海洋修井機總體設計淺析

程 糾

（湛江南海西部石油勘察設計有限公司，廣東湛江 524057）

海洋修井機總體設計淺析

程 糾

（湛江南海西部石油勘察設計有限公司，廣東湛江 524057）

跟陸地修井機相比，海洋修井機的主要配置基本相同。海洋修井機除了工作在潮濕、高含鹽這樣一個特殊的環(huán)境下以外，還存在諸多不同，一些問題需要在總體設計中予以關(guān)注。針對海洋修井機在總體設計過程中應注意的一些要點進行分析，如修井機在平臺上的總體布置原則、修井機與上部組塊的主要接口、井架開門形式、修井機避讓問題、BOP系統(tǒng)配置要求和F&GAS系統(tǒng)設置等，為海洋平臺修井機總體設計提供一些借鑒。

海洋平臺；修井機；總體布置；接口；避讓

0 概述

海洋修井機與陸地修井機的主要配置基本相同，主要包括起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、動力設備、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、底座、輔助設備和井場。各種設備主要根據(jù)行業(yè)標準和企業(yè)標準選型。海洋修井機基本采用電驅(qū)或柴油機驅(qū)動，驅(qū)動形式主要根據(jù)平臺的電負荷情況來確定。電驅(qū)與柴油機驅(qū)動相比，除了動力設備和傳動系統(tǒng)不同外，其它主要配置基本一致。

總體設計前期，需要確認修井機所具備的功能，確認是組塊打井還是導管架打井，后期是否需要打調(diào)整井。如果后期是鉆井船打調(diào)整井，修井機需要考慮避讓，需要進行鉆井船靠平臺修井機避讓分析。如果后期是修井機打調(diào)整井，需要考慮預留的鉆井設備的布置及油氣水電的接口。進行支反力計算時，要考慮是否有補給船輔助作業(yè)，如果沒有，需要將所有設備同時工作時的負載考慮進去。

1 總體布置原則

海洋修井機要適應平臺的空間要求和海洋環(huán)境氣候條件，力求結(jié)構(gòu)簡單；采用成熟的技術(shù)和結(jié)構(gòu)，提高修井機的可靠性；采用最優(yōu)化設計方案，保證海洋修井設施的經(jīng)濟性、適用性和先進性；選用耐腐蝕的金屬材料，采用涂層與鍍層相結(jié)合，強化腐蝕防護，保證修井機的使用壽命[1]。

修井機在海上平臺的布置，應優(yōu)先考慮以下方面：

1）保護人員的生命安全；

2）盡可能降低災害性事故發(fā)生的可能性；

3）事故發(fā)生后，盡可能減輕事故的后果；

4）保護設備、財產(chǎn)，保護環(huán)境。

規(guī)范對平臺的布置要求，修井機同樣需要遵守，如：主逃生通道最小寬度為1.2m，高度為2.3m，鉆臺面上要布置雙逃生通道，保證處在任何位置的人員在遇到險情時能從2個相反方向安全逃離?？傮w布置有利于介質(zhì)流向，合理布置，節(jié)約面積[2]。根據(jù)吊機的工作半徑和吊裝能力，考慮預留設備的布置位置。修井機主體結(jié)構(gòu)的布置應考慮其位于4個極限井位時，周圍均有足夠的安全通道。對于前期方案研究中甲板空間不夠的情況，應盡早擴甲板或改變修井機主體結(jié)構(gòu)。

對于BOP儲能器與井口區(qū)的間距，《鉆井井控技術(shù)規(guī)程》（SY/T6426-2005）中規(guī)定防噴器遠程控制臺安裝在距井口不少于25m的專用活動房內(nèi)[3]。海上平臺由于空間受限，一般盡量將BOP儲能器布置在上層甲板遠離井口區(qū)的地方，且基本為集裝箱式，保護事故工況下對儲能器的影響，動作時間滿足規(guī)范要求，同時合理設置上下鉆臺面的梯子，考慮手動操作人員能夠盡快到達BOP儲能器。

總體布置時，盡量將泥漿罐、泥漿泵等重設備布置在平臺甲板上，減輕修井機本體的重量，從而減輕結(jié)構(gòu)的重量。同時，應注意上部組塊吊點的布置位置，部分設備如果剛好處于吊點位置，還應考慮暫時放置在其它位置，等平臺安裝好后利用吊機或其它輔助裝置將設備移置到固定位置。

滿足浮吊吊裝要求的情況下，盡可能考慮修井機與上部組塊一起吊裝，減少吊裝費用，修井機在陸地上就在上部組塊上安裝好，并連接好管線。可以節(jié)省海上安裝時間，為盡早進行海上調(diào)試、平臺提前投產(chǎn)節(jié)省時間。

2 修井機與上部組塊接口

海洋修井機作為平臺的一部分，其公用資源由平臺提供。對于修井機和上部組塊工程建設項目組不是同一個項目組的情況，厘清接口、確定采辦及安裝界面對項目的順利開展尤為重要。平臺為修井機提供必要的電源、海水、淡水、壓縮空氣、柴油和消防水。其中電源包括動力用電、照明用電、應急用電、應急照明用電、儀表和井架頂端警示燈的用電，消防水為2路。電驅(qū)修井機平臺還需要提供600V電源給轉(zhuǎn)盤、絞車和泥漿泵。其它由平臺提供的如海水、淡水、壓縮空氣、柴油一般由上部組塊方安裝在上層甲板的適當位置，并配置相應的閥門，閥門出口配焊接型配對法蘭、螺栓、螺母密封墊。泥漿由泥漿船補給，并通過安裝在上部組塊上的泥漿管線打入泥漿池。表1為典型的接口表。

表1 接口表

3 井架開門形式

海洋修井機大多采用側(cè)開門形式，因為正開門形式井架放倒后修井機重心偏心嚴重，結(jié)構(gòu)較難設計。而采用正開門結(jié)構(gòu)會帶來很多便利，如上下鉆臺面的設備、鉆桿不受井架V形門高度限制，可以擴大鉆臺面的視野，頂驅(qū)安裝更加方便。相對側(cè)開門結(jié)構(gòu)，正開門結(jié)構(gòu)可減少一條軌道。這是因為井架采用側(cè)開門結(jié)構(gòu)，鉆臺面做橫向移動，下底座做縱向移動，鉆井船就位、修井機避讓時，下底座還需要做橫向移動，所以還需要在甲板上安裝一條避讓軌道。采用正開門結(jié)構(gòu)，鉆臺面做縱向移動，下底座做橫向移動，下底座下的主軌道兼作避讓軌道，可以減少一條軌道，減輕重量，節(jié)省投資。采用正開門結(jié)構(gòu)存在的最大的缺點在于井架放倒或極端工況下，重心偏心比較嚴重，上、下底座的基座將產(chǎn)生向上的拉力，需要設置特殊的底座固定機構(gòu)，并盡量將設備布置在另一端，減輕偏心問題，保證整個修井機的結(jié)構(gòu)安全。應根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選擇合適的井架開門形式。

4 修井機避讓

對于后期用鉆井船打調(diào)整井的平臺，修井機需要考慮避讓，待鉆井船完成鉆井作業(yè)撤離平臺后，修井機再移到正常的修井位置。鉆井避讓時主要考慮以下方面：

1）修井機避讓時不能與吊機干涉，不受火炬臂的影響。

2）對于鉆井船升船達到最大氣隙后，懸臂梁與上層甲板的間距不大的情況，需要嚴格控制懸臂梁覆蓋區(qū)域設備的尺寸以及組塊高度方向上的制作精度，一般將上層甲板標高控制在0.1米以內(nèi)，如安裝在上層甲板上的吊機、泥漿罐等；同時對空間情況進行放樣，考慮在1米安全余量的情況下，判斷是否與其它設備或結(jié)構(gòu)物干涉。圖1為南海某平臺鉆井船就位時修井機避讓立面分析圖。

3）如果鉆井船的氣隙不滿足靠船鉆井的要求，需要同鉆井船方溝通，確認是否可以通過改造海水提升泵、電纜等增大鉆井船的氣隙。

4）由于鉆井船就位、修井機避讓時，需要拆除或平放安裝在甲板上的拖鏈，同時拆除拖鏈上的電纜。通常為了拆接方便，穿拖鏈的電纜采用活動接頭形式。而活動接頭一般較貴，且容易出故障，所以也有用接線箱代替活動接頭來連接電纜的形式。

5）部分修井機避讓時，影響直升機的起降，需要提前考慮鉆井期間平臺上的人員上下平臺的情況。

圖1 鉆井船就位時修井機避讓立面分析圖

5 BOP系統(tǒng)配置要求

部分修井機防噴器組只配置了環(huán)形防噴器、雙閘板防噴器和四通，其中雙閘板包含一個剪切閘板和一個半封閘板。

為了降低整個項目的投資成本，一般海洋修井機都需要具備進行調(diào)整井作業(yè)的功能。按照以上的配置，在特殊情況下，用剪切閘板防噴器剪斷鉆柱達到全封井目的的同時，若剪切閘板防噴器下方半封閘板處有鉆桿接頭、加重鉆桿管體等管柱時，半封閘板難以懸掛住剪斷的管柱，剪斷的管柱存在掉進井里的可能性，給后續(xù)工作帶來不便。為保險起見，新的項目基本都對BOP的配置進行了升級，在原來的基礎上再增加一個半封單閘板，新增半封單閘板除了具備半封閘板的功能外，還能用于特殊情況下懸掛管柱[4]。這樣的配置也滿足《海洋石油安全管理細則》（安監(jiān)總局25號令）中關(guān)于防噴器系統(tǒng)的要求，即中間（技術(shù)）套管上安裝1個環(huán)形、1個雙閘板（或者2個單閘板）和1個剪切全封閉閘板防噴器[5]。

6 F&GAS系統(tǒng)設置

修井機F&GAS系統(tǒng)即火氣系統(tǒng)，其工作原理與平臺一致，即由探測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成。探測系統(tǒng)包括各種火、氣探頭和報警按鈕；控制系統(tǒng)分為就地控制系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)包括各種報警指示系統(tǒng)以及滅火系統(tǒng)。

為了保證平臺F&GAS系統(tǒng)的完整性，體現(xiàn)平臺作業(yè)安全的原則，同時又突出修井機作業(yè)的相對獨立性。修井機火災及可燃氣體檢測器信號直接進入平臺F&GAS系統(tǒng)，平臺預留I/O點位，報警信號在平臺和修井機同時顯示，由修井機處負責關(guān)斷。平臺的廣播接入修井機，修井機內(nèi)部的廣播不接入平臺系統(tǒng)。為便于維護，修井機可燃氣體檢測器、感煙探頭和感溫探頭型號與平臺的探頭型號保持一致。

7 總結(jié)

隨著多年的消化與積累，國內(nèi)海洋修井機幾乎全部實現(xiàn)國產(chǎn)化設計，能夠滿足海洋油氣田的鉆修井需要。然而，如何提高海洋修井機的設計水平，縮短與國外先進水平的差距，需要設計人員加強對國外研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向的了解，加強與現(xiàn)場工作人員的溝通，確保海洋修井機運行的更加可靠、經(jīng)濟，更好地為我國海洋油氣田開發(fā)做出貢獻[6]。

[1] 徐田甜, 張美榮. 我國海洋鉆修井機的應用[J]. 船舶工程, 2008,30(4):7-7.

[2] 海上固定平臺安全規(guī)則. 能源部,2008.

[3] SY/T6426-2005, 鉆井井控技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 曹式敬. 超深水防噴器組及其控制系統(tǒng)配置探討[J].石油鉆探技術(shù), 2012,40(5):116-116.

[5] 海洋石油安全管理細則. 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局, 2009.

[6] 魯獻. 對國產(chǎn)在役海洋修井機存在問題的探討[J].長江大學學報(自然科學版), 2008,5(3):58-58.

General Plan Design of Offshore Workover Rig

Cheng Jiu
(Zhanjiang Nanhai West Oil Survey and Design Co., Ltd., Guangdong Zhanjiang 524057, China)

Compared with the land workover rig, the main configuration of offshore workover rig is basically the same. In addition to working in such a special environment which is humid and high salt, there are still many differences between offshore and land workover rig. Some problems need to be paid attention in the general plan design. Some key points of offshore workover rig which should be paid attention to in general plan design process are analyzed, such as the general arrangement principle of workover rig on the platform, main interfaces between the workover rig and the upper deck, open form of derrick, workover rig dodge, BOP system configuration requirements and F&GAS system settings.

can be provided for the general plan designer of offshore workover rig.

offshore platform; workover rig; general arrangement; interface; dodge

TE935

A

10.14141/j.31-1981.2015.03.006

程糾（1983-），男，工程師，研究方向：海洋石油機械設計與研究、壓力容器設計。