程 糾

（湛江南海西部石油勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東湛江 524057）

海洋修井機(jī)總體設(shè)計(jì)淺析

程 糾

（湛江南海西部石油勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東湛江 524057）

跟陸地修井機(jī)相比，海洋修井機(jī)的主要配置基本相同。海洋修井機(jī)除了工作在潮濕、高含鹽這樣一個(gè)特殊的環(huán)境下以外，還存在諸多不同，一些問(wèn)題需要在總體設(shè)計(jì)中予以關(guān)注。針對(duì)海洋修井機(jī)在總體設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的一些要點(diǎn)進(jìn)行分析，如修井機(jī)在平臺(tái)上的總體布置原則、修井機(jī)與上部組塊的主要接口、井架開(kāi)門形式、修井機(jī)避讓問(wèn)題、BOP系統(tǒng)配置要求和F&GAS系統(tǒng)設(shè)置等，為海洋平臺(tái)修井機(jī)總體設(shè)計(jì)提供一些借鑒。

海洋平臺(tái)；修井機(jī)；總體布置；接口；避讓

0 概述

海洋修井機(jī)與陸地修井機(jī)的主要配置基本相同，主要包括起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、底座、輔助設(shè)備和井場(chǎng)。各種設(shè)備主要根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選型。海洋修井機(jī)基本采用電驅(qū)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)形式主要根據(jù)平臺(tái)的電負(fù)荷情況來(lái)確定。電驅(qū)與柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，除了動(dòng)力設(shè)備和傳動(dòng)系統(tǒng)不同外，其它主要配置基本一致。

總體設(shè)計(jì)前期，需要確認(rèn)修井機(jī)所具備的功能，確認(rèn)是組塊打井還是導(dǎo)管架打井，后期是否需要打調(diào)整井。如果后期是鉆井船打調(diào)整井，修井機(jī)需要考慮避讓，需要進(jìn)行鉆井船靠平臺(tái)修井機(jī)避讓分析。如果后期是修井機(jī)打調(diào)整井，需要考慮預(yù)留的鉆井設(shè)備的布置及油氣水電的接口。進(jìn)行支反力計(jì)算時(shí)，要考慮是否有補(bǔ)給船輔助作業(yè)，如果沒(méi)有，需要將所有設(shè)備同時(shí)工作時(shí)的負(fù)載考慮進(jìn)去。

1 總體布置原則

海洋修井機(jī)要適應(yīng)平臺(tái)的空間要求和海洋環(huán)境氣候條件，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；采用成熟的技術(shù)和結(jié)構(gòu)，提高修井機(jī)的可靠性；采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證海洋修井設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性、適用性和先進(jìn)性；選用耐腐蝕的金屬材料，采用涂層與鍍層相結(jié)合，強(qiáng)化腐蝕防護(hù)，保證修井機(jī)的使用壽命[1]。

修井機(jī)在海上平臺(tái)的布置，應(yīng)優(yōu)先考慮以下方面：

1）保護(hù)人員的生命安全；

2）盡可能降低災(zāi)害性事故發(fā)生的可能性；

3）事故發(fā)生后，盡可能減輕事故的后果；

4）保護(hù)設(shè)備、財(cái)產(chǎn)，保護(hù)環(huán)境。

規(guī)范對(duì)平臺(tái)的布置要求，修井機(jī)同樣需要遵守，如：主逃生通道最小寬度為1.2m，高度為2.3m，鉆臺(tái)面上要布置雙逃生通道，保證處在任何位置的人員在遇到險(xiǎn)情時(shí)能從2個(gè)相反方向安全逃離?？傮w布置有利于介質(zhì)流向，合理布置，節(jié)約面積[2]。根據(jù)吊機(jī)的工作半徑和吊裝能力，考慮預(yù)留設(shè)備的布置位置。修井機(jī)主體結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)考慮其位于4個(gè)極限井位時(shí)，周圍均有足夠的安全通道。對(duì)于前期方案研究中甲板空間不夠的情況，應(yīng)盡早擴(kuò)甲板或改變修井機(jī)主體結(jié)構(gòu)。

對(duì)于BOP儲(chǔ)能器與井口區(qū)的間距，《鉆井井控技術(shù)規(guī)程》（SY/T6426-2005）中規(guī)定防噴器遠(yuǎn)程控制臺(tái)安裝在距井口不少于25m的專用活動(dòng)房?jī)?nèi)[3]。海上平臺(tái)由于空間受限，一般盡量將BOP儲(chǔ)能器布置在上層甲板遠(yuǎn)離井口區(qū)的地方，且基本為集裝箱式，保護(hù)事故工況下對(duì)儲(chǔ)能器的影響，動(dòng)作時(shí)間滿足規(guī)范要求，同時(shí)合理設(shè)置上下鉆臺(tái)面的梯子，考慮手動(dòng)操作人員能夠盡快到達(dá)BOP儲(chǔ)能器。

總體布置時(shí)，盡量將泥漿罐、泥漿泵等重設(shè)備布置在平臺(tái)甲板上，減輕修井機(jī)本體的重量，從而減輕結(jié)構(gòu)的重量。同時(shí)，應(yīng)注意上部組塊吊點(diǎn)的布置位置，部分設(shè)備如果剛好處于吊點(diǎn)位置，還應(yīng)考慮暫時(shí)放置在其它位置，等平臺(tái)安裝好后利用吊機(jī)或其它輔助裝置將設(shè)備移置到固定位置。

滿足浮吊吊裝要求的情況下，盡可能考慮修井機(jī)與上部組塊一起吊裝，減少吊裝費(fèi)用，修井機(jī)在陸地上就在上部組塊上安裝好，并連接好管線。可以節(jié)省海上安裝時(shí)間，為盡早進(jìn)行海上調(diào)試、平臺(tái)提前投產(chǎn)節(jié)省時(shí)間。

2 修井機(jī)與上部組塊接口

海洋修井機(jī)作為平臺(tái)的一部分，其公用資源由平臺(tái)提供。對(duì)于修井機(jī)和上部組塊工程建設(shè)項(xiàng)目組不是同一個(gè)項(xiàng)目組的情況，厘清接口、確定采辦及安裝界面對(duì)項(xiàng)目的順利開(kāi)展尤為重要。平臺(tái)為修井機(jī)提供必要的電源、海水、淡水、壓縮空氣、柴油和消防水。其中電源包括動(dòng)力用電、照明用電、應(yīng)急用電、應(yīng)急照明用電、儀表和井架頂端警示燈的用電，消防水為2路。電驅(qū)修井機(jī)平臺(tái)還需要提供600V電源給轉(zhuǎn)盤、絞車和泥漿泵。其它由平臺(tái)提供的如海水、淡水、壓縮空氣、柴油一般由上部組塊方安裝在上層甲板的適當(dāng)位置，并配置相應(yīng)的閥門，閥門出口配焊接型配對(duì)法蘭、螺栓、螺母密封墊。泥漿由泥漿船補(bǔ)給，并通過(guò)安裝在上部組塊上的泥漿管線打入泥漿池。表1為典型的接口表。

表1 接口表

3 井架開(kāi)門形式

海洋修井機(jī)大多采用側(cè)開(kāi)門形式，因?yàn)檎_(kāi)門形式井架放倒后修井機(jī)重心偏心嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)較難設(shè)計(jì)。而采用正開(kāi)門結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)很多便利，如上下鉆臺(tái)面的設(shè)備、鉆桿不受井架V形門高度限制，可以擴(kuò)大鉆臺(tái)面的視野，頂驅(qū)安裝更加方便。相對(duì)側(cè)開(kāi)門結(jié)構(gòu)，正開(kāi)門結(jié)構(gòu)可減少一條軌道。這是因?yàn)榫懿捎脗?cè)開(kāi)門結(jié)構(gòu)，鉆臺(tái)面做橫向移動(dòng)，下底座做縱向移動(dòng)，鉆井船就位、修井機(jī)避讓時(shí)，下底座還需要做橫向移動(dòng)，所以還需要在甲板上安裝一條避讓軌道。采用正開(kāi)門結(jié)構(gòu)，鉆臺(tái)面做縱向移動(dòng)，下底座做橫向移動(dòng)，下底座下的主軌道兼作避讓軌道，可以減少一條軌道，減輕重量，節(jié)省投資。采用正開(kāi)門結(jié)構(gòu)存在的最大的缺點(diǎn)在于井架放倒或極端工況下，重心偏心比較嚴(yán)重，上、下底座的基座將產(chǎn)生向上的拉力，需要設(shè)置特殊的底座固定機(jī)構(gòu)，并盡量將設(shè)備布置在另一端，減輕偏心問(wèn)題，保證整個(gè)修井機(jī)的結(jié)構(gòu)安全。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇合適的井架開(kāi)門形式。

4 修井機(jī)避讓

對(duì)于后期用鉆井船打調(diào)整井的平臺(tái)，修井機(jī)需要考慮避讓，待鉆井船完成鉆井作業(yè)撤離平臺(tái)后，修井機(jī)再移到正常的修井位置。鉆井避讓時(shí)主要考慮以下方面：

1）修井機(jī)避讓時(shí)不能與吊機(jī)干涉，不受火炬臂的影響。

2）對(duì)于鉆井船升船達(dá)到最大氣隙后，懸臂梁與上層甲板的間距不大的情況，需要嚴(yán)格控制懸臂梁覆蓋區(qū)域設(shè)備的尺寸以及組塊高度方向上的制作精度，一般將上層甲板標(biāo)高控制在0.1米以內(nèi)，如安裝在上層甲板上的吊機(jī)、泥漿罐等；同時(shí)對(duì)空間情況進(jìn)行放樣，考慮在1米安全余量的情況下，判斷是否與其它設(shè)備或結(jié)構(gòu)物干涉。圖1為南海某平臺(tái)鉆井船就位時(shí)修井機(jī)避讓立面分析圖。

3）如果鉆井船的氣隙不滿足靠船鉆井的要求，需要同鉆井船方溝通，確認(rèn)是否可以通過(guò)改造海水提升泵、電纜等增大鉆井船的氣隙。

4）由于鉆井船就位、修井機(jī)避讓時(shí)，需要拆除或平放安裝在甲板上的拖鏈，同時(shí)拆除拖鏈上的電纜。通常為了拆接方便，穿拖鏈的電纜采用活動(dòng)接頭形式。而活動(dòng)接頭一般較貴，且容易出故障，所以也有用接線箱代替活動(dòng)接頭來(lái)連接電纜的形式。

5）部分修井機(jī)避讓時(shí)，影響直升機(jī)的起降，需要提前考慮鉆井期間平臺(tái)上的人員上下平臺(tái)的情況。

圖1 鉆井船就位時(shí)修井機(jī)避讓立面分析圖

5 BOP系統(tǒng)配置要求

部分修井機(jī)防噴器組只配置了環(huán)形防噴器、雙閘板防噴器和四通，其中雙閘板包含一個(gè)剪切閘板和一個(gè)半封閘板。

為了降低整個(gè)項(xiàng)目的投資成本，一般海洋修井機(jī)都需要具備進(jìn)行調(diào)整井作業(yè)的功能。按照以上的配置，在特殊情況下，用剪切閘板防噴器剪斷鉆柱達(dá)到全封井目的的同時(shí)，若剪切閘板防噴器下方半封閘板處有鉆桿接頭、加重鉆桿管體等管柱時(shí)，半封閘板難以懸掛住剪斷的管柱，剪斷的管柱存在掉進(jìn)井里的可能性，給后續(xù)工作帶來(lái)不便。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，新的項(xiàng)目基本都對(duì)BOP的配置進(jìn)行了升級(jí)，在原來(lái)的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)半封單閘板，新增半封單閘板除了具備半封閘板的功能外，還能用于特殊情況下懸掛管柱[4]。這樣的配置也滿足《海洋石油安全管理細(xì)則》（安監(jiān)總局25號(hào)令）中關(guān)于防噴器系統(tǒng)的要求，即中間（技術(shù)）套管上安裝1個(gè)環(huán)形、1個(gè)雙閘板（或者2個(gè)單閘板）和1個(gè)剪切全封閉閘板防噴器[5]。

6 F&GAS系統(tǒng)設(shè)置

修井機(jī)F&GAS系統(tǒng)即火氣系統(tǒng)，其工作原理與平臺(tái)一致，即由探測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成。探測(cè)系統(tǒng)包括各種火、氣探頭和報(bào)警按鈕；控制系統(tǒng)分為就地控制系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)包括各種報(bào)警指示系統(tǒng)以及滅火系統(tǒng)。

為了保證平臺(tái)F&GAS系統(tǒng)的完整性，體現(xiàn)平臺(tái)作業(yè)安全的原則，同時(shí)又突出修井機(jī)作業(yè)的相對(duì)獨(dú)立性。修井機(jī)火災(zāi)及可燃?xì)怏w檢測(cè)器信號(hào)直接進(jìn)入平臺(tái)F&GAS系統(tǒng)，平臺(tái)預(yù)留I/O點(diǎn)位，報(bào)警信號(hào)在平臺(tái)和修井機(jī)同時(shí)顯示，由修井機(jī)處負(fù)責(zé)關(guān)斷。平臺(tái)的廣播接入修井機(jī)，修井機(jī)內(nèi)部的廣播不接入平臺(tái)系統(tǒng)。為便于維護(hù)，修井機(jī)可燃?xì)怏w檢測(cè)器、感煙探頭和感溫探頭型號(hào)與平臺(tái)的探頭型號(hào)保持一致。

7 總結(jié)

隨著多年的消化與積累，國(guó)內(nèi)海洋修井機(jī)幾乎全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)，能夠滿足海洋油氣田的鉆修井需要。然而，如何提高海洋修井機(jī)的設(shè)計(jì)水平，縮短與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，需要設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)對(duì)國(guó)外研究現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展方向的了解，加強(qiáng)與現(xiàn)場(chǎng)工作人員的溝通，確保海洋修井機(jī)運(yùn)行的更加可靠、經(jīng)濟(jì)，更好地為我國(guó)海洋油氣田開(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)[6]。

[1] 徐田甜, 張美榮. 我國(guó)海洋鉆修井機(jī)的應(yīng)用[J]. 船舶工程, 2008,30(4):7-7.

[2] 海上固定平臺(tái)安全規(guī)則. 能源部,2008.

[3] SY/T6426-2005, 鉆井井控技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 曹式敬. 超深水防噴器組及其控制系統(tǒng)配置探討[J].石油鉆探技術(shù), 2012,40(5):116-116.

[5] 海洋石油安全管理細(xì)則. 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局, 2009.

[6] 魯獻(xiàn). 對(duì)國(guó)產(chǎn)在役海洋修井機(jī)存在問(wèn)題的探討[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008,5(3):58-58.

General Plan Design of Offshore Workover Rig

Cheng Jiu
(Zhanjiang Nanhai West Oil Survey and Design Co., Ltd., Guangdong Zhanjiang 524057, China)

Compared with the land workover rig, the main configuration of offshore workover rig is basically the same. In addition to working in such a special environment which is humid and high salt, there are still many differences between offshore and land workover rig. Some problems need to be paid attention in the general plan design. Some key points of offshore workover rig which should be paid attention to in general plan design process are analyzed, such as the general arrangement principle of workover rig on the platform, main interfaces between the workover rig and the upper deck, open form of derrick, workover rig dodge, BOP system configuration requirements and F&GAS system settings.

can be provided for the general plan designer of offshore workover rig.

offshore platform; workover rig; general arrangement; interface; dodge

TE935

A

10.14141/j.31-1981.2015.03.006

程糾（1983-），男，工程師，研究方向：海洋石油機(jī)械設(shè)計(jì)與研究、壓力容器設(shè)計(jì)。