典型鉆井平臺(tái)管路模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用

田學(xué)貴，時(shí)英翠

（煙臺(tái)中集來(lái)福士海洋工程有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

典型鉆井平臺(tái)管路模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用

田學(xué)貴，時(shí)英翠

（煙臺(tái)中集來(lái)福士海洋工程有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

鉆井平臺(tái)D90是目前作業(yè)水深和鉆井深度最大的半潛式雙塔雙鉆平臺(tái)，其月池及鉆臺(tái)舾裝工作量巨大，如何提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)的模塊化水平，并保證平臺(tái)的建造進(jìn)度是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的工作。文章通過(guò)對(duì)鉆井平臺(tái)D90的月池區(qū)管路模型設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，總結(jié)出平臺(tái)鉆井模塊管路設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，為今后平臺(tái)管路的設(shè)計(jì)提供參考。

鉆井平臺(tái)；模塊設(shè)計(jì)；管路系統(tǒng)

0 引言

鉆井平臺(tái)D90“阿爾法”號(hào)的管子超過(guò)40 000支，其中鉆井區(qū)管子就超過(guò)30%，沒(méi)有中間產(chǎn)品[1]的成組裝配施工的模塊化設(shè)計(jì)，很難保證平臺(tái)的建造進(jìn)度。布置密集的管子主要集中在液壓、泥漿、固井等系統(tǒng)，這些區(qū)域應(yīng)該進(jìn)行重點(diǎn)分析。對(duì)比已建項(xiàng)目D90“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)和“中海油服興旺”號(hào)的設(shè)備類型和整體布局，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)管路布置進(jìn)行配置與優(yōu)化，以達(dá)到模塊化設(shè)計(jì)的效果。下面從幾個(gè)常見(jiàn)的模塊加以說(shuō)明。

1 HPU液壓模塊

1.1 D90“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)HPU的特點(diǎn)及缺陷

D90“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)HPU的顯著特點(diǎn)主要有：2個(gè)小HPU并聯(lián)組合在1個(gè)整體基座上，2個(gè)小HPU并聯(lián)后引出4個(gè)環(huán)路供應(yīng)鉆臺(tái)、井架上的常規(guī)動(dòng)力設(shè)備。主、副井的塔架提升系統(tǒng)、絲繩補(bǔ)償系統(tǒng)分別來(lái)自1個(gè)小HPU。HPU管子接口多，需要布置的管子細(xì)而密。

其缺陷有：房間空間有限，2個(gè)小HPU的板冷只能布置在房間外的走廊內(nèi)。由于HPU房間上方是BOP房間，液壓管通過(guò)上方房間直接到達(dá)鉆臺(tái)的近路被阻斷，只能通過(guò)套管區(qū)再向上布置，再到達(dá)鉆臺(tái)。具體如圖1所示。

1.2 D90“阿爾法”號(hào)采取的主要措施

D90“阿爾法”號(hào)采取的主要措施如下：

1）設(shè)備選型時(shí)，HPU做成整體的，管子接口由44個(gè)減少到21個(gè)[2]，減低模塊化設(shè)計(jì)的難度；

2）調(diào)整BOP房間的位置，把BOP房間移到2#機(jī)艙的上方，方便液壓管向上延伸，直接到達(dá)井架；

3）HPU上方的房間布置成上下兩層，上層布置塔架提升蓄能器瓶組，下層布置HPU房間的風(fēng)機(jī)、兼做液壓管的通道。

1.3 模塊化設(shè)計(jì)效果

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的HPU及其管路具有以下特點(diǎn)：

1）管路布置精煉、清晰，管子接口少；

2）如圖2所示，形成2個(gè)附加的模塊。

2 套管、張緊器軟管模塊

半潛式鉆井平臺(tái)的張緊器系統(tǒng)，一般采用有導(dǎo)向鋼絲繩或無(wú)導(dǎo)向鋼絲繩方案進(jìn)行解決[3]。無(wú)鋼絲繩方案張緊器系統(tǒng)直接作用于液壓缸補(bǔ)償，需要配備液壓軟管。套管系統(tǒng)的軟管因不同的張緊器系統(tǒng)方案，其布置方案各有缺點(diǎn)。

2.1 分析已建項(xiàng)目的不足

1）第五代鉆井平臺(tái)，以“中海油服興旺”號(hào)為例

套管的5支軟管（節(jié)流/壓井2支，液壓2支，泥漿1支），其上接口終止于底甲板以上，軟管需要穿過(guò)雙層底分段的2層甲板，為防止船體結(jié)構(gòu)磨損軟管，穿艙型式采用加大很多的鋼管，且鋼管2段需要采用雙曲線擴(kuò)口型式。

張緊器采用導(dǎo)向鋼絲繩，沒(méi)有采用軟管。

設(shè)備本身重量大、安裝重心高，占用大量甲板面積，對(duì)結(jié)構(gòu)要求高等都是無(wú)法克服的難點(diǎn)。

2）第六代鉆井平臺(tái)，以D90“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)為例

套管的5支軟管與張緊器的6支軟管分2組，分別下穿井心首、尾的雙層底甲板，軟管接口布置在雙層底內(nèi)部，2層甲板均采用自由孔穿艙型式。因DN250的液壓管彎頭過(guò)大，張緊器的6支軟管需要自帶90°彎頭。

不足之處是，在凈空只有1 000 mm的空間內(nèi)拆裝軟管的接頭不方便；聯(lián)合自由孔的穿艙型式，也給檢修維護(hù)等帶來(lái)高空跌落的安全隱患。

2.2 D90“阿爾法”號(hào)優(yōu)化方法及效果

1）套管與張緊器的軟管接口位置調(diào)整到雙層底下，并加設(shè)維修吊架，方便維護(hù)、檢修等操作；

2）考慮到套管的5支管壓力較高，穿艙型式采用套管加密封膠型式；張緊器的6支油氣管采用腹板加套管的穿艙型式，以規(guī)避開(kāi)敞式的聯(lián)合自由孔，消除跌落風(fēng)險(xiǎn)；

3）優(yōu)化設(shè)計(jì)后的效果如圖3所示。

3 排舷外模塊

對(duì)于多數(shù)鉆井平臺(tái)而言，鉆臺(tái)及井架的設(shè)計(jì)工作往往整體外包。例如，D90“阿爾法”號(hào)的分流器屬于NOV的界面，但與其連接的多數(shù)管路系統(tǒng)屬于船廠界面。

對(duì)于這類問(wèn)題，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，既要理清界面節(jié)點(diǎn)，也要優(yōu)化模型布置，力爭(zhēng)做到界面清晰、出圖簡(jiǎn)便、施工快速。

分流器的放泄管，從月池區(qū)高高的“舷墻”向下，穿雙層底接三通閥排向左右舷。三通閥自重3.7 t，模塊化設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮其吊裝方案，以保證吊裝的安全性，提高吊裝的質(zhì)量和速度[4]。

同樣，節(jié)流壓井管匯的泥漿排舷外，其吊架強(qiáng)度需要符合船級(jí)社規(guī)范的要求[5]。

二者組成排舷外模塊，整體設(shè)計(jì)，并利用上船體下水前，在駁船上的時(shí)間快速施工，充分體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)施工的優(yōu)越性。其設(shè)計(jì)效果如圖4所示。

4 第三方設(shè)備模塊

第三方設(shè)備（如ROV設(shè)備等）由船東采購(gòu)，但一般情況下沒(méi)有詳細(xì)的三維模型，并且前期的詳設(shè)圖紙中往往沒(méi)有這些設(shè)備的信息。

這些設(shè)備主要布置在月池區(qū)的甲板上，其中涉及到的管路主要有海水、通用冷卻、儀表空氣等系統(tǒng)。在管路施工設(shè)計(jì)時(shí)，需按照成組技術(shù)[6]的指導(dǎo)思想統(tǒng)籌考慮，防止遺漏，并及時(shí)送船東簽字認(rèn)可。

5 結(jié)論

模塊化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要在于節(jié)約成本、提高質(zhì)量、縮短建造周期[7]。以上幾個(gè)模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程足以說(shuō)明這一點(diǎn)。

將模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)廣泛應(yīng)用于鉆井平臺(tái)的管路設(shè)計(jì)，還有下列優(yōu)點(diǎn)：

1）化多類型、少批量的平臺(tái)建造為少品種、大批量、機(jī)械化生產(chǎn)的模塊制造過(guò)程[8]；

2）化繁為簡(jiǎn)、優(yōu)化布置，降低施工難度；

3）提高系統(tǒng)的整體性布置等。

Application of Piping Modular Design on Typical Drilling Rig

TIAN Xuegui, SHI Yingcui

(Yantai CIMC Raffles Offshore Ltd., Shandong Yantai 264000, China)

The drilling rig D90, which has the largest operation depth and drilling capacity in the world, is designed with dual derrick rigs. Due to the huge outfitting work in moon pool and drill floor areas, how to improve the level of the production modular design and how to ensure the construction schedule become a very critical work. The piping modular design in moon pool on the drilling rig D90 is analyzed. The advantage of piping modular design of drilling rig is summarized. Reference is provided for future rig piping design.

drilling rig; modular design; piping system

U664.84

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.008

田學(xué)貴（1978—），男，研究方向：鉆井平臺(tái)、游艇等設(shè)計(jì)研究。