海洋平臺鉆井系統(tǒng)的特殊性設(shè)計

謝佳思

摘要：隨著海洋石油裝備行業(yè)的快速發(fā)展，AM軟件在海洋平臺設(shè)計方面的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，在設(shè)計空間緊張、設(shè)計密度高的海洋平臺設(shè)計當(dāng)中，的使用情況，系統(tǒng)介紹了基于AM軟件的海洋平臺的設(shè)計過程。概述了國內(nèi)外海洋鉆井平臺的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，分析了固定式、座底式、自升式和半潛式（鉆井船）等各類鉆井平臺的性能特點。

關(guān)鍵詞：陸地鉆井；海上鉆井；研究；設(shè)計

1鉆井設(shè)備的分類

鉆井設(shè)備根據(jù)鉆井深度分為陸地鉆機和海上鉆機，目前，我國已具備生產(chǎn)1000-9000米系列成套陸地鉆機的能力.主要鉆采設(shè)備，如成套鉆機、固井壓裂設(shè)備、修井機、井口裝置等。海上鉆機主要用在自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平、鉆井船上，工作深度更大，技術(shù)難度更高。

陸地鉆機簡單由四部分組成：

（1）鉆機

中國石油目前已形成機械、直流、交流變頻、復(fù)合驅(qū)四大鉆機系列，具備鉆機裝備研發(fā)、制造和服務(wù)一體化能力。鉆機、頂軀等核心裝備實現(xiàn)了系列化。7000米及以下鉆機生產(chǎn)已形成規(guī)模；9000米鉆機正在現(xiàn)場試驗；12000米鉆機的研制工作已經(jīng)啟動，電控系統(tǒng)也已經(jīng)研制成功。自動化水平也逐漸提高，與國外差距不斷減小。

（2）頂驅(qū)

頂部驅(qū)動鉆井裝置是當(dāng)今鉆井裝備中技術(shù)含量較高并且復(fù)雜的機電液一體化的設(shè)備，已成為現(xiàn)代鉆機的重要配置，是21世紀(jì)鉆井三大技術(shù)裝備之一，中國石油已研制成功直流電、液壓和交流變頻驅(qū)動三種頂驅(qū)。

（3）近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

中國石油集團經(jīng)過7年多時間的刻苦攻關(guān)，突破了近鉆頭電阻率隨鉆測量技術(shù)等六大關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CGDS-Ⅰ近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，為我國油氣勘探開發(fā)提供了重要的技術(shù)支持，目前正在遼河油田、翼東油田進行推廣和應(yīng)用。

（4）氣體鉆井裝備

自1988年新疆石油管理局從美國引進了第一套氣體鉆井裝備，近年來四川、長慶、大慶具又先后引進了氣體鉆井專用裝備10標(biāo)準(zhǔn)臺套。同時具備10口311米井眼實施空氣鉆井的能力。自行研制了除氮設(shè)備以外全套氣體鉆井裝備和工具，包括旋轉(zhuǎn)防噴器、增壓機、空氣螺桿、空氣錘、霧化泵等。

海工鉆機主要被國外壟斷，主流產(chǎn)品為NOV、AKER、TSC、卡梅隆等，我國四川宏華為上海船廠tiger號鉆井船配套的一臺海工鉆機是目前國內(nèi)唯一一臺海工鉆機。

2鉆井系統(tǒng)

現(xiàn)代鉆井是一套大型的綜合型機組，整套鉆機是由動力與傳動系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等若干系統(tǒng)和相應(yīng)的設(shè)備所組成。

該系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)組成：

1）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)：由轉(zhuǎn)盤、水龍頭、鉆桿及鉆頭組成；

2）循環(huán)系統(tǒng)：由鉆井泵、地面高壓管匯、鉆井液凈化設(shè)備和鉆井液調(diào)配裝置（固控設(shè)備）等；

3）起升系統(tǒng)：由鉆井絞車、輔助剎車、游動系統(tǒng)（鋼絲繩、天車、滑車）、大鉤和井架組成；

4）動力驅(qū)動系統(tǒng)；

5）傳動系統(tǒng)；

6）控制系統(tǒng)和檢測顯示儀表；

7）鉆機底座；

8）輔助設(shè)備

3鉆井系統(tǒng)的設(shè)計

鉆井系統(tǒng)是鉆井平臺各系統(tǒng)的核心，平臺作業(yè)海域通常環(huán)境惡劣，要保證鉆采工作可以高效進行，就要有一套設(shè)計先進、系統(tǒng)穩(wěn)定的鉆井系統(tǒng)來保障。行業(yè)內(nèi)通常使用AM軟件進行設(shè)計。結(jié)合半潛式海洋鉆井支持平臺， 應(yīng)用PDMS進行支持平臺鉆井系統(tǒng)設(shè)計的流程如圖所示。

4基于AM軟件設(shè)計鉆井系統(tǒng)的優(yōu)越性

應(yīng)用AM軟件設(shè)計鉆井平臺的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為如下幾個方面：1） 用戶可對任意類型元件方便地應(yīng)用自定義屬性；2）建立完整的管件、結(jié)構(gòu)及電氣數(shù)據(jù)等級庫，使建模及出圖方便快捷。降低了錯誤發(fā)生率；3）批量產(chǎn)生生產(chǎn)施工圖樣，節(jié)約了大量的人力物力；4）可協(xié)同辦公，統(tǒng)一做碰撞檢查，減少返工，保質(zhì)保量；5）模塊化設(shè)計，方便高效。

應(yīng)用AM軟件設(shè)計鉆井平臺存在問題剖析如下：

1）需要設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)件較多，建立標(biāo)準(zhǔn)庫和元件庫的工作量相當(dāng)大，但是一勞永逸。2）作為優(yōu)秀的設(shè)計管理軟件，軟件售價較高，且要收取高額服務(wù)費，推廣較困難。3）國內(nèi)設(shè)計部門特別是傳統(tǒng)機械設(shè)計單位對AM的認(rèn)知度低。軟件包含專業(yè)方向多，比較龐大，軟件學(xué)習(xí)周期較長；4）設(shè)計周期較短，以及出于知識產(chǎn)權(quán)保護等問題，經(jīng)常會出現(xiàn)業(yè)主方提供的設(shè)備不及時和不完整等問題，導(dǎo)致三維設(shè)備模型設(shè)計不完整。

在項目的配置優(yōu)化方面，AM可以打破常規(guī)的設(shè)計習(xí)慣，在項目設(shè)計過程中不需要每個設(shè)計人員對各個專業(yè)都精通，都要去做自己的三維模型，修改模型，直到出圖。以AM實現(xiàn)的是流水線式的工作流程模式，按照設(shè)計流程來劃分設(shè)計人員的角色，各司其職。使各專業(yè)設(shè)計人員的精力放在自己的專業(yè)領(lǐng)域，提高項目的工作效率。使用AM后，三維設(shè)計人員的數(shù)量會降下來，再總體優(yōu)化設(shè)計整個項目過程中的人員分配，與常規(guī)設(shè)計相比，設(shè)計人員減少的同時可高效運行。

5 結(jié)語

綜上所述，AM在半潛式海洋支持平臺鉆井系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，可使各專業(yè)設(shè)計人員協(xié)同辦公、默契配合，從而降低設(shè)計失誤率，有效預(yù)防干涉，減少了修改和返工時間，提高了出圖效率，進而保證了工作質(zhì)量，使得海洋平臺鉆井系統(tǒng)設(shè)計穩(wěn)步高效進行。應(yīng)用AM軟件設(shè)計海洋鉆井平臺，能夠使得設(shè)計及管理一體化，從而在海洋工程設(shè)計當(dāng)中建立海洋石油平臺鉆井系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，利用AM強大的參數(shù)化及可開發(fā)性能，可為海洋石油裝備制造業(yè)的發(fā)展推波助瀾。

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