿一般用于作业水深 60 m 以下的自升式平台，它由钢板焊接成封闭式结构，其截面有方箱形和圆柱形 2 种。随着水深的增加，桩腿长度和质量迅速增大，波浪载荷也跟着增大，此时柱体式桩腿已不能满足要求，需采用桁架式桩腿。桁架式桩腿由弦杆、斜撑杆和水平撑杆构成，在弦杆上装有齿条。桩腿可按地质条件设置桩靴，桩靴的截面有圆形、方形和多边形等几种。
桩腿数量就桩腿数量而言，目前主要有 3 根和 4 根 2 种，如图所示。3 根桩腿是自升式平台获得稳定支撑最少的数量。当作业水深较大时，考虑到桩腿的质量和尺寸，宜采用 3 根桩腿，同时可减少升降装置数量，其缺点是任意一条腿失效，平台将无法作业，甚至引发险情。3 根桩腿在预压工况时不能像 4 根桩腿那样采用对角线交叉的方式，而需用压载水，相对比较麻烦。
四边形桩腿
三角形桩腿三角形桩腿俯看为标准的等边三角形结构，四边形桩腿俯看为标准的矩形结构。目前普遍采用三角形桩腿形式。对于中小型自升式钻井平台，作业水深较浅，宜采用 4 根柱体式桩腿，平台主体平面呈矩形; 大中型钻井平台作业水深较深，宜采用 3根桁架式桩腿，平台主体平面呈三角形。
2 按升降装置形式分类
自升式钻井平台按升降装置形式可分为机械式升降平台、液压举升 (液压缸) 式升降平台和液压爬升 (齿轮齿条) 式升降平台等 3 种，分别如图所示。
机械式升降平台是最传统的升降平台，目前已经淘汰。
液压举升 (液压缸) 式升降平台采用液压缸实现钻井平台的升降控制，传动效率高、体积小，控制比较灵活，但缺点是速度较慢，不能连续升降，操作麻烦，对液压阀件和液压油要求较高。
液压爬升 (齿轮齿条) 式升降平台利用齿轮齿条的配合实现钻井平台的升降控制。齿轮齿条式升降机构可以实现连续升降，操作灵活且速度快，但缺点是体积大，需要庞大而复杂的减速机构，平台起升后靠刹车制动，使得在升降过程中升降机构一直受力，对齿轮齿条的要求很高。
凹槽式平台按照井口形式的不同，自升式钻井平台可分为凹槽式和悬臂式 2 种，如图所示。
凹槽式平台在 20 世纪 80 年代以前普遍应用，现已基本淘汰。
悬臂式平台悬臂式平台可分为普通悬臂梁和 X-Y 箱体悬臂梁，而普通悬臂梁又可分为箱体式和甲板式。悬臂梁的功能是通过其纵向位移和钻台的横向位移使转盘中心对准井口。不同形式悬臂梁的特点如下。
(1) 普通甲板式悬臂梁: 通过上甲板可携带套管、钻杆或其他物品一起移动，相当于一个活动的井场场地，作业方便。悬臂梁甲板下与平台主甲板间形成一个较大空间便于存放其他物资。
(2) 普通箱体悬臂梁: 箱体式悬臂梁除具有上甲板以外，与底部的甲板还形成了一个封闭箱体。箱体内可安装钻井液固控设备、固井泵、防喷器及储能器等设备并随悬臂梁一起移动。
(3) X-Y 悬臂梁: 该项技术为荷兰 MSC 设计公司专利技术。因悬臂梁整体强度要求较高，所以X-Y 悬臂梁必须是箱体结构。X-Y 悬臂梁与钻台为一体，在平台主甲板上做整体纵向、横向移动。
X-Y 悬臂梁是目前悬臂梁的主流形式。
国外自升式钻井平台设计公司主要有美国的LeTourneau公司、Baker Marine公司（现被PPL收购）、Friede &Goldman公司、BASS与BMC公司，荷兰的MSC公司，法国的NOV-BLM公司、CFEM公司、KEPPEL公司以及日本的三井海洋开发与HitachiZosen公司等。
116-C型自升式钻井平台美国LeTourneau公司是自升式钻井平台设计的先驱，全球三分之一的自升式平台都是LeTourneau型号，其主要采用3根桁架式桩腿，齿轮齿条式升降机构形式。该公司建造的平台主要有ENSC081、ENSC085和ENSC092等，主要作业服务区域为UK North Sea；平台ENSC074、ENSC075、EN-SC082、ENSC087和GSF ADRIATICⅡ等主要作业服务区域为Gulf of Mexico；平台GSF ADRIATIC I、TRIDENT 4等主要作业服务区域为West Africa。
下图所示为LeTourneau公司典型产品116-C型自升式钻井平台。该平台主要技术参数为：最大作业水深91.4m，最大钻深7620m，平台人数116人，船体尺寸（长×宽×深）74mx61m×8m，最大可变载荷2.9×104kN，最大风速52m/s。目前该型号平台已建造30余艘。
Friede & Goldman公司
下图为Friede & Goldman公司的JU2000E自升式钻井平台。其主要技术参数为：最大作业水深122 m，最大钻深9144m，船体尺寸（长×宽×深）70mx76mx9m，最大可变载荷4.9×104kN，桩腿总长167m，定位桩直径18m，桩腿数量3个，可变载荷3.7×104kN，空船质量约1.7万t，桩腿纵向中心距47m，桩腿横向中心距48m，悬臂梁范围（纵向×横向）23m×(+4.6)m，悬臂梁载荷组合1.1×104kN，最大浪高15m，最大风速51.4m/s。
JU2000E自升式钻井平台美国Friede & Goldman金司在20世纪80年代初推出了L-780系列自升式钻井平台，并取得了很大成功。目前主要的平台升降系列有Mod II、SUPE M2、JU-2000A和JU-2000E等。ModⅡ和SUPER M2系列作业水深为91.4m，JU-2000A和JU-2000E系列作业水深分别为107和122m，目前主推的是JU2000型，主要采用3根桁架式桩腿，齿轮齿条式升降机构形式。
主要的钻井平台有L780系列的OCEAN HERITAGE、OCEAN SOVERRIGN等，主要作业服务区域为Indonesia；平台OCEAN SPARTAN、OCEAN SPUR和ENSCO 60等主要作业服务区域为Gulf of Mexico；平台ENSC050、ENSC054、ENSC057和GSF RIG 136等主要作业服务区域为S．E．Asia。
Maersk Gallant型自升式平台下图是荷兰MSC公司的典型产品Maersk Gallant型自升式平台。其主要技术参数为：最大作业水深125m，最大钻深9144 m，平台人数90人，船体尺寸（长×宽×深）48mx90m×11m，最大可变载荷4.9×104kN，桩腿总长175m，定位桩宜径7.5m，最大风速39.9m/s，最大浪高28.5m，表面气流1.0m/s．最大可变载荷7840kN（钻井状态）和6664kN（风暴自存状态）。
MSC公司设计了一系列自升式钻井平台，工作于超恶劣海况的海域，如挪威北海与加拿大东海岸，具有很强的生存能力。平台主要采用3根桁架式桩腿、齿轮齿条式升降机构以及悬臂式井口形式。其主要平台有MAERSK GALLANT(MSC-CJ62-S120)、WEST EPSILON(MSC-CJ62-S120)、MAERSK INNOVATOR(MSC-CJ70-150MC)和MAERSK XL2(MSC-CJ70-150MC)等，主要作业服务区域为North Sea。
国内技术现状目前，我国三大石油集团拥有的中深水桁架式自升式钻井平台共计 31 座 (包括在建)，其中有 6 座平台役龄超过 20 a， “勘探 2 号”和 “COSL935”的役龄已过 30 a，虽然进行了改造，但性能没有质的变化。现有的中深水桁架式自升式钻井平台远远不能满足我国海洋石油勘探开发的需求。
中国海洋石油总公司的 “海洋石油 941”和“海洋石油 942”是目前国内作业水深最深、自动化程度最高，具有国际先进水平的自升式钻井平台。这 2 座平台属于 Friede ＆ Goldman 公司设计的JU2000 型，1 次定位能钻 30 多口井。
目前国内自主设计的钻井平台既有圆柱腿自升式，也有深水桁架式。国内造船厂如大连造船重工、沪东中华船厂等在 20 世纪 80 年代已开始了钻井平台建造。在近年来海工市场需求增加的情况下，国内大量的船厂也开始了钻井平台的建造，其中包括上海外高桥造船有限公司、烟台莱佛士船业有限公司、上海振华重工 (集团) 股份有限公司、南通中远船务、广州中船黄埔造船有限公司和招商局重工 (深圳) 有限公司等。
目前，上海振华重工 (集团) 股份有限公司已参与了多套平台的产品配套，TSC 公司参与了烟台莱佛士船业有限公司的 4 套产品配套，中远船务以及招商国际等公司也采用购买国外产品或自主研发等方式进行配套。宝鸡石油机械有限责任公司也较早开展了此方面的技术研究，并形成了大量技术积累。2011 年 11 月，由宝鸡石油机械有限责任公司 EPC 总包的我国首套具有完全自主知识产权的91. 4 m 自升式海洋钻井平台交付使用，后续的多套同规格平台建造也已接近尾声。截至目前，宝鸡石油机械有限责任公司已经为客户提供了 6 套自升式钻井平台。
我国海洋油气装备起步较晚，技术基础还比较薄弱，目前三大石油公司中拥有的自升式平台的升降系统多数为进口产品，只有极少数的国内厂商在此方面取得了一定进展，如上海振华重工、烟台莱佛士船厂和广东精铟机械等。因此，应该大力开展该项技术的国产化研究，尽早摆脱国外技术垄断，早日开发出具有自主知识产权的平台升降系统。
发展趋势为满足海洋石油勘探开发不断发展的需要，自升式钻井平台技术将向以下方向发展。
平台作业走向深水化
随着技术的不断发展和新材料的出现，自升式钻井平台必将在工作水深、钻井能力、可变载荷、抗风暴能力和操控性能等方面取得新的突破。平台将一步步走向深水领域，并在一些水域取代造价昂贵的半潜式钻井平台，完成海洋石油深水区的勘探开发。
平台性能趋向自动化和智能化
面对复杂的海洋作业环境，以及为满足海上作业安全的需要。自升式钻井平台可靠性要求更高。未来的自升式钻井平台必将朝着自动化和智能化的发展方向迈进，控制实现自动化，故障监测和诊断实现智能化。智能系统能够自主分析和诊断设备故障，自动监测和控制设备正常运行，平台的作业效率将大大提高，工人的劳动强度得以降低，平台的人员配置得以减少，人为误操作趋于0。未来甚至可以实现陆地远程平台作业遥控，在陆地即可完成海上所有的钻完井作业操控。
平台功能实现多样化
目前的自升式钻井平台的功能相对还比较单一，主要用来完成海洋石油的勘探和开发。未来自升式钻井平台的功能将实现多样化，不仅可发展为钻探和采油两用移动平台，还能实现海底电缆的铺设，充当风力发电支撑底座，完成填海造陆的工程建设，以及充当海洋中的雷达监测站等。
