自升式钻井平台钻台设备布局设计浅析*

2015-05-11 07:58赵世刚樊雪燕张彦秋
机械研究与应用 2015年6期
关键词:钻台自升式井口

豆 乔,赵世刚,樊雪燕,张彦秋

(兰州兰石能源装备工程研究院有限公司青岛分公司,山东青岛 266520)

0 引言

在海洋油气开发中,自升式钻井平台是目前应用最为广泛的移动式钻井设施。目前国外自升式钻井平台作业水深已达到168 m,钻深12 000 m,钻台设备复杂,自动化程度高,基本能实现无人化作业[1],而国内自升式平台起步较晚,设计比较落后,尤其是钻台设备布局设计与国外有较大差距。国外钻台设备比较先进,钻台布置合理紧促,钻井作业效率高;国内很多平台钻台设备自动化程度不高,钻台面设备布局不够合理,钻井作业效率低,作业风险高。钻台作为钻井作业操作的主要场所和井口设备的承载结构,为了满足钻井平台高效、安全的作业需求,对自升式平台钻台的布局提出了更高的要求。

1 钻台作业工艺和钻台设备配置

1.1 钻台上实现的作业工艺

现阶段自升式平台大都采用顶驱提供钻井动力,从而实现了立根钻进、下钻划眼等操作,大大节省了接单根的时间,提高了钻井效率。在钻井过程中钻台是钻井作业最集中的区域,在钻台上完成的主要钻井作业[2]如下。

(1)钻进作业:顶驱驱动钻头完成一个立根长度的钻进后,将钻柱悬置于井口转盘并与顶驱断开;顶驱从指梁接过立根送至井口,先使立根下接头与井口钻柱相接,再使立根上接头与顶驱中心管相接,接好后,稍上提钻具并取出井口卡瓦,继续打井。

(2)起下钻作业:起钻时顶驱上提钻柱,使一个立根露出井口,将钻柱卡在转盘上,铁钻工卸扣,司钻配合井口将立根存入指梁;下钻时顶驱从指梁接过立根,将立根送到井口并对扣,铁钻工上扣,钻柱下入井底,准备钻井。

(3)下套管作业:按设计好的套管程序,提升套管上钻台,对扣,套管钳上扣,连接套管附件,下放套管柱入井,重复上述操作下到预测井深。

(4)固井作业:当套管下到预定井深,接好钻具,下放注入头到套管靴位置,然后接固井泵,在套管与井壁之间注入水泥,碰压候凝,完成固井作业。

1.2 钻台设备的配置

为了完成钻台面的各种钻井工艺,自升式钻井平台钻台必须配置相应的钻井设备及工具,然而随着时代的发展,自升式钻井平台钻台设备配置也发生了很大变化。

早期自升式钻井平台钻台设备配置比较简单,按功能划分主要有钻井设备、井口工具、钻台阀门组等几大类。其中钻井设备主要有塔架及天车、钻井绞车、转盘、司钻房、钢丝绳倒绳机和死绳固定器等;井口工具有液压猫头、气动绞车、测斜绞车、载人绞车、液气大钳、吊钳、套管钳等;钻台阀门组有高压和固井管汇、节流压井管汇和泥气分离器等。

目前深海高规格的自升式平台,钻台设备配置比较先进,自动化程度比较高。除配置基本钻井设备外,还配有动力猫道、动力鼠洞、自动排管机、泥浆收集盒等自动化管子处理系统,并用铁钻工代替了液压大钳。钻台设备繁多且集中,然而钻台空间有限,因此在配置设备之间的相互位置关系时,合理的钻台面设备布局显得尤为重要。

2 钻台布局

2.1 立根盒布置在V型门猫道侧

以上海振华重工的300FT Jack-up平台为例,其钻台布置形式如图1。

图1 300FT钻台布局示意图

从钻台布局示意图中可看出:立根盒布置在V型门猫道处,钻井绞车布置在立根盒右侧,司钻房在立根盒的右后方,位于绞车的右侧,视野开阔,能直接看到井口中心、钻井工具、绞车、游动系统和立根盒等设备,管汇在绞车对面布置。这种布置结构管子处理比较集中,工艺路线短。但V型大门通往井口的通道比较狭窄,上钻台的设备不流畅。此外立根盒布置在猫道处,会占用大量空间,井口与船尾的距离会加长,悬臂梁的承重也会加大。

2.2 立根盒梁布置在V型门猫道右侧

以辽宁陆海研究院CP400平台为例,其钻台布置形式如图2。从钻台布局示意图中可看出:立根盒布置在猫道右侧,立根盒对侧布置有钻井绞车,在钻井绞车和主井口之间布置1台轨道式铁钻工(负责井口钻具连接或拆分),双鼠洞位置配置了一台手臂式铁钻工(负责鼠洞钻具连接或拆分),司钻房位于V型大门侧靠近猫道处,便于观察主井口、双鼠洞、猫道和立根盒,司钻房对侧为高压管汇和固井管汇,泥气分离器和节流压井管汇布置在立根盒外侧,倒绳机布置在V大门外侧飘台上。

整个钻台设备布局比较合理,自动化程度高,双鼠洞能实现离线接单根,大大提高了钻井效率。但鼠洞位置配置的铁钻工,会遮挡主司钻观察井口的视线,考虑架高司钻房或者重新布置铁钻工的位置。

图2 CP400钻台布局示意图

2.3 立根盒梁布置在V型门猫道左侧

以GustoMSC公司设计的CJ54自升式钻井平台为例,其钻台布置形式如图3。

图3 钻台布局示意图

从钻台布局示意图中可看出:立根盒布置在猫道左侧,立根盒对侧为钻井绞车,司钻房位于V型大门侧靠近猫道处,便于观察井口、猫道和立根盒,倒绳机布置在V大门外侧飘台上,固井和双立管管汇布置在立根盒外侧。因台面空间有限节流压井管汇和司钻房高于钻台面,布置在顶棚上。钻台整体布局跟图2成对称结构,在功能实现上也是一致的。

三种钻台布局形式优缺点对比分析,见表1。

表1 三种钻台布局形式优缺点对比分析

3 结论

钻井平台的布置具有时代气息,随着时代的发展,钻台设备越来越先进,自动化程度越高。加之不同业主对钻台设备配置要求的不同和操作习惯的差异,使得钻台布局设计也不近相同。但总的来说,钻台布局设计在满足钻井工艺高效、安全的前提下,应遵循以下基本原则[4-6]。

(1)钻台布局应满足钻井作业流程的要求,以钻台的功能为核心,合理配置各设备之间的相互位置关系,确保各设备作业流畅且作业路径最短;钻台设备越来越多,由于钻台空间有限,设备较多且集中,在配置设备之间的相互位置关系时,尽量保证钻台的空间利用率。

(2)司钻房应安装在合适的位置,保证司钻视野开阔。

(3)钻台设备配置时,应考虑质量分布情况,尽量保证重量配置平衡,避免出现严重偏重问题。

(4)钻台布局要合理、紧促,井口周围应预留有足够的操作空间,避免井口工具与其他设备干涉。

(5)钻台设备布置时,应结合钻台和各设备的尺寸,考虑人员通道,设备操作、安装及维修空间。

[1] 岳吉祥,綦耀光,肖文生.半潜式钻井平台双联钻机钻台布局设计[J].中国石油大学学报,2008,32(6):113-124.

[2] 夏侯命盛,周 佳,王 璞.自升式钻井平台钻台结构强度研究[J].船舶工程,2014,36(4):174-181.

[3] 刘 俭.自升式多功能平台5 000 m海洋钻机设计[J].石油机械,2011,39(5):45-48.

[4] SY/T 6804.海洋平台钻机设施布置规范[S].2010.

[5] API规范4F.钻井和修井结构规范[S].2008.

[6] 任宪刚,白 勇.自升式钻井平台总布置的研究[J].船舶工程,2010,2(32):121-12.

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