(中海油研究總院，北京 100027)

在確定海上油氣田投入開(kāi)發(fā)后，為了盡可能縮短油氣田開(kāi)發(fā)建設(shè)周期，在生產(chǎn)平臺(tái)組塊、導(dǎo)管架及平臺(tái)生活設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造的同時(shí)，通常采用水下基盤(pán)預(yù)鉆開(kāi)發(fā)井的作業(yè)方式，待導(dǎo)管架和設(shè)備建造完成并經(jīng)海上安裝調(diào)試后，再?gòu)乃禄P(pán)上的海底井口回接各層套管到生產(chǎn)平臺(tái)上。[1]水下基盤(pán)主要作用包括引導(dǎo)鉆具、承接水下井口裝置及防噴器組、布置井距、輔助導(dǎo)管架對(duì)接定位等。[2]水下基盤(pán)的結(jié)構(gòu)及規(guī)格主要是根據(jù)油田設(shè)計(jì)需鉆的開(kāi)發(fā)井井?dāng)?shù)、作業(yè)區(qū)的水深和海況等因素來(lái)確定，在開(kāi)發(fā)井作業(yè)中通常選用整體式水下基盤(pán)結(jié)構(gòu)[3-5]。

1 作業(yè)平臺(tái)安裝基盤(pán)可行性分析

1.1 基本數(shù)據(jù)

南海某油田所處海域水深117 m，計(jì)劃采用半潛式平臺(tái)(南海2號(hào)平臺(tái))進(jìn)行下基盤(pán)作業(yè)。在預(yù)鉆開(kāi)發(fā)井作業(yè)中采用整體式水下基盤(pán)，單個(gè)基盤(pán)在空氣中凈重約660 kN，基盤(pán)構(gòu)架是用直徑0.508 m及直徑0.356 m管材焊接而成，主要構(gòu)件有井孔套、樁管套及附件，見(jiàn)圖1。

圖1 基盤(pán)示意圖(尺寸單位：m)

基盤(pán)外輪廓尺寸約為：14.224 m×7.924 m×4.369 m，孔槽數(shù)4×3孔，孔距2.286 m×2.286 m，井孔套及樁管套通徑均為1.066 m，基盤(pán)方向?yàn)槲?5°北。

基盤(pán)材質(zhì)為低碳鋼，屈服應(yīng)力為248 MPa，3根樁套采用高強(qiáng)度鋼，屈服應(yīng)力為345 MPa。

1.2 可行性分析

通過(guò)分析平臺(tái)和基盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及設(shè)備情況，研究得出南海2號(hào)平臺(tái)可滿足基盤(pán)轉(zhuǎn)運(yùn)及下入安裝作業(yè)：①基板在吊上平臺(tái)后，只能固定于該導(dǎo)向喇叭口底部。圓井甲板下部有一固定的BOP導(dǎo)向喇叭口裝置，其延伸方向朝水面，見(jiàn)圖2、3。它的尺寸大小不允許海底基板避開(kāi)它再往上(主甲板箱形梁位置)提升；②海上接收基盤(pán)時(shí)，只能采用生存吃水。導(dǎo)向喇叭口底部離海面較近(在鉆井吃水時(shí)只有4.54 m)，基板在駁船上的海拔高度幾乎超過(guò)了此高度，而在生存吃水時(shí)吊裝基板就較為安全(生存吃水時(shí)BOP導(dǎo)向喇叭口底部離海面距離為9.11 m)，基盤(pán)的搖擺度通過(guò)4根導(dǎo)向繩加以穩(wěn)固，使其不會(huì)大幅度搖擺，滿足下基盤(pán)作業(yè)需求；③在轉(zhuǎn)運(yùn)拖航過(guò)程中，可采用平臺(tái)上的隔水管張力器進(jìn)行固定：張力器工作能力范圍2 170 kN，可滿足提升基盤(pán)(重約660 kN)的作業(yè)需求。

圖2 南海二號(hào)主甲板以下結(jié)構(gòu)示意(艏艉視)(單位：m)

圖3 固定于圓井甲板下部的BOP導(dǎo)向喇叭口(右視)(單位：m)

2 基盤(pán)場(chǎng)地裝船作業(yè)

2.1 裝船作業(yè)

在基盤(pán)制作場(chǎng)地用一臺(tái)150 t履帶吊車(chē)將基盤(pán)吊起，放到一臺(tái)平板拖車(chē)上，然后將基盤(pán)搬運(yùn)至碼頭前沿。裝船作業(yè)時(shí)駁船要順碼頭前沿?？浚⒂美|繩系掛在碼頭系纜樁上。吊裝時(shí)用兩臺(tái)150 t履帶吊同時(shí)作業(yè)，兩臺(tái)吊車(chē)調(diào)整好扒桿角度，并保持好適當(dāng)距離后，平緩地把基盤(pán)從平板拖車(chē)上將基盤(pán)吊起來(lái)后，拖車(chē)隨即駛離現(xiàn)場(chǎng)，然后兩臺(tái)吊車(chē)同步緩慢向碼頭前沿行駛，到達(dá)前沿后，同時(shí)調(diào)整扒桿角度，將基盤(pán)慢慢放到駁船的中心線上。

2.2 固定作業(yè)

固定分為水平方向和豎直方向固定，在導(dǎo)向樁筒及其支撐斜桿邊加上8個(gè)固定樁，固定樁用直徑0.339 m鋼管制作，長(zhǎng)約1 m，焊在甲板上，可完全限制基盤(pán)在水平方向的任何移動(dòng)；用4根鋼絲繩通過(guò)眼板把基盤(pán)栓牽在甲板上，防止基盤(pán)在拖航過(guò)程中發(fā)生垂直方向上的跳動(dòng)，見(jiàn)圖4。并在基盤(pán)下層橫梁的10個(gè)節(jié)點(diǎn)上加以支墊，使基盤(pán)的重力均勻分布在這10個(gè)支墊上，而不是在導(dǎo)向樁筒上，支墊采用鋼管或工字鋼，所有支墊都焊在甲板上。

圖4 基盤(pán)裝船固定示意

3 基盤(pán)海上轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)

海上轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)是鉆井平臺(tái)將基盤(pán)在南海海域固定于平臺(tái)箱型梁之下，隨平臺(tái)拖航到南海某油田，整個(gè)作業(yè)包括在此方案中有：選擇錨地吊裝基盤(pán)；把基盤(pán)從基盤(pán)制造公司基地運(yùn)到錨地之前的準(zhǔn)備；把載著基盤(pán)的駁船拖入平臺(tái)底部；把基盤(pán)從駁船吊起升到平臺(tái)箱型梁下就位固定。

3.1 選擇錨地吊裝基盤(pán)

根據(jù)以往作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，水深超過(guò)30 m給吊裝作業(yè)增加了風(fēng)險(xiǎn)，26 m水深對(duì)于應(yīng)急時(shí)的生存吃水已經(jīng)足夠，選擇錨地水深：26～30 m；作業(yè)環(huán)境風(fēng)力小于10 m/s，浪高小于1 m。平臺(tái)就位時(shí)艏向與最大潮水時(shí)海流的流向一致，錨泊至少需要4個(gè)錨拋出400 m鏈長(zhǎng)，張力800 kN。

3.2 基盤(pán)海上轉(zhuǎn)運(yùn)準(zhǔn)備

海上轉(zhuǎn)運(yùn)需要準(zhǔn)備兩艘工作船、相關(guān)吊索和纜繩等輔助安裝工具，平臺(tái)需要調(diào)整吃水、錨定及準(zhǔn)備好鉆柱補(bǔ)償器、隔水管張力器、導(dǎo)向繩張力器等安裝作業(yè)相關(guān)設(shè)備和工具。

3.3 駁船就位至平臺(tái)底部

一號(hào)工作船將運(yùn)載基板的駁船拖航到平臺(tái)錨地之后，在平臺(tái)附近把運(yùn)載基盤(pán)的駁船移至船艉；從平臺(tái)放下救生艇；二號(hào)工作船在平臺(tái)正艏向拋錨，二號(hào)工作船靠平臺(tái)船艏；救生艇協(xié)助二號(hào)工作船把兩根帶有繩套的纜繩分別拉到1#、8#號(hào)錨鏈，并用卸扣和3/4 in鋼絲繩套多次打折系泊在1#、8#號(hào)錨鏈上；在二號(hào)工作船系泊后，指揮一號(hào)工作船在平臺(tái)正艉方向拋錨；一號(hào)工作船拖駁船靠平臺(tái)船艉；救生艇傳遞二號(hào)工作船上的200 m纜繩給駁船并系在三角纜上，二號(hào)工作船絞緊三角纜，一號(hào)工作船協(xié)助二號(hào)工作船拖駁船靠平臺(tái)，但是注意張力不可太大；將平臺(tái)在船艉準(zhǔn)備好的兩條纜繩拋(或用吊車(chē)吊)給一號(hào)工作船帶纜；用吊車(chē)把駁船工作人員和工具吊到駁船；救生艇協(xié)助駁船把4根帶有繩套的纜繩分別從內(nèi)側(cè)拉到2#、3#、6#、7#號(hào)錨鏈，并用卸扣和3/4 in鋼絲繩套多次打折系泊在2#、3#、6#、7#號(hào)錨鏈上，見(jiàn)圖5。

圖5 駁船就位至平臺(tái)底部示意

啟動(dòng)二號(hào)工作船甲板絞車(chē)，緩慢收緊三角纜將駁船拖人平臺(tái)底部。與此同時(shí)一號(hào)工作船同步放松拖纜。駁船上工作人員密切配合系緊駁船4個(gè)方向的纜繩，確保駁船被拖入平臺(tái)底部的過(guò)程中不與平臺(tái)樁腿發(fā)生碰撞；當(dāng)基盤(pán)到達(dá)轉(zhuǎn)盤(pán)下方后，停止絞纜，系緊纜繩，將駁船錨定。

3.4 基盤(pán)吊起升到平臺(tái)箱型梁下就位固定

司鉆下放已經(jīng)連接好的提升工具(包括：一柱5“加重鉆桿、提升短接、4根12 m2”基盤(pán)吊索)到基盤(pán)上；駁船上工作人員將基盤(pán)吊索用水下卸扣與基盤(pán)吊耳連接；圓井甲板工作人員將4根導(dǎo)向繩放下，遞給駁船；駁船工作人員將4根導(dǎo)向繩分別在基盤(pán)四角立柱上繞兩圈后卸扣套緊。

解除駁船上對(duì)基盤(pán)的固定物；將基盤(pán)提離駁船；記錄基盤(pán)在空氣中的重量；轉(zhuǎn)動(dòng)加重鉆桿調(diào)整基盤(pán)方向，使基盤(pán)對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的在平臺(tái)固定的方向；調(diào)整導(dǎo)向繩張力，控制基盤(pán)擺動(dòng)；緩慢提升基盤(pán)到頂BOP導(dǎo)向喇叭口，邊提邊甩掉2根加重鉆桿使游車(chē)盡量放低；超提22.24 kN；張緊導(dǎo)向繩，張力22.24 kN?；P(pán)吊起升到平臺(tái)箱型梁下就位固定作業(yè)過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖6 基盤(pán)固定方案示意

將6根短索套在基盤(pán)橫梁上，分別與6根(3對(duì))隔水管張力繩琵琶頭用55 t卸扣和連接環(huán)連接起來(lái)；張緊張力器，張力142.34 kN，調(diào)整張力的同時(shí)慢慢放松游車(chē)，使過(guò)提不超過(guò)44.48 kN。

4 基盤(pán)下入安裝作業(yè)

4.1 定位作業(yè)

要求不水平度不大于0.5°，在安裝以前，需用ROV對(duì)井位海底地質(zhì)地貌進(jìn)行詳細(xì)的勘查，并清除海底的障礙物。鉆井平臺(tái)到達(dá)井位后，按設(shè)計(jì)要求定位，基盤(pán)首向?yàn)槲?5°北，誤差小于+2°，通過(guò)衛(wèi)星定位進(jìn)行就位作業(yè)。

4.2 下入作業(yè)

平臺(tái)拖航到預(yù)定井位后，將8個(gè)錨拋好后即可以進(jìn)行下放基盤(pán)作業(yè)，平臺(tái)的8個(gè)錨為均布方式拋錨。下放時(shí)的氣象條件應(yīng)是5級(jí)風(fēng)以下，平臺(tái)搖擺度在±5°以內(nèi)，在平臺(tái)上松脫輔助懸吊繩索和基盤(pán)在拖航過(guò)程中的固定繃?yán)K，安裝好用于艏向定位水下陀螺羅盤(pán)，羅盤(pán)電纜用尼龍繩捆綁在下放的鉆具上，做好下基盤(pán)的一切準(zhǔn)備工作，同時(shí)應(yīng)將調(diào)平繩的軟繩套套入基盤(pán)四角的調(diào)平伸出部位，隨基盤(pán)一起下入到海底。

司鉆提升基盤(pán)，緩慢下放基盤(pán)，4根調(diào)平繩也隨之下放，注意保持基盤(pán)穩(wěn)定，以免與平臺(tái)下部結(jié)構(gòu)相碰撞。

平臺(tái)壓載下潛，基盤(pán)全部入水以后，記錄基盤(pán)在水中的重量。隨時(shí)觀察基盤(pán)首向方位角的變化，繼續(xù)壓載至平臺(tái)工作吃水深度，基盤(pán)下放至離開(kāi)海底5～8 m處時(shí)，開(kāi)啟升沉補(bǔ)償器，重新調(diào)錨調(diào)整平臺(tái)的位置，校正基盤(pán)艏向的方位角，確保誤差在±2°以內(nèi)。

ROV 潛入水下，用水下攝像觀察基盤(pán)在海底情況，在ROV的監(jiān)視下，把基盤(pán)慢慢放入海底，ROV觀察到3個(gè)水平儀的水平偏差是否少于0.5°，若有偏差找出傾斜方向以便下一步利用4組隔水管張力器進(jìn)行調(diào)平。若偏差過(guò)大，用ROV 觀察海底有無(wú)異常，排除異常重新下放，基盤(pán)在海底放妥以后，用ROV檢查水平儀，確定基盤(pán)不水平度在0.5°以內(nèi)。用ROV剪斷綁繩，提起陀螺儀，提起下放工具，準(zhǔn)備鉆樁管孔作業(yè)。(鉆樁孔的順序?yàn)長(zhǎng)3，L2，L1。)

4.3 基盤(pán)安裝作業(yè)

將平臺(tái)移到L3樁套上方，接好36 in鉆頭和下部鉆具組合，在月池安裝扶正器。在ROV幫助下，調(diào)整平臺(tái)位置并將鉆頭垂直地下入L3樁套里，鉆36 in井眼到預(yù)定深度后起鉆。接好樁管管串(L3樁管)，安裝3～1/2 in插入內(nèi)管柱及樁管頭送入工具，借助ROV，用加重鉆桿送樁管到L3柱套里，并下入到預(yù)定的井深，進(jìn)行注水泥漿固樁管作業(yè)，水泥返至泥線；樁管固井完后，借助ROV將3～1/2 in管插入樁套間環(huán)空下2 m，進(jìn)行樁管與樁套環(huán)空注水泥，(注意3～1/2 in插入管不能超過(guò)3 m，否則會(huì)損壞樁管井橡膠密封環(huán))，固井作業(yè)完成后起出插入管，沖洗管線并起鉆。

移動(dòng)平臺(tái)到L1和L2樁套上重復(fù)以上程序。

5 作業(yè)問(wèn)題分析

安裝基盤(pán)時(shí)，由于基盤(pán)的前、后樁管孔數(shù)量不一，造成前后重量略有不同，基盤(pán)重心偏移基盤(pán)中心點(diǎn)，即不在提升的垂直線上，因此，提升提起基盤(pán)后，基盤(pán)稍有傾斜，這樣造成基盤(pán)不是水平的下放到泥面，增加了調(diào)平基盤(pán)的工作。建議調(diào)整基盤(pán)重心位置，使基盤(pán)重心在提升的垂直線上；或改變提升與基盤(pán)的連接方式，以便基盤(pán)能水平放置在海底。

基盤(pán)下水后，4根水平方向固定基盤(pán)的扶正繩曾經(jīng)與ROV的纜繩纏在一起，致使重新起上基盤(pán)，解繩、釋放ROV電纜。建議安裝水下基盤(pán)時(shí)，考慮4根固定扶正繩水下釋放裝置或考慮采用硬連接的方法，去掉4根導(dǎo)向繩。

6 結(jié)論

1)采用半潛式平臺(tái)安裝水下基盤(pán)作業(yè)前，需對(duì)整個(gè)作業(yè)進(jìn)行周詳設(shè)計(jì)，主要包括基盤(pán)的場(chǎng)地裝船、基盤(pán)海上轉(zhuǎn)運(yùn)、基盤(pán)的下入安裝3項(xiàng)作業(yè)。

2)在基盤(pán)海上轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，對(duì)海況要求有一定要求，目前只根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定作業(yè)窗口，建議進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究，更合理地確定海上轉(zhuǎn)運(yùn)的作業(yè)窗口。

3)在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中主要的問(wèn)題一是吊裝后基盤(pán)存在傾斜，二是下放時(shí)扶正繩與纜繩存在纏繞現(xiàn)象。建議改變連接方式，采用硬連接方式。

[1] 《海上油氣田完井手冊(cè)》編委會(huì).海上油氣田完井手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[2] 唐海雄，韋紅術(shù).新型水下基盤(pán)吊裝工具系統(tǒng)的研制[J].中國(guó)海上油氣，2008，20(6)：398-401.

[3] 唐海雄，林宗輝.新型水下基盤(pán)吊裝工具系統(tǒng)的研制[J].中國(guó)海上油氣，2008，20(5)：333-336.

[4] 劉 競(jìng)，劉錦昆.新型水下井口基盤(pán)模型試驗(yàn)及數(shù)值分析[J].中國(guó)海洋平臺(tái)，2009，24(4)：33-37.

[5] 鄒積山，高 文.水下基盤(pán)井口平臺(tái)樁基群樁效應(yīng)數(shù)值模擬[J].船海工程，2012，41(6)：85-88.