自升式鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)設(shè)備布局設(shè)計(jì)淺析*

豆 喬，趙世剛，樊雪燕，張彥秋

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司，山東青島 266520)

0 引言

在海洋油氣開發(fā)中，自升式鉆井平臺(tái)是目前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)式鉆井設(shè)施。目前國(guó)外自升式鉆井平臺(tái)作業(yè)水深已達(dá)到168 m，鉆深12 000 m，鉆臺(tái)設(shè)備復(fù)雜，自動(dòng)化程度高，基本能實(shí)現(xiàn)無人化作業(yè)［1］，而國(guó)內(nèi)自升式平臺(tái)起步較晚，設(shè)計(jì)比較落后，尤其是鉆臺(tái)設(shè)備布局設(shè)計(jì)與國(guó)外有較大差距。國(guó)外鉆臺(tái)設(shè)備比較先進(jìn)，鉆臺(tái)布置合理緊促，鉆井作業(yè)效率高;國(guó)內(nèi)很多平臺(tái)鉆臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化程度不高，鉆臺(tái)面設(shè)備布局不夠合理，鉆井作業(yè)效率低，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高。鉆臺(tái)作為鉆井作業(yè)操作的主要場(chǎng)所和井口設(shè)備的承載結(jié)構(gòu)，為了滿足鉆井平臺(tái)高效、安全的作業(yè)需求，對(duì)自升式平臺(tái)鉆臺(tái)的布局提出了更高的要求。

1 鉆臺(tái)作業(yè)工藝和鉆臺(tái)設(shè)備配置

1．1 鉆臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的作業(yè)工藝

現(xiàn)階段自升式平臺(tái)大都采用頂驅(qū)提供鉆井動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了立根鉆進(jìn)、下鉆劃眼等操作，大大節(jié)省了接單根的時(shí)間，提高了鉆井效率。在鉆井過程中鉆臺(tái)是鉆井作業(yè)最集中的區(qū)域，在鉆臺(tái)上完成的主要鉆井作業(yè)［2］如下。

(1)鉆進(jìn)作業(yè):頂驅(qū)驅(qū)動(dòng)鉆頭完成一個(gè)立根長(zhǎng)度的鉆進(jìn)后，將鉆柱懸置于井口轉(zhuǎn)盤并與頂驅(qū)斷開;頂驅(qū)從指梁接過立根送至井口，先使立根下接頭與井口鉆柱相接，再使立根上接頭與頂驅(qū)中心管相接，接好后，稍上提鉆具并取出井口卡瓦，繼續(xù)打井。

(2)起下鉆作業(yè):起鉆時(shí)頂驅(qū)上提鉆柱，使一個(gè)立根露出井口，將鉆柱卡在轉(zhuǎn)盤上，鐵鉆工卸扣，司鉆配合井口將立根存入指梁;下鉆時(shí)頂驅(qū)從指梁接過立根，將立根送到井口并對(duì)扣，鐵鉆工上扣，鉆柱下入井底，準(zhǔn)備鉆井。

(3)下套管作業(yè):按設(shè)計(jì)好的套管程序，提升套管上鉆臺(tái)，對(duì)扣，套管鉗上扣，連接套管附件，下放套管柱入井，重復(fù)上述操作下到預(yù)測(cè)井深。

(4)固井作業(yè):當(dāng)套管下到預(yù)定井深，接好鉆具，下放注入頭到套管靴位置，然后接固井泵，在套管與井壁之間注入水泥，碰壓候凝，完成固井作業(yè)。

1．2 鉆臺(tái)設(shè)備的配置

為了完成鉆臺(tái)面的各種鉆井工藝，自升式鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)必須配置相應(yīng)的鉆井設(shè)備及工具，然而隨著時(shí)代的發(fā)展，自升式鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)設(shè)備配置也發(fā)生了很大變化。

早期自升式鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)設(shè)備配置比較簡(jiǎn)單，按功能劃分主要有鉆井設(shè)備、井口工具、鉆臺(tái)閥門組等幾大類。其中鉆井設(shè)備主要有塔架及天車、鉆井絞車、轉(zhuǎn)盤、司鉆房、鋼絲繩倒繩機(jī)和死繩固定器等;井口工具有液壓貓頭、氣動(dòng)絞車、測(cè)斜絞車、載人絞車、液氣大鉗、吊鉗、套管鉗等;鉆臺(tái)閥門組有高壓和固井管匯、節(jié)流壓井管匯和泥氣分離器等。

目前深海高規(guī)格的自升式平臺(tái)，鉆臺(tái)設(shè)備配置比較先進(jìn)，自動(dòng)化程度比較高。除配置基本鉆井設(shè)備外，還配有動(dòng)力貓道、動(dòng)力鼠洞、自動(dòng)排管機(jī)、泥漿收集盒等自動(dòng)化管子處理系統(tǒng)，并用鐵鉆工代替了液壓大鉗。鉆臺(tái)設(shè)備繁多且集中，然而鉆臺(tái)空間有限，因此在配置設(shè)備之間的相互位置關(guān)系時(shí)，合理的鉆臺(tái)面設(shè)備布局顯得尤為重要。

2 鉆臺(tái)布局

2．1 立根盒布置在V型門貓道側(cè)

以上海振華重工的300FT Jack－up平臺(tái)為例，其鉆臺(tái)布置形式如圖1。

圖1 300FT鉆臺(tái)布局示意圖

從鉆臺(tái)布局示意圖中可看出:立根盒布置在V型門貓道處，鉆井絞車布置在立根盒右側(cè)，司鉆房在立根盒的右后方，位于絞車的右側(cè)，視野開闊，能直接看到井口中心、鉆井工具、絞車、游動(dòng)系統(tǒng)和立根盒等設(shè)備，管匯在絞車對(duì)面布置。這種布置結(jié)構(gòu)管子處理比較集中，工藝路線短。但V型大門通往井口的通道比較狹窄，上鉆臺(tái)的設(shè)備不流暢。此外立根盒布置在貓道處，會(huì)占用大量空間，井口與船尾的距離會(huì)加長(zhǎng)，懸臂梁的承重也會(huì)加大。

2．2 立根盒梁布置在V型門貓道右側(cè)

以遼寧陸海研究院CP400平臺(tái)為例，其鉆臺(tái)布置形式如圖2。從鉆臺(tái)布局示意圖中可看出:立根盒布置在貓道右側(cè)，立根盒對(duì)側(cè)布置有鉆井絞車，在鉆井絞車和主井口之間布置1臺(tái)軌道式鐵鉆工(負(fù)責(zé)井口鉆具連接或拆分)，雙鼠洞位置配置了一臺(tái)手臂式鐵鉆工(負(fù)責(zé)鼠洞鉆具連接或拆分)，司鉆房位于V型大門側(cè)靠近貓道處，便于觀察主井口、雙鼠洞、貓道和立根盒，司鉆房對(duì)側(cè)為高壓管匯和固井管匯，泥氣分離器和節(jié)流壓井管匯布置在立根盒外側(cè)，倒繩機(jī)布置在V大門外側(cè)飄臺(tái)上。

整個(gè)鉆臺(tái)設(shè)備布局比較合理，自動(dòng)化程度高，雙鼠洞能實(shí)現(xiàn)離線接單根，大大提高了鉆井效率。但鼠洞位置配置的鐵鉆工，會(huì)遮擋主司鉆觀察井口的視線，考慮架高司鉆房或者重新布置鐵鉆工的位置。

圖2 CP400鉆臺(tái)布局示意圖

2．3 立根盒梁布置在V型門貓道左側(cè)

以GustoMSC公司設(shè)計(jì)的CJ54自升式鉆井平臺(tái)為例，其鉆臺(tái)布置形式如圖3。

圖3 鉆臺(tái)布局示意圖

從鉆臺(tái)布局示意圖中可看出:立根盒布置在貓道左側(cè)，立根盒對(duì)側(cè)為鉆井絞車，司鉆房位于V型大門側(cè)靠近貓道處，便于觀察井口、貓道和立根盒，倒繩機(jī)布置在V大門外側(cè)飄臺(tái)上，固井和雙立管管匯布置在立根盒外側(cè)。因臺(tái)面空間有限節(jié)流壓井管匯和司鉆房高于鉆臺(tái)面，布置在頂棚上。鉆臺(tái)整體布局跟圖2成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在功能實(shí)現(xiàn)上也是一致的。

三種鉆臺(tái)布局形式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，見表1。

表1 三種鉆臺(tái)布局形式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

3 結(jié)論

鉆井平臺(tái)的布置具有時(shí)代氣息，隨著時(shí)代的發(fā)展，鉆臺(tái)設(shè)備越來越先進(jìn)，自動(dòng)化程度越高。加之不同業(yè)主對(duì)鉆臺(tái)設(shè)備配置要求的不同和操作習(xí)慣的差異，使得鉆臺(tái)布局設(shè)計(jì)也不近相同。但總的來說，鉆臺(tái)布局設(shè)計(jì)在滿足鉆井工藝高效、安全的前提下，應(yīng)遵循以下基本原則［4－6］。

(1)鉆臺(tái)布局應(yīng)滿足鉆井作業(yè)流程的要求，以鉆臺(tái)的功能為核心，合理配置各設(shè)備之間的相互位置關(guān)系，確保各設(shè)備作業(yè)流暢且作業(yè)路徑最短;鉆臺(tái)設(shè)備越來越多，由于鉆臺(tái)空間有限，設(shè)備較多且集中，在配置設(shè)備之間的相互位置關(guān)系時(shí)，盡量保證鉆臺(tái)的空間利用率。

(2)司鉆房應(yīng)安裝在合適的位置，保證司鉆視野開闊。

(3)鉆臺(tái)設(shè)備配置時(shí)，應(yīng)考慮質(zhì)量分布情況，盡量保證重量配置平衡，避免出現(xiàn)嚴(yán)重偏重問題。

(4)鉆臺(tái)布局要合理、緊促，井口周圍應(yīng)預(yù)留有足夠的操作空間，避免井口工具與其他設(shè)備干涉。

(5)鉆臺(tái)設(shè)備布置時(shí)，應(yīng)結(jié)合鉆臺(tái)和各設(shè)備的尺寸，考慮人員通道，設(shè)備操作、安裝及維修空間。

［1］ 岳吉祥，綦耀光，肖文生．半潛式鉆井平臺(tái)雙聯(lián)鉆機(jī)鉆臺(tái)布局設(shè)計(jì)［J］．中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，32(6):113－124．

［2］ 夏侯命盛，周 佳，王 璞．自升式鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究［J］．船舶工程，2014，36(4):174－181．

［3］ 劉 儉．自升式多功能平臺(tái)5 000 m海洋鉆機(jī)設(shè)計(jì)［J］．石油機(jī)械，2011，39(5):45－48．

［4］ SY/T 6804．海洋平臺(tái)鉆機(jī)設(shè)施布置規(guī)范［S］．2010．

［5］ API規(guī)范4F．鉆井和修井結(jié)構(gòu)規(guī)范［S］．2008．

［6］ 任憲剛，白 勇．自升式鉆井平臺(tái)總布置的研究［J］．船舶工程，2010，2(32):121－12．