深水鉆井船鉆井模塊研究

趙傳亮，張樹立，王嘉波

深水鉆井船鉆井模塊研究

趙傳亮1，張樹立2，王嘉波1

（1.遼寧陸海石油裝備研究院有限公司，遼寧盤錦124010；2.煙臺(tái)杰瑞石油裝備技術(shù)有限公司，山東煙臺(tái)264000）

近年來海洋油氣資源勘探開發(fā)逐漸向深海發(fā)展，深水石油裝備已將成為投資焦點(diǎn)。本文通過對深水鉆井平臺(tái)對比分析，并對深水鉆井船鉆井模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，其中包括鉆井模塊設(shè)備主要參數(shù)選型、雙井架鉆井工藝路徑和鉆機(jī)模塊設(shè)備布置。

深水鉆井船；鉆井模塊；雙井架

隨著海洋油氣資源勘探開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，主流的深水鉆井平臺(tái)作業(yè)水深可達(dá)3 048 m.鉆井船通常具有自航能力，以及機(jī)動(dòng)性好、停泊簡單、可變載荷大、存儲(chǔ)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于深水勘探鉆井作業(yè)。深水鉆井船通常采用動(dòng)力定位系統(tǒng)，既有無限航區(qū)航行船的特點(diǎn)，又有特定環(huán)境條件及海域作業(yè)的海洋工程裝備的特點(diǎn)，是“型船”與“鉆機(jī)”的完美結(jié)合體[1]。鉆井船鉆井模塊的設(shè)計(jì)是深水鉆井船設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鉆井模塊的設(shè)計(jì)水平在很大程度上決定鉆井船的作業(yè)效率。本論文在綜合分析國內(nèi)外優(yōu)秀船型的基礎(chǔ)上對鉆井模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，滿足作業(yè)水深3 048 m和鉆井深度12 000 m的要求。

1 鉆井模塊總體介紹

鉆井模塊主要由鉆臺(tái)和井架兩大部分組成，鉆井模塊的主要系統(tǒng)設(shè)備如提升系統(tǒng)、鉆具移運(yùn)排放系統(tǒng)和升沉補(bǔ)償系統(tǒng)等均布置于鉆臺(tái)和井架上。鉆臺(tái)及底部結(jié)構(gòu)將井架的載荷傳遞給船體，起到支撐的作用。

1.1 鉆臺(tái)及底部結(jié)構(gòu)

鉆井船的鉆臺(tái)及底部結(jié)構(gòu)一般位于船舯部，是鉆井模塊的主要結(jié)構(gòu)。鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)下方為月池（Moon Pool）開口，鉆臺(tái)面用于安裝井架、絞車和司鉆控制室等。圖1為鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)的一個(gè)簡圖。

圖1 鉆臺(tái)及底部結(jié)構(gòu)

1.2 井架

井架用于布置鉆井設(shè)備，主要包括頂驅(qū)、天車及天車補(bǔ)償裝置、游車等。圖2為雙井架結(jié)構(gòu)的一個(gè)簡圖。

圖2 雙井架

2 鉆井模塊主要參數(shù)

2.1 雙井架

深水鉆機(jī)鉆井工藝比近海鉆機(jī)更加復(fù)雜，起下鉆和連接鉆桿消耗時(shí)間更多。雙井架鉆機(jī)配置有兩套鉆井及排管系統(tǒng)，通過主輔井口配合并行操作，可顯著提高鉆井效率，理論上雙井架鉆機(jī)相對普通鉆機(jī)效率可提高31.6%[2].例如美國雙聯(lián)井架鉆井船Discover Spirit在Aconcagua海洋氣田鉆探時(shí)大約節(jié)省了25%的作業(yè)時(shí)間。雙井架鉆機(jī)已成為新型高性能深水鉆機(jī)的典型標(biāo)志[3]。雙井架基本參數(shù)如表1所示。

表1 雙井架參數(shù)

2.2 絞車

絞車主要用于起下鉆具、下套管，在鉆井的過程中控制鉆壓、送進(jìn)鉆具。雙井架鉆機(jī)配備兩套提升系統(tǒng)，故需要配備1臺(tái)主絞車和1臺(tái)副絞車，技術(shù)參數(shù)見表2所示。

表2 絞車參數(shù)

2.3 鉆具移運(yùn)排放系統(tǒng)

鉆具移運(yùn)排放系統(tǒng)主要包括：關(guān)節(jié)吊、貓道機(jī)、動(dòng)力鼠洞、鉆臺(tái)機(jī)器人。與半潛式鉆井平臺(tái)相比，鉆井船型寬較小，雙井架的開口為艏艉方向。井架前方為鉆桿和套管存放區(qū)，井架后方為隔水管存放區(qū)。2套排管系統(tǒng)布置于井架艏艉位置。鉆具移運(yùn)排放系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表3所示。

表33 鉆具移運(yùn)排放系統(tǒng)參數(shù)

2.4 天車補(bǔ)償裝置

鉆井船在波浪作用下將產(chǎn)生上下的升沉運(yùn)動(dòng)。升沉補(bǔ)償裝置能有效減小升沉運(yùn)動(dòng)對鉆井作業(yè)帶來的一系列影響，保證井底鉆壓的穩(wěn)定和鉆井系統(tǒng)整體工作的高效[4]。天車補(bǔ)償裝置是升沉補(bǔ)償裝置的一種，通過液缸和滑輪組達(dá)到升沉補(bǔ)償?shù)淖饔?。技術(shù)參數(shù)如下4所示。

表4 天車補(bǔ)償裝置參數(shù)

2.5 鉆井系統(tǒng)其他主要設(shè)備參數(shù)

鉆井系統(tǒng)其他主要設(shè)備參數(shù)如表5所示。

表5 其他主要設(shè)備參數(shù)

3 鉆井模塊布置

鉆井模塊布置是鉆井船設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使用雙井架的深水鉆井船鉆井工藝流程復(fù)雜，多任務(wù)并行操作。合理的布置設(shè)計(jì)可以使作業(yè)連續(xù)性好，減少不必要的停工等待時(shí)間，作業(yè)效率高。

鉆具移運(yùn)排放系統(tǒng)、隔水管處理系統(tǒng)、防噴器和采油樹處理系統(tǒng)和升沉補(bǔ)償系統(tǒng)是鉆井模塊布置較復(fù)雜的部分。圖3為鉆井模塊總體的布置圖。

圖3 鉆井模塊總體布置圖

3.1 雙井架鉆井工藝分析

布置鉆井系統(tǒng)設(shè)備之前必須明確雙井架的鉆井工藝。主鉆機(jī)、輔鉆機(jī)及鉆井船動(dòng)力系統(tǒng)（DPS-3）相互配合，可最大限度減少不必要的空閑時(shí)間。主輔鉆機(jī)協(xié)作的鉆井作業(yè)過程如表6所示。

表6 主輔鉆機(jī)并行作業(yè)過程

3.2 鉆臺(tái)面布置圖

鉆臺(tái)面上設(shè)備種類繁多，應(yīng)根據(jù)雙井架的鉆井工藝進(jìn)行鉆臺(tái)面設(shè)備的布置，尤其需要注意的是排管系統(tǒng)如何配合主輔鉆機(jī)協(xié)同作業(yè)的問題。

圖4為鉆臺(tái)布置圖，主輔鉆機(jī)的井口中心距離為480英寸，艉部鉆機(jī)為主鉆機(jī)，艏部鉆機(jī)為輔鉆機(jī)。鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)正下發(fā)為月池，船體開口為25 m×9.7 m，在月池上方布置有隔水管張緊系統(tǒng)及其導(dǎo)軌。

圖4 鉆臺(tái)布置圖

鉆井船左舷布置2臺(tái)鉆井絞車及鉆具移運(yùn)排放系統(tǒng)的指梁和排管機(jī)，鉆井船右舷為司鉆控制室、鐵鉆工和死繩固定器等。節(jié)流壓井管匯和液氣分離器等布置于井架周圍。井架后方為隔水管存儲(chǔ)區(qū)及隔水管吊機(jī)和貓道機(jī)，井架前方為鉆桿和套管存儲(chǔ)區(qū)及折臂吊和貓道機(jī)。防噴器和采油樹分別布置在左右舷，通過各自的吊機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)車送至井口。

4 結(jié)論

1）本文對雙井架鉆井模塊主要設(shè)備配置進(jìn)行了分析，給出了目標(biāo)鉆井模塊主要設(shè)備的參數(shù)。

2）對雙井架主輔鉆機(jī)并行作業(yè)的鉆井工藝進(jìn)行了分析。

3）根據(jù)雙井架主輔鉆機(jī)作業(yè)特點(diǎn)，給出了目標(biāo)鉆井模塊主要設(shè)備的布置情況。

4）對鉆井工藝等的分析研究經(jīng)過大量的簡化，在主體尺度、性能和布置情況方面可滿足目標(biāo)鉆井模塊要求。

[1]趙建亭.深水鉆井船鉆井系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].船舶與海洋工程，2014，97（1）：1-7.

[2]岳吉祥.深水半潛式鉆井平臺(tái)鉆機(jī)選型[J].石油勘探與開發(fā)，2009，36（6）：776-783.

[3]趙洪山，劉新華，白立業(yè).深水海洋石油鉆井設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀[J].石油礦場機(jī)械，2010，39（5）：68-74.

[4]劉清友，徐濤.深海鉆井升沉補(bǔ)償裝置國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（3）：1-8.

Deepwater Drilling Ship Drilling Module Research

ZHAO Chuan-liang1，ZHANG Shu-li2，WANG Jia-bo1
（1.Liaoning Petroleum Equipment Institute Co.，Ltd.，Panjin Liaoning 124010，China；2.Yantai Jereh Petroleum Equipment&Technologies Co.，Ltd.，Yantai Shandong 264000，China）

In recent years，petroleum oil and gas exploration has been developing to deepwater，deepwater petroleum equipments will certainly be the focus of investment.After analyse and compare deepwater drilling platforms，this paper will give an analysis of deepwater drilling ship drilling module design，which includes drilling module equipments main parameters，dual derrick drilling techniques and equipments layout.

deepwater drilling ship；drilling module；dual derrick

TE952

A

1672-545X（2017）07-0121-03

2017-04-08

趙傳亮（1988-），男，遼寧盤錦人，本科，設(shè)計(jì)員，現(xiàn)從事海洋鉆井模塊的技術(shù)開發(fā)工作。