自升式鉆井平臺(tái)升船及懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)

自升式鉆井平臺(tái)升船及懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)

王金明，張寶平，吳 勇，沈德新

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

摘 要：自升式鉆井平臺(tái)升船及懸臂梁作業(yè)能力是保證自升式鉆井平臺(tái)滿足導(dǎo)管架平臺(tái)生產(chǎn)井作業(yè)需求的基本條件。對(duì)自升式鉆井平臺(tái)升船能力、懸臂梁橫向覆蓋、縱向覆蓋、承載載荷四個(gè)方面進(jìn)行了研究，提出了一套自升式鉆井平臺(tái)升船及懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)模型及方法，并探討了評(píng)價(jià)方法在實(shí)際生產(chǎn)中的重要性。自升式鉆井平臺(tái)升船及懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)模型及方法簡(jiǎn)單實(shí)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺(tái)；升船；懸臂梁；作業(yè)能力；模型

中圖分類號(hào)：TE951

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.098

文章編號(hào)：1008-2336（2015）02-0098-04

收稿日期：2014-10-14；

作者簡(jiǎn)介：第一王金明，女，1982年生，工程師，碩士，主要從事自升式鉆井平臺(tái)插樁就位方案設(shè)計(jì)工作。E-mail：wangjm4@cnooc.com.cn。

改回日期：2014-12-04

Evaluation about the Capability of Raising Platform and Cantilever Beam Operation in Self Elevating Platform

WANG Jinming, ZHANG Baoping, WU Yong, SHEN Dexin

（CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China）

Abstract:The capability of raising platform and capability of cantilever beam operation is very important for self elevating platform, which is the basic conditions for gurrantee the production operation of jacket platform wells. Study has been conducted on the capability of raising platform, the longitudinal and transverse covering of cantilever beam, and the bearing load. A set of evaluation model and method have beeen put forward about capability of raising platform and capability of cantilever beam operation. The importance of evaluation method in practical production has been discussed in this paper. The evaluation model and method are simple and practical, with significant economic benefits.

Keywords:self elevating platform; raising platform; cantilever beam; operation capability; model

目前我國(guó)淺海油田導(dǎo)管架平臺(tái)生產(chǎn)井（開(kāi)發(fā)井、調(diào)整井和修井）作業(yè)一般采用自升式鉆井平臺(tái)來(lái)完成，自升式鉆井平臺(tái)的合理選型成為淺海鉆完井作業(yè)首先要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。而我國(guó)海洋石油鉆完井技術(shù)起步較晚，目前該領(lǐng)域的研究處于空白。過(guò)去國(guó)內(nèi)多是憑借經(jīng)驗(yàn)粗略進(jìn)行自升式鉆井平臺(tái)選型，或者只要自升式鉆井平臺(tái)有空余工期，不提前進(jìn)行它們的升船和懸臂梁作業(yè)能力的評(píng)價(jià)，直接將它們拖到作業(yè)處，如發(fā)現(xiàn)不合適，再調(diào)換，這種現(xiàn)象經(jīng)常會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重者還會(huì)造成安全事故。因此，自升式鉆井平臺(tái)升船及懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)十分重要。

1　鉆井平臺(tái)升船和懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)模型

1.1 鉆井平臺(tái)升船能力數(shù)學(xué)模型的建立

自升式鉆井平臺(tái)在進(jìn)行開(kāi)發(fā)井、調(diào)整井或修井作業(yè)時(shí)，在樁腿入泥、平臺(tái)穩(wěn)定后，要進(jìn)行壓

載升船作業(yè)，只有保證自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁底部比導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)頂甲板（含障礙物）高時(shí)，自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁才能正常推出而不會(huì)與導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)發(fā)生碰撞。此時(shí)，自升式鉆井平臺(tái)受到升船氣隙、樁腿入泥、水深等因素的制約。自升式鉆井平臺(tái)升船情況示意見(jiàn)圖1。

圖1　自升式鉆井平臺(tái)升船情況示意圖

在充分考慮自升式鉆井平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)、尺寸、壓載量等因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合海底土壤承載能力，建立了自升式鉆井平臺(tái)升船能力評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，為自升式鉆井平臺(tái)選型提供了合理有效的方法，大大降低了海上的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。自升式鉆井平臺(tái)升船能力數(shù)學(xué)模型如下：

首先需要確定樁腿入泥深度，計(jì)算公式如下：

2.1.4 方法學(xué)考察 （1）精密度試驗(yàn)取同一批顆粒，按2.1.1項(xiàng)下壓片制樣，連續(xù)測(cè)定6次，分別計(jì)算譜圖與其平均譜圖之間的相似度為0.990 7、0.990 4、0.989 8、0.996 6、0.998 5、0.994 6，RSD＝0.34%，表明儀器的精密度良好。

式中：Q為海底土壤某深度的樁腿端承載力，N/ m2；f為鉆井平臺(tái)樁腿側(cè)向摩擦力，N/m2；As為樁腿側(cè)向有效面積，m2；q為鉆井平臺(tái)樁腿最大壓載量，kN；Ap為樁靴面積，m2； α為回填土系數(shù)（0.3～0.6），無(wú)量綱；P0為上覆土壤壓力，N/m2；Ap'為樁腿回填有效面積，m2。

根據(jù)得出的自升式鉆井平臺(tái)插樁深度值，判斷該計(jì)算值是否在自升式鉆井平臺(tái)允許插樁深度范圍內(nèi)，如果不在允許范圍內(nèi)，則該自升式鉆井平臺(tái)不適合在該處進(jìn)行插樁作業(yè)；如果在允許范圍內(nèi)，則需要進(jìn)行以下公式[4]判斷：

式中：h1為鉆井平臺(tái)升船氣隙，m；H1為鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)的最大升船氣隙，m；h2為作業(yè)處水深，m；h3為鉆井平臺(tái)插樁深度，m；δ為作業(yè)安全余量，一般取0.5～1.0 m；H2為樁腿有效長(zhǎng)度，m。

自升式鉆井平臺(tái)升船能力評(píng)價(jià)模型充分考慮了自升式鉆井平臺(tái)在豎直向的作業(yè)能力，保證自升式鉆井平臺(tái)能升船到位，懸臂梁能正常推出。

1.2 鉆井平臺(tái)懸臂梁作業(yè)能力數(shù)學(xué)模型的建立

自升式鉆井平臺(tái)在進(jìn)行開(kāi)發(fā)井、調(diào)整井或修井作業(yè)時(shí)，平臺(tái)在升到合適高度并穩(wěn)定后，將推出它的懸臂梁，懸臂梁要保證能覆蓋所有作業(yè)的槽口，并保證載荷能滿足作業(yè)需求。隨著懸臂梁推出長(zhǎng)度的不同，可以在縱向上覆蓋不同槽口進(jìn)行作業(yè)；橫向上各槽口的作業(yè)是依靠懸臂梁上方的鉆臺(tái)的橫向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[5-6]。自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁覆蓋情況示意見(jiàn)圖2。

根據(jù)自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁尺寸及載荷分布特征，結(jié)合生產(chǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和空間展布，建立了自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)模型。該模型考慮了自升式鉆井平臺(tái)與導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)安全控制、懸臂梁載荷分布、懸臂梁覆蓋能力等因素，保障了作業(yè)安全。自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)模型簡(jiǎn)述如下：

圖2　自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁覆蓋情況示意圖

（1）懸臂梁縱向覆蓋能力模型：

式中：D1為懸臂梁縱向覆蓋能力，m；d1為鉆井槽口到平臺(tái)邊沿最大距離，m；α為船艏方向與正就位船艏方向之間的夾角，°；L0為縱向覆蓋允許偏差，m。

（2）懸臂梁橫向覆蓋能力模型：

式中：D2為懸臂梁橫向覆蓋能力，m；d2為鉆井槽口橫向間距之和，m；b為橫向覆蓋允許偏差，m。

自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁覆蓋能力評(píng)價(jià)模型是基于自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁在水平平面的橫、縱兩個(gè)方向上覆蓋能力的基礎(chǔ)上，充分考慮了自升式鉆井平臺(tái)與導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)安全距離控制、懸臂梁覆蓋能力特點(diǎn)以及作業(yè)海域的海況條件等，確保作業(yè)過(guò)程中懸臂梁能覆蓋所有生產(chǎn)平臺(tái)需要作業(yè)的槽口。

2　實(shí)例

2.1 實(shí)例簡(jiǎn)述

渤海某導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)頂甲板高21.5 m，此處水深21 m，該平臺(tái)共有12個(gè)槽口，本次需要進(jìn)行5口井作業(yè)（圖3中紅色圓圈），平臺(tái)頂甲板上有集裝箱房（高7.6 m）、飛機(jī)甲板（高10.6 m）、吊車（高14.3 m）等，平臺(tái)邊緣有欄桿（高1 m），槽口區(qū)布置為1.8 m×2 m。

圖3　渤海某導(dǎo)管架平臺(tái)簡(jiǎn)圖

2.2 分析過(guò)程及結(jié)果

由于該導(dǎo)管架平臺(tái)頂甲板槽口區(qū)周圍的結(jié)構(gòu)布置比較復(fù)雜，并且相互間的距離比較小，所以要對(duì)升船能力和懸臂梁作業(yè)能力結(jié)合起來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。槽口區(qū)各行各列都有需要作業(yè)的槽口，所以本次自升式鉆井平臺(tái)采用正就位方式，全覆蓋槽口區(qū)為原則，以槽口區(qū)中間兩列井口區(qū)連線中點(diǎn)為中點(diǎn)與懸臂梁中心線對(duì)齊。升船能力分析過(guò)程如圖4所示，懸臂梁作業(yè)能力分析過(guò)程如圖5所示。

對(duì)最里排槽口進(jìn)行作業(yè)時(shí)，懸臂梁推出長(zhǎng)度12.1 m，此口井井深2 600 m，需要載荷100 t[3]，“南海一號(hào)”自升式鉆井平臺(tái)滿足載荷需求；“南海一號(hào)”在該導(dǎo)管架平臺(tái)處插樁深度計(jì)算值為8～10 m，h樁腿入泥+h水深+h氣隙+h型深=（62～64 m）< H有效樁腿長(zhǎng)度，滿足要求。

圖4　升船能力分析流程圖

圖5　懸臂梁作業(yè)能力分析流程圖

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

自升式鉆井平臺(tái)升船與懸臂梁覆蓋能力評(píng)價(jià)模型的建立，為自升式鉆井平臺(tái)合理選型提供了一套有效的方法，已在我國(guó)渤海和南海海域進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。自升式鉆井平臺(tái)優(yōu)選時(shí)間從原來(lái)的4天減少到2天，效率提高了50%，節(jié)約了作業(yè)成本，為海上勘探開(kāi)發(fā)節(jié)省了大量的時(shí)間。從開(kāi)始應(yīng)用到目前，已進(jìn)行自升式鉆井平臺(tái)合理選型150余次，節(jié)省費(fèi)用超過(guò)1.6億元，同時(shí)也在一定程度上避免了自升式鉆井平臺(tái)與導(dǎo)管架生產(chǎn)平臺(tái)碰撞事故的發(fā)生。

4　結(jié)論

自升式鉆井平臺(tái)升船和懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)模型的建立，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的空白，為自升式鉆井平臺(tái)選型提供了一套合理有效的方法。通過(guò)以上論述，可以得出如下結(jié)論：

（1）模型簡(jiǎn)單實(shí)用，效率顯著提高

自升式鉆井平臺(tái)升船和懸臂梁作業(yè)能力評(píng)價(jià)模型簡(jiǎn)單實(shí)用并且精準(zhǔn)度很高，自升式鉆井平臺(tái)優(yōu)選時(shí)間從原來(lái)的4天減少到2天，極大提高了自升式鉆井平臺(tái)選型的效率，為海上勘探開(kāi)發(fā)節(jié)省了大量的時(shí)間。

（2）經(jīng)濟(jì)效益顯著，應(yīng)用前景廣闊

會(huì)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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