钻井平台增加井口辅助作业平台可行性分析.pdf

2 0 1 4年 第 4 3卷 第 7期第 l 6页 石 油矿 场 机械 OI L F I EL D EQUI PMENT 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 4 0 7 0 0 1 6 - 0 4 钻井平 台增加井 口辅助作业平 台可行性分析 杨秋 荣 ， 范 白涛 ， 宋林松 1 ． 中海石油 中国 有 限公司 天津分公司 ， 天津 3 0 0 4 5 2 ； 2 ． 中海油 田服务股份有限公 司 钻井 事业部 ， 河北 燕郊 0 6 5 2 0 1 摘要 为提 升钻 井平 台作 业效 率 ， 借鉴 深水 平 台一个 半 井架 的作 业 理念 ， 对 渤 海 油 田现 有 自升 式钻 井平台井架部分进行改造设计， 增加 井 口辅助作业平 台， 实现 离线作业功 能。利用有限元分析方 法， 对改造后 井架的结构强度进行 了校核。分析结果表明 系统结构可靠， 稳定性好 ， 能够满足长期 安 全工作 的 需要 。 关键词 钻 井平台； 井口辅助作业平台； 离线作业； 有限元分析 中图分类 号 TE 9 2 8 文献标 识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 4 2 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 0 5 F e a s i b i l i t y An a l y s i s o f Us i ng S e c o n d a r y W e l l he a d Pl a t f o r m i n Dr i l l i n g Pl a t f o r m YANG Qi u r o n g ， F AN B a i t a o ， S ONG Li n s o n g 1 ． CNOOC Ti a n j i n L t d．， Ti a n j i n 3 0 0 4 5 2， C h i n a； 2 ． Dr i l l i n g Di v i s i o n o f C h i n a ’／ s h o r e Se r v i c e s Li mi t e d， Y a n j i a o 0 6 5 2 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o e n h a n c e t h e e f f i c i e n c y o f d r i l l i n g p l a t f o r m， t h e d e r r i c k o f j a c k u p d r i l l i n g p l a t f o r m o f Bo ha i i n e x i s t e nc e h a s be e n r e c on s t r u c t e d a nd d e s i g ne d f r om c o ns u l t e d i d e a o f o n e a n d a ha l f d e r r i c k of d e e pwa t e r pl a t f o r m ． The d e r r i c k h a s b e e n d e s i g ne d t o a d d a s e c o n da r y s t r u c t u r e t o r e a l i z e o pe r a t i o n o ut o f we l l he a d ． r he s t r u c t ur e s t r e ng t h of d e r r i c k ha s b e e n c h e c ke d u s i n g FEM a na l ys i s me t h o d． Th e a n a l y s i s r e s ul t i n di c a t e d t h a t t h e s t r u c t u r e o f t hi s s y s t e m i s i n r e a s o n a nd ha s go od s t a bi l i t y， a n d i t c a n m e e t l on g pe r i o d o f dr i l l i n g s a f e l y ． Ke y wo r ds d r i l l i ng p l a t f o r m ； s e c o n d a r y we l l h e a d p l a t f o r m o p e r a t i o n o u t o f we l l he a d； FEM a n a l y s i s 随着渤 海油 田的开 发 ， 钻 井 工作 量 和产 量 目标 逐年提高 ， 对钻井平台作业效率的要求也越来越高 。 渤海油 田所用 自升式钻井平台均为传统单井架 ， 作 业 均在 井 口完成 ， 没有脱 机作 业能 力 。 目前 ， 深水钻 井 平 台广泛应 用 双 井架 和 一 个 半井 架 的新 型 钻机 ， 在 进行 正常 钻进 的 同时 ， 并行 完成 组装 、 拆卸 钻柱 以 及下放隔水管柱 、 套管柱和下放、 回收水下器具等脱 机作 业 ， 钻 井 时 间 可 较 常 规 钻 机 节 省 2 1 ～ 7 0 J 。本文借鉴深水钻井平台一个半井架的作业 理念， 在现有 自升式钻井平 台上增加井 口辅助作业 平台， 从而实现钻杆 、 套管等 的离线操作 ， 减少接钻 具 的时 间 ， 提高平 台作 业效 率_ 2 ] 。 1 井 口辅助作业平台方案设计 由于钻 井 平 台井 口区域 有 限 ， 为 实现 离线 作 业 功能 ， 设计 了外 挂 的井 口辅 助作 业平 台 ， 并 以渤海 油 田某 在役 自升 式钻 井平 台 为例 ， 对 井 架 进行 了改 造 设计 。 1 ． 1 井 口辅 助作业 平 台结构设 计 井 口辅助作业平 台结构如 图 1所示 ， 共分为 2 收 稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 0 基金项 目 中海 石油 中国 有 限公 司科研项 目“ 渤海油 田提升钻井效率系统优化研 究及 其应 用” Y X KY 一 2 0 1 0 一 T J 一 0 4 作者简介 杨秋荣 1 9 8 2 一 ， 女 ， 山东 梁 山人 ， 硕 士， 工 程 师 ， 主要 从事 海 上石 油钻 完井 技 术研究 ， E m a i l y a n g q r c n o o c corn． cn 。 石 油矿 场机 械 2 0 1 4年 7月 助液 压大 钳完 成立根 的连 接 。接好 的立根 沿导轨 由 1号 鼠洞的半开 口处运出井 口辅助作业平 台， 进入 井架 内部 由井 架工排 放人 立根 盒 内。 2 ． 2立根排 放与取 用顺 序 改造井 架 内俯 视 图 如 图 4 ， 钻 井 作 业 时将 2号 立根盒第 7列与第 8列空 出， 等待排放井 口辅助作 业平台上接好的立根。当钻井深度超过 3 0 0 0 r n需 要补 充钻杆 时 ， 开始离 线接 立根 工作 ， 接 好 的立根 由 滑轨 运送 至 2号立 根 盒对 应 列 位 置 ， 新 增猴 台上 的 井架工配合地面井架工 由第 7列到第 8列 ， 按每一 列 由第 8行到 第 1 行 的顺 序排放 立根 。当 2 号 立根 盒中前 6列立根尽数下放到井 内后 ， 继续下钻 时先 取第 7列 中的立根 ， 后取第 8列 中的立根。当第 7 列 中的立根全 部取 出后 ， 可 利 用第 8列 中立 根 的取 用时间继续向第 7列 中补充立根 ， 当第 8列 中立根 取 尽后 ， 下钻 即可 使 用第 7列 中 的立根 ， 依 次类 推 ， 直到钻 进工作 完成 。 图 4 改造井架 内俯视 图 3 改造后井架的有 限元分析 根据 目标井架的具体尺寸参数 ， 应用 AB Aqus 有 限元 软件建 立井 架 的有 限 元模 型 进 行 强 度校 核 ， 忽 略二层 台、 天 车 、 游 车 系统 以及各 种设备 所 占空 间 大小 ， 仅 考虑井 架 和设备 自重力 。 3 ． 1 静 力学分 析 平台井架所承受的静载荷主要包括井架和各种 设备 自重力 、 最大钩载、 风载荷 以及立根载荷 。其 中 井架’ 自重 可通 过有 限元软 件直 接导入 ； 天 车及游 车 系统 自重 力 1 4 7 k N； 二层 台 自重力 3 5 ． 6 k N； 立 根 重力 7 ． 8 5 k N； 导轨伸 出长 度 5 ． 2 r n ， 气 动 葫 芦 重 力 1 ． 4 k N； 新 增 小 平 台 自重 力 3 9 2 k N； 新增 滑轨 、 气动葫芦 、 气动绞车、 猴台 自重力 1 9 ． 6 k N。 仅考虑静载荷， 作业时大钩载荷 即为悬挂在大 钩 上 的立根重 力 。最大 钩载 为钻 至最 大井深 时 的大 钩 载荷 ， 计 算公 式 为 Q q L 式 中 q为钻 杆单 位重力 ， q 一0 ． 2 8 4 4 k N／ m； L ⋯ 为 名 义最 大钻井 深度 ， L ⋯ 一6 0 0 0 m。 计算得大钩载荷 Q一1 7 0 6 ． 4 k N， 实际作业 中 应考 虑动载 系数 ， 大 钩载 荷 Q⋯ 1 ． 2 Q2 0 4 7 ． 6 8 k N。结构计算时将大钩载荷 以等效集 中力形式分 布在井架顶端的 4个节点上L 3 。 风载荷计算公式为 F 一 0． 61 1 6 C Ch A v 式 中 A 为构件 的迎 风 面积 ， m ； 为 风 速 ， m／ s ； C 为受风杆件 的高度 系数； C 为受风杆件 的形状 系 数 ， C 。 一1 ． 8 。 立根 载荷包 括立根 自重对 井架产生 的作 用力 水平作用力 及立根所受风载施加 给井架 的作用 力 ， 计 算 时将 该 载荷 通 过 二层 台 的指 梁按 水 平 方 向 作 用 到井架 相应 节点 上 。 目标 钻 井井架 内部 立根 盒 的容 量为 0 1 2 7 mm 5英 寸 钻 杆 1 0 4柱 。 立根 自重 对井架 产生 的水 平作用 力 为 F 一 q n z c 。 t 式中 l 为立根的长度 ， m； n为存放的立根总数 ； 为 立根 与钻 台面 的倾斜 角 ， 。 。 立根 所受 风载荷 为 F 一 n1 l ds i n O Ch C P 式中 P为风压 ， 取 4 1 4 ． 6 P a ； 为指梁上每排的立 根 数 ， 一1 5 ； d为 立 根 的外 径 ， 一 般 取 接 头 或 接 箍 外 径 ， 1 2 ． 7 c m； C h 为 高 度 系数 ， 取 1 ． 0 5 ； C 为 形 状 系数 ， 取 0 ． 8 。 考 虑正 常作业 工况 ， 最 大 风 速 l 9 ． 4 m ／ s ， 得 到 改 造后 井架 的 应 力 与位 移 云 图 ， 如 图 5 。 由 图 5可 以看 出 改造 后 的井 架 在 正 常作 业 工 况 下 的最 大 应 力为 l 1 8 ． 2 MP a ， 小 于材料 的许 用应力 ； 最 大位移 为 3 1 ． 1 4 mm， 满足 井架 长期 安全工 作 的需要 。 a 应力 云图