海洋7000m大跨距模塊鉆機(jī)總體基本設(shè)計(jì)

黃靖凌

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司南海工程分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

海洋平臺(tái)模塊鉆機(jī)坐落于井口平臺(tái)上部組塊頂層甲板，用于生產(chǎn)井鉆井和修井的設(shè)備，其由DES模塊（鉆井設(shè)備模塊）、DSM模塊（鉆井支持模塊）和PTANK模塊（灰罐模塊）三大部分組成。其中DES模塊主要安裝泥漿固控系統(tǒng)（如振動(dòng)篩、真空除氣器、離心機(jī)等）、液壓滑移系統(tǒng)（如液壓站、爬行器等）、防噴器及控制設(shè)備、鉆井核心設(shè)備（如鉆井轎車、井架、天車、游車、頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤）以及井控設(shè)備等。DES模塊可通過兩組滑軌，分別向南北和東西方向滑移，保證鉆臺(tái)面轉(zhuǎn)盤中心可達(dá)到任意一個(gè)井口位置。DSM模塊主要布置泥漿罐、泥漿泵、散料間、（備用）發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)以及模塊鉆機(jī)所需配套的電氣控制間和人員辦公區(qū)等?；夜弈K主要由罐體組成，儲(chǔ)存鉆井作用中所需的散料（如重晶石、水泥和膨潤(rùn)土等）。

本項(xiàng)目計(jì)劃在渤海某油田八腿井口平臺(tái)上安裝一套7000 m模塊鉆機(jī)，該油田位于渤海東南部海域，所處海區(qū)屬東亞大陸季風(fēng)氣候區(qū)，平均水深22.0 m。該平臺(tái)共設(shè)60個(gè)井槽（6×10），其中14個(gè)為單筒雙井井槽；槽口間距：2.2 m×1.8 m；為解決修井頻率過高問題，平臺(tái)采用雙井口區(qū)布置，部分井采用液壓舉升裝置修井。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)原則

模塊鉆機(jī)應(yīng)能滿足：橫向和縱向移動(dòng)，覆蓋所有井槽；初期生產(chǎn)井的鉆完井作業(yè)；后期生產(chǎn)井的大修和各種小修作業(yè)；為滿足后期油藏開發(fā)需求在老井眼里進(jìn)行的側(cè)鉆及其完井作業(yè)；在預(yù)留井槽鉆調(diào)整井并完井。同時(shí)要滿足人員操作安全和便利，包括：

（1）模塊鉆機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)便于設(shè)備安裝和泥漿化學(xué)藥劑的處理。

（2）盡量降低噪聲，以提供一個(gè)安全、良好的工作環(huán)境。并盡量減少通風(fēng)管道及結(jié)構(gòu)的噪聲傳遞。

（3）為避免物體的墜落，模塊鉆機(jī)設(shè)計(jì)相應(yīng)的防護(hù)裝置。

（4）應(yīng)配置安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括所有可能釋放可燃?xì)?、H2S氣體區(qū)域的可燃?xì)?、H2S氣體探測(cè)系統(tǒng)，例如鉆臺(tái)區(qū)域、喇叭口、振動(dòng)篩、固控罐和固控泵、泥漿罐、管子堆場(chǎng)和吊機(jī)將軍柱區(qū)域。

（5）鉆井設(shè)施周圍的關(guān)鍵位置應(yīng)設(shè)置洗眼站和淋浴設(shè)備，最少應(yīng)該在泥漿泵房、散料間、振動(dòng)篩區(qū)域、鉆臺(tái)面和固井單元處設(shè)置洗眼站和淋浴設(shè)備。

（6）模塊鉆機(jī)的通訊效果應(yīng)良好，在噪音嘈雜區(qū)域應(yīng)配備耳機(jī)，例如固井單元處。

（7）模塊鉆機(jī)上的重要位置應(yīng)安裝攝像頭，以便于向隊(duì)長(zhǎng)辦公室、值班室、司鉆房和主控制室輸送信息。

（8）模塊鉆機(jī)的電話和揚(yáng)聲器應(yīng)接入組塊的通訊系統(tǒng)。

1.2 環(huán)境條件

海洋平臺(tái)所屬整體大氣換臺(tái)是高含鹽率以及高濕度（最大相對(duì)濕度可達(dá)100%），最低/高溫度分別為-17.2℃以及36℃，為保證在寒冷環(huán)境下的作業(yè)，需要為模塊鉆機(jī)配置一套鍋爐用于設(shè)備保溫以及管線吹掃。

1.3 DES模塊總體設(shè)計(jì)

DES模塊一共分為5層，上部組塊上層甲板層高為EL.+27 m，DES模塊層高分別為EL.+29.5/32.8/36.2/39.6/43.1m，兩條滑軌跨距達(dá)到16 m，已超出常規(guī)7000 m模塊鉆機(jī)14 m跨距，整體甲板的寬度均較常規(guī)要大，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高了難度。EL.+29.5 m層（圖1）是整個(gè)DES模塊的下底座，其坐落于上部組塊的南北滑軌上，該層主要用于安裝輔助BOP及井口安裝的氣動(dòng)小絞車，同時(shí)為人員上下DES模塊提供支撐平臺(tái)。EL.32.8 m層（圖4）在南側(cè)主要設(shè)置了泥漿固控罐，其配套由除砂泵、除泥泵和離心機(jī)供液泵，北側(cè)由A60防火墻隔離井口危險(xiǎn)區(qū)，安裝有BOP控制系統(tǒng)（庫(kù)美）以及空氣罐，另外由于本油田鉆井液采用油基泥漿，所以在該層設(shè)置兩臺(tái)甩干機(jī)，用于油基泥漿的回收處理。EL.+36.2 m層（圖2）為固控系統(tǒng)設(shè)備，主要為振動(dòng)篩、離心機(jī)以及用于管線、電纜移動(dòng)的東西方向拖鏈。振動(dòng)篩出口設(shè)螺旋輸送器輸送振動(dòng)篩處理后的巖屑到甩干機(jī)。EL.+39.6 m層（圖5）為鉆臺(tái)面下底座，主要設(shè)置兩條東西方向滑軌用于鉆臺(tái)面的東西方向滑移。EL.+43.1 m層（圖3）為鉆臺(tái)面，主要安裝井架、絞車、轉(zhuǎn)盤、司鉆房以及高壓管匯等，所有的鉆井作業(yè)大部分在鉆臺(tái)面完成。鉆臺(tái)面的總體設(shè)計(jì)便于鉆井操作并能夠在緊急情況下進(jìn)行安全逃生；立根盒內(nèi)鋪設(shè)枕木，容量滿足最大鉆井深度要求，并且便于提取立根；考慮智能化鉆井，也在該層配置一套鐵鉆工代替人員進(jìn)行鉆桿夾取和移動(dòng)，可極大提升鉆井效率。

1.4 DSM總體設(shè)計(jì)

上部組塊一共設(shè)置南北2臺(tái)吊機(jī)，吊機(jī)能力一致，且均設(shè)置在平臺(tái)的2軸的南北兩側(cè)，正好位于DSM模塊的中心軸線，由于吊機(jī)一般具有一定的盲區(qū)，一般盲區(qū)半徑為4~6 m，而且從駕駛室的視角觀測(cè)正下方也存在一定的盲區(qū)，所以吊裝區(qū)設(shè)在2軸可行性不高，智能設(shè)置在DSM的兩端位置，無論從總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)受力以及后期使用都加大了難度。為適應(yīng)吊機(jī)的安裝位置，必須統(tǒng)籌考慮DSM各層的空間布置和用途。首先，確定每層的用途，DSM模塊吊裝區(qū)設(shè)計(jì)主要考慮下層甲板和中層甲板，下層甲板吊裝區(qū)主要用于泥漿泵的零部件維修吊裝，中層甲板主要用于散料的吊裝；其次，根據(jù)主風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)特點(diǎn)，船靠方向大部分會(huì)在北側(cè)，將利用率最高的散料間及中層吊裝區(qū)（圖2）設(shè)計(jì)在北側(cè)，將下層甲板吊裝區(qū)（圖3）設(shè)在南側(cè)，以兼顧DSM南北兩側(cè)的吊裝作業(yè)；最后從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，DSM模塊主支撐結(jié)構(gòu)坐落在AB兩軸上，為避開結(jié)構(gòu)斜撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的阻礙，吊裝區(qū)必須設(shè)置在AB軸的外部。

圖1 DES 29.5m層和DSM下層

根據(jù)上部組塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本模塊結(jié)構(gòu)支腿坐落在平臺(tái)A/B軸上，此跨距長(zhǎng)達(dá)30 m，遠(yuǎn)超出常規(guī)同等級(jí)鉆機(jī)20 m的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。本模塊采用下層/中層/上層三層設(shè)計(jì)。下層甲板（圖1）主要布置泥漿罐、鍋爐、泥漿泵、備用發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)系統(tǒng)以及機(jī)修間和材料房。為考慮上水管線的接入方便，鍋爐設(shè)在泥漿罐南側(cè)的鍋爐房?jī)?nèi)；本鉆機(jī)根據(jù)潛力井的深度以及地層壓力，采用功率較常規(guī)更大功率的2200HP/7500Psi高壓泥漿泵，由于設(shè)備尺寸更大，在布置上常規(guī)的泥漿泵房寬度已不滿足當(dāng)前設(shè)備的布置，但同時(shí)也較常規(guī)的3臺(tái)泥漿泵縮減至2臺(tái)，故采用縱向布置的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。本鉆機(jī)有上部組塊供電，故根據(jù)電氣符合計(jì)算備用工況，只配置一臺(tái)1 500 kW的柴油發(fā)電機(jī)，為對(duì)應(yīng)中層的應(yīng)急開關(guān)間（圖2），發(fā)電機(jī)房設(shè)在南側(cè)，利于電纜布置?？諌簷C(jī)及空氣罐在常規(guī)布置在空壓機(jī)房，而在此項(xiàng)目中，為更有效利用甲板面積，空壓機(jī)及空氣罐采用開敞空間布置，不設(shè)置房間，也取消了房間內(nèi)所需的通風(fēng)風(fēng)機(jī)，為保證空壓機(jī)的通風(fēng)量，在其東側(cè)的舾裝板上開設(shè)5 m2左右的進(jìn)風(fēng)口。中層甲板（圖2）主要為散料區(qū)和電氣房間（變壓器房、主開關(guān)間、應(yīng)急配電間等），由于電氣房間散熱量較大，均需配置較大制冷量的空調(diào)以及進(jìn)出通風(fēng)風(fēng)機(jī)，所以在總體布置上務(wù)必考慮空調(diào)室外機(jī)的安裝布置，在本鉆機(jī)主開關(guān)間西側(cè)設(shè)外擴(kuò)甲板用于空調(diào)室外機(jī)的安裝。上層甲板（圖3）主要考慮的是堆場(chǎng)以及錄井單元的布置安裝。

圖3 DES 43.1m鉆臺(tái)面和DSM上層

圖4 DES 32.8m層

圖5 DES 39.6m層

1.5 液壓修井機(jī)總體布置

本平臺(tái)設(shè)置南北兩側(cè)井口，目的在于當(dāng)模塊鉆機(jī)在鉆井完成之后，補(bǔ)充一套液壓修井機(jī)以提升后期修井作業(yè)的效率；根據(jù)其鉆修井計(jì)劃，平臺(tái)投產(chǎn)前期模塊鉆機(jī)優(yōu)先鉆北側(cè)井口，完成后整體移動(dòng)至南側(cè)井口進(jìn)行鉆井，與此同時(shí)北側(cè)井口區(qū)安裝液壓修井機(jī)進(jìn)行修井作業(yè)，模塊鉆機(jī)在南側(cè)完成鉆井之后長(zhǎng)期停留在南側(cè)井口區(qū)進(jìn)行修井作業(yè)。所以液壓修井機(jī)主體布置在北側(cè)井口區(qū)，其附屬配套設(shè)備利用上部組塊上層甲板周邊空間以及DSM模塊管堆場(chǎng)進(jìn)行布置安裝。其中，液壓修井機(jī)主體安裝在北側(cè)井口區(qū)，其東西方向滑軌安裝在模塊鉆機(jī)南北滑軌上，可實(shí)現(xiàn)平面滑移；配套的井控設(shè)備如液氣分離器、節(jié)流壓井管匯、液壓站和防噴器控制單元安裝在組塊上層甲板舷邊；泥漿罐、泥漿泵等安裝在DSM模塊管堆場(chǎng)上；為保證泥漿回流滿足DSM層高差，設(shè)計(jì)一臺(tái)泥漿中轉(zhuǎn)站（泵）用于泥漿回流。

圖6 液壓修井機(jī)布置

2 結(jié)語(yǔ)

本平臺(tái)模塊鉆機(jī)總體的設(shè)計(jì)方案滿足總體設(shè)計(jì)要求。項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是為適應(yīng)大跨距對(duì)各甲板空間布置區(qū)域和通道進(jìn)行了重新規(guī)劃設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程需要配合結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)其加強(qiáng)梁的位置調(diào)整設(shè)備布置以及房間的位置和尺寸。

因?yàn)槠脚_(tái)跨距比常規(guī)同類型7 000 m鉆機(jī)有所增加，總體布置面積加大，但是設(shè)備選型差異不大，有部分甲板面積并未得到充分的利用，這部分空間的優(yōu)化可以作為未來詳細(xì)設(shè)計(jì)階段中的優(yōu)化方向進(jìn)一步討論。另外從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，跨距的增大必然導(dǎo)致所需結(jié)構(gòu)梁規(guī)格的增大以及數(shù)量增多，在下一步總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和反饋進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，使得總體布置更加合理。

液壓修井機(jī)與模塊鉆機(jī)同時(shí)布置尚屬在海洋平臺(tái)的首次應(yīng)用，液壓修井機(jī)的靈活性也使得生產(chǎn)方可以按需調(diào)配，此舉將大大提升鉆修井效率，更可為生產(chǎn)提供產(chǎn)量保證。