自升式钻井平台钻台设备布局设计浅析.pdf

doi10. 16576/ j. cnki. 1007-4414. 2015. 06. 052 自升式钻井平台钻台设备布局设计浅析 * 豆摇 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 青岛摇 266520 摘摇 要为了提高自升式钻井平台的作业能力,确保钻台作业流程的高效和安全性,对钻台设备布局的合理性进行了 研究。 介绍了钻台的主要功能、钻台设备的一般配置,并对几个钻井平台的钻台布局进行了介绍和基本分析,按自升 式钻井平台钻台作业流程及设备作业的衔接关系,总结了钻台合理布局的一些基本原则。 关键词自升式钻井平台;钻台设计;钻台布局;钻台底座 中图分类号TE951摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码A摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号1007-4414201506-0139-03 Analysis of Drill Floor Equipments Layout in Jack-up Drilling Plat DOU摇 Qiao, ZHAO Shi-gang, FAN Xue-yan, ZHANG Yan-qiu Qingdao Branch of Lanzhou Lanshi Energy Equipment Engineering Research Institute Co. , Ltd, Qingdao Shandong摇 266520, China Abstract In order to improve the operation ability of jack-up drilling plat and to ensure the efficiency and security of the operation procedure, the rationality of the rig equipment layout on drill floor is studied. In this article, the main functions and the general arrangement of the rig equipment is introduced. The drill floor layout of a few drilling plats are introduced and basically analyzed. Finally, some basic principles of drill floor layout are summarized based on the process of jack-up rig op鄄 eration and the cohesive relations of rig equipment. Key words jack-up drilling plat; drill floor design; dill floor layout; drill floor substructure 0摇 引摇 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摇 钻台作业工艺和钻台设备配置 1. 1摇 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摇 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。 931 机械研究与应用2015 年第 6 期 第 28 卷,总第 140 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 经验交流 *收稿日期2015-09-09 作者简介豆摇 乔1987-,女,陕西咸阳人,助理工程师,研究方向陆地钻机、海洋平台。 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摇 钻台布局 2. 1摇 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摇 300FT 钻台布局示意图 1. 节流压井管汇摇 2. 井架摇 3. 双立管摇 4. 转盘及驱动装置 5. 司钻控制房摇 6. 绞车摇 7. 气动绞车摇 8. 立根盒摇 9. 自动猫道 10. 死绳固定器摇 11. 钢丝绳倒绳机摇 12. 液气分离器 摇 摇 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摇 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摇 CP400 钻台布局示意图 1. 绞车摇 2. 铁钻工摇 3. 双立管和固井管汇摇 4. 转盘及驱动装置 5. 立根盒摇 6. 井架摇 7. 泥器分离器摇 8. 节流压井管汇摇 9. 立柱 式排管机摇 10. 死绳固定器摇 11. 钢丝绳倒绳机摇 12. 气动绞车 13. 动力鼠洞摇 14. 猫道机摇 15. 铁钻工摇 16. 司钻房 17. 液压猫头 2. 3摇 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摇 钻台布局示意图 1. 倒绳机摇 2. 转盘摇 3. 铁钻工摇 4. 井架摇 5. 钻井绞车摇 6. 司钻 房摇 7. 鼠洞摇 8. 猫道摇 9. 钢丝绳倒绳机摇 10. 排管机摇 11. 立根 盒摇 12. 死绳固定器摇 13. 冷却装置摇 14. 节流压井管汇摇 15. 固 井和立管管汇 摇 摇 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 041 经验交流摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇2015 年第 6 期 第 28 卷,总第 140 期机械研究与应用 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摇 三种钻台布局形式优缺点对比分析 项目布局一布局二/ 布局三 工艺路线 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。 V 型门处空间宽敞,井口 设备进出方便;但管子处 理路线比较长。 安全性 司钻房布置在立根盒对 面,相对视野开阔,但应急 逃生 路 线 长, 存 在 安 全 隐患。 司钻房在大门坡道处,有 利于应急逃生。 自动化程度 自动化程度低自动化程度相对比较高 重量配置 立根盒在大门坡道处,钻 台的重心靠近悬臂梁,左 右不会出现严重的偏重 问题。 立根盒、绞车座左右弦布 置,缩短了井口中心到船 尾的距离,提高了悬臂梁 的承载性能[3];但在满立 根时, 左 右 会 出 现 严 重 偏重。 3摇 结摇 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。 参考文献 [1]摇 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,2008,326113-124. [2]摇 夏侯命盛,周摇 佳,王摇 璞. 自升式钻井平台钻台结构强度研究 [J]. 船舶工程,2014,364174-181. [3]摇 刘摇 俭. 自升式多功能平台 5 000 m 海洋钻机设计[J]. 石油机 械,2011,39545-48. [4]摇 SY/ T 6804. 海洋平台钻机设施布置规范[S].2010. [5]摇 API 规范 4F. 钻井和修井结构规范[S].2008. [6]摇 任宪刚,白摇 勇. 自升式钻井平台总布置的研究[J]. 船舶工程, 2010,232 狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮 121-12. 上接第 138 页 右基座的连接销子,游车继续上行,完成底座起升。 6摇 底座现场使用情况 首套 DZ450/10. 5 旋升式底座配套于 ZJ70/ 4500D 钻机,2007 年在大港油田成功投入使用,目 前,该底座配套的 ZJ70/4500D 钻机累计生产 30 多 台,出口占到半数,从油田现场反馈的意见,各项性能 指标均达到设计要求,完全满足现代工艺的要求。 充 分显现出其安装、拆卸、搬迁方便,凸显了起升、下放 节省时间的优点。 受到了各油田用户的一致好评。 7摇 结摇 语 DZ450/10. 5 旋升式底座与传统的平行四边形底 座相比,井架大腿落在底座的左右基座上,极大的提 高了钻机的整体稳定性。 井架底座起升采用一次穿 绳两步到位的方式,大大的减少了起升时间。 与相叠 式底座相比,安装、拆卸、搬迁方便,大大节约了搬家 时间。 目前,国内各大油田在用的 70 级钻机中传统 的平行四边形底座及相叠式底座占到了相当大的比 例,随着使用年限的增加,性能不断下降,DZ450/10. 5 旋升式底座作为替换产品,具有良好的市场前景。 参考文献 [1]摇 石亨自,孙晓明,周汉声,等. 美国钢结构学会钢结构手册 [M]. 第八版. 兰州兰州石油机械研究所,1985. [2]摇 SY/ T5609-1999[S]. 石油钻机型式与基本参数. 141 机械研究与应用2015 年第 6 期 第 28 卷,总第 140 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 经验交流