寇貝貝　劉正禮　姜清兆　田瑞瑞（.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳　58067；.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司，廣東深圳　58067）

深水鉆井動力定位平臺允許漂移范圍分析

寇貝貝1劉正禮1姜清兆1田瑞瑞2
（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司，廣東深圳518067）

目前深水鉆井動力定位平臺允許漂移范圍計算需委托國外專業(yè)公司分析，且計算過程保密、結(jié)果考慮不全面，在分析了南海深水鉆井動力定位平臺作業(yè)風(fēng)險和平臺漂移警戒區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，基于深水鉆井平臺隔水管系統(tǒng)撓性接頭和伸縮節(jié)物理極限、平臺應(yīng)急解脫程序和作業(yè)經(jīng)驗分析，建立了深水鉆井動力定位平臺允許漂移范圍實用計算方法，該方法可對平臺極限解脫、紅圈、黃圈和綠圈允許漂移范圍進行全面的計算，已在國內(nèi)外多個深水鉆井平臺數(shù)十口深水井得到了成功應(yīng)用，保證了深水鉆井動力定位平臺的作業(yè)安全。

深水鉆井；動力定位；警戒圈；漂移；應(yīng)急解脫；特定操作規(guī)程

深水井面臨惡劣的環(huán)境工況和復(fù)雜的作業(yè)工況，深水鉆井動力定位平臺允許漂移范圍是影響作業(yè)安全的關(guān)鍵參數(shù)，也是平臺特定操作規(guī)程（WSOG）中的重要部分，每口井在作業(yè)前都必須計算平臺允許漂移范圍，由平臺經(jīng)理及業(yè)主代表共同簽字后生效。目前，對于深水鉆井動力定位平臺允許漂移范圍的確定需委托國外專業(yè)公司計算提供［1-4］，國內(nèi)文獻對深水鉆井平臺動力定位系統(tǒng)和應(yīng)急解脫方案做了介紹［5-6］。在跟蹤分析南海多個深水鉆井動力定位平臺作業(yè)實踐基礎(chǔ)上，如西方大力神（West Hercules）、西方水瓶座（West Aquarius）和HYSY981，分析了南海深水鉆井平臺動力定位作業(yè)風(fēng)險，結(jié)合隔水管系統(tǒng)物理作業(yè)極限、應(yīng)急解脫模式和平臺漂移速度模擬試驗數(shù)據(jù)，推導(dǎo)了允許漂移范圍的計算方法。

1　南海深水鉆井動力定位平臺作業(yè)風(fēng)險

1.1臺風(fēng)

每年6~10月為南海臺風(fēng)頻發(fā)期。2009年，西方大力神平臺在荔灣作業(yè)區(qū)因巨爵臺風(fēng)造成隔水管底部總成擱淺，造成了高達5 000萬美元的經(jīng)濟損失。2012年，HYSY981平臺前期作業(yè)的4口深水井遭遇了6次臺風(fēng)襲擾，影響作業(yè)時間近1個月。深水鉆井動力定位平臺在遭遇臺風(fēng)時應(yīng)做到多方收集氣象預(yù)報、連續(xù)跟蹤臺風(fēng)預(yù)報路徑、嚴(yán)格監(jiān)測、避開臺風(fēng)危險區(qū)，及時解脫并回收隔水管及水下裝置，合理使用發(fā)電機及推進系統(tǒng)、避免系統(tǒng)連續(xù)滿負荷運轉(zhuǎn)。

1.2內(nèi)波流

深水鉆井平臺遭遇內(nèi)波流時動力定位平臺系統(tǒng)反應(yīng)時間有一定的延遲，內(nèi)波流離開時動力定位系統(tǒng)對反應(yīng)時間有一定的滯后，會造成平臺位置漂移。2012年深水井作業(yè)期間最大的一次內(nèi)波流發(fā)生在LW6*井，流速達到2.22 m/h，致使平臺漂移范圍達4.9 m。深水鉆井動力定位平臺作業(yè)時應(yīng)使用各種手段包括內(nèi)波流監(jiān)測儀、雷達及視覺等預(yù)先發(fā)現(xiàn)內(nèi)波流及其強度，將所有柴油發(fā)電機設(shè)置在“自動啟動”作為發(fā)電機管理的一個設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)以應(yīng)付沒有發(fā)現(xiàn)的內(nèi)波流，遭遇內(nèi)波流時調(diào)整平臺艏向正對內(nèi)波流，并應(yīng)預(yù)先啟動全部推進器和發(fā)電機，同時要通知相關(guān)各方以采取必要后續(xù)行動，根據(jù)強度決定是否進入緊急狀態(tài)，暫停拖輪靠泊、直升機降落等作業(yè)。

1.3颮

氣象學(xué)上指風(fēng)向突然改變，風(fēng)速急劇增大。颮出現(xiàn)時，氣溫下降，并可能有陣雨，是南海一種常見的劇烈天氣模式，類似小氣旋，如處理不當(dāng)平臺可能失去船位。深水鉆井動力定位平臺作業(yè)遭遇颮時應(yīng)執(zhí)行嚴(yán)格的瞭望，注意風(fēng)速儀工作狀況，停止直升機及靠泊等相關(guān)作業(yè)，調(diào)整合適的平臺艏向并啟動全部發(fā)電機及推進系統(tǒng)，做好解脫準(zhǔn)備。

2　平臺允許漂移范圍

深水鉆井動力定位平臺發(fā)生漂移由海洋環(huán)境或自身設(shè)備情況引起，出現(xiàn)強大的自然力或平臺斷電、推進器和動力定位系統(tǒng)失效時，平臺將會發(fā)生失控漂移。深水鉆井作業(yè)對平臺定位要求高，如HYSY981平臺在一般天氣狀況下（風(fēng)速12.86 m/s、流速1.03 m/s）定位能力在2 m范圍內(nèi)，大的漂移范圍將對鉆井作業(yè)帶來防噴器組和張力器系統(tǒng)損壞、無法解脫井口、井口損壞和油井失控等安全風(fēng)險。

2.1深水鉆井動力定位平臺作業(yè)漂移警戒區(qū)劃分

如圖1所示，深水鉆井作業(yè)時以井位為中心設(shè)定多組漂移范圍報警圈，指導(dǎo)平臺動力定位作業(yè)。

圖1　深水鉆井動力定位平臺漂移范圍警戒圈

綠圈為正常鉆井作業(yè)允許的平臺漂移范圍，綠圈邊界為作業(yè)預(yù)警線，表明平臺位置可以保持，但系統(tǒng)設(shè)備或外界環(huán)境存在一定問題，事態(tài)的進一步發(fā)展可能導(dǎo)致作業(yè)狀態(tài)的改變，處于預(yù)警狀態(tài)；黃圈為黃色警戒漂移范圍，表明動力定位已失去部分保持位置的能力，非?？赡苄枰饷摬僮鳎硗膺@個報警也可能因井控不正常而從鉆臺發(fā)出，平臺進入黃色作業(yè)警戒區(qū)后，如果漂移趨勢存在不可控的情況，需立即按照應(yīng)急程序或預(yù)案采取應(yīng)急解脫，在達到紅色警戒線前完成應(yīng)急準(zhǔn)備程序。紅圈為紅色警戒漂移范圍，平臺偏離井位中心接近或達到水下設(shè)備（隔水管撓性接頭等）允許的工作極限區(qū)域，隔水管角度不能保持正常操作范圍，而需要立即采取解脫作業(yè)，以避免人員受傷及對設(shè)備的損壞。紅色警戒線為平臺啟動應(yīng)急解脫程序的最大允許漂移范圍。藍色線圈為平臺應(yīng)急解脫線，即平臺在此處須完成解脫作業(yè)，否則將會造成隔水管撓性接頭、伸縮節(jié)和張力器等設(shè)備損壞。

2.2平臺不同警戒區(qū)域允許漂移范圍計算

根據(jù)隔水管系統(tǒng)與水下井口解脫時的物理極限計算平臺應(yīng)急解脫完成時距離設(shè)定井位的范圍。

圖2為平臺允許偏移范圍計算示意圖，設(shè)井位中心為O，作業(yè)處水深為A，防噴器組高度為B，隔水管系統(tǒng)長度C=A–6，隔水管系統(tǒng)伸縮節(jié)設(shè)定可伸縮長度為d，隔水管系統(tǒng)極限長度為D=C+d，底部撓性接頭轉(zhuǎn)角為β，平臺應(yīng)急解脫線距離設(shè)定井位范圍為P，平臺從開始解脫至解脫完成的應(yīng)急解脫漂移距離為F，紅色警戒線距離設(shè)定井位范圍為E，黃色警戒線距離設(shè)定井位范圍為G，作業(yè)預(yù)警線距離設(shè)定井位范圍為I。計算中長度單位為m，角度單位為°。

圖2　平臺允許偏移范圍計算示意圖

分別根據(jù)撓性接頭極限轉(zhuǎn)角和隔水管系統(tǒng)極限長度求得P1和P2值，為安全考慮，P取兩者中較小者，即可求得平臺應(yīng)急解脫線距離設(shè)定井位范圍

由圖2可知，紅色警戒線距離設(shè)定井位范圍可由平臺應(yīng)急解脫線距離設(shè)定井位范圍與平臺從開始解脫至解脫完成的應(yīng)急解脫漂移距離的差值求得，即E=P–F。

式中，TEDS為平臺應(yīng)急解脫耗時，s，由平臺提供； V為平臺漂移速度，m/s，由平臺模擬試驗或模擬計算提供。

黃色警戒線距離設(shè)定井位范圍可根據(jù)撓性接頭轉(zhuǎn)角為2°求得，或根據(jù)作業(yè)經(jīng)驗取為紅色警戒線距離設(shè)定井位范圍的60%

綠色警戒線距離設(shè)定井位范圍可根據(jù)作業(yè)經(jīng)驗取為黃色警戒線距離設(shè)定井位范圍的60%

3　實例分析

深水鉆井動力定位平臺不同警戒區(qū)域允許漂移范圍計算方法已在West Hercules和HYSY981等平臺數(shù)十口深水井作業(yè)中得到了成功應(yīng)用。

LW3*是HYSY981平臺在荔灣3-2區(qū)域鉆探的一口預(yù)探井，距離香港東南約285 km，水深1 300 m。平臺提供的隔水管系統(tǒng)伸縮節(jié)設(shè)定可伸縮范圍為4.5 m，底部撓性接頭極限轉(zhuǎn)角為6°，實施應(yīng)急解脫程序耗時為46 s。采用文中計算方法得到的結(jié)果和國外專業(yè)公司提供的結(jié)果見表1。

表1　平臺漂移速度模擬試驗數(shù)據(jù)

對比兩者的計算結(jié)果可知，紅色警戒線距離設(shè)定井位范圍的計算結(jié)果相同，國外公司提供的結(jié)果中沒有考慮平臺綠色漂移警戒圈范圍。HYSY981平臺在WSOG中采納了實用計算方法的分析結(jié)果。該井實際作業(yè)中未發(fā)生平臺動力定位報警險情，有效地保證了深水井作業(yè)安全。

4　結(jié)論及建議

（1）深水鉆井動力定位平臺允許漂移范圍是關(guān)系到深水鉆井應(yīng)急解脫作業(yè)的關(guān)鍵參數(shù)，尤其是我國南海深水海域臺風(fēng)、內(nèi)波流和颮頻發(fā)，給動力定位平臺帶來了極大的作業(yè)風(fēng)險。文中分析的動力定位平臺允許漂移范圍計算方法可對平臺解脫極限范圍、紅圈、黃圈和綠圈允許漂移范圍進行全面分析計算。

（2）深水鉆井平臺發(fā)生失控漂移的潛在風(fēng)險和安全危害巨大，允許漂移范圍的計算僅僅是深水井特定操作規(guī)程中的一環(huán)，在對平臺潛在漂移風(fēng)險分析時需對防噴器-隔水管系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、推進器和通訊系統(tǒng)失效進行全面考慮，以確保深水鉆井平臺定位作業(yè)的安全。

［1］Stress Engineering Services. Riser analysis for the west hercules semi-submersible in the South China Sea［R］. 2008.

［2］Mcskenny. Seadrill west aquarius chevron Liwan well study report［R］. 2011.

［3］Archer. CNOOC HYSY 981 riser management plan［R］. 2013

［4］2H offshore. HYSY981 drilling riser and conductor analysis report［R］. 2013.

［5］沈雁松，趙立中. 海洋動力定位鉆井平臺失控漂移的安全應(yīng)急處置對策［J］. 鉆采工藝. 2013，36（1）：118-120.

［6］周俊昌.海洋深水鉆井隔水管系統(tǒng)分析［D］.成都：西南石油大學(xué)，2001.

〔編輯薛改珍〕

Analysis on allowable drift ranges of deepwater drilling dynamic positioning platform

KOUBeibei1, LIU Zhengli1, JIANG Qingzhao1, TIAN Ruirui2
（1. Shenzhen Branch of CNOOC, Shenzhen 518067, China; 2. Engineering Technology Shenzhen Branch, CNOOC Energy Technology & Services Limited, Shenzhen 518067, China）

Currently the analysis of allowable drift ranges of deepwater drilling dynamic positioning platform is entrusted to foreign professional companies. The calculation process is often poorly confidential and the results not complete. Based on the analysis of operating risks in deepwater drilling dynamic positioning platform in the South China Sea and the zoning of precautionary areas for platform drifting, a practical calculation method of allowable drift range is built by allowing for the physical extreme limits of elastic joint and expansion joint of riser on deepwater drilling platform, the emergency release program, and the operating experience. The method can fully calculate the allowable drift ranges of platform limit release, red circle, yellow circle and green circle. The calculation results have been recognized by platform managers and owners and have been successfully applied in dozens of deepwater wells in many drilling platforms at home and abroad, effectively ensuring the operating safety of deepwater drilling dynamic positioning platform. This record supports the future promotion and application of the method in deepwater drilling practice in China.

deepwater drilling;dynamic positioning; water circles; drift; emergency release; specific operating rules

U661.1

A

1000 – 7393（2015） 01 – 0036 – 03

10.13639/j.odpt.2015.01.008

國家科技重大專項“深水鉆完井及其救援井應(yīng)用技術(shù)研究” （編號：2011ZX05026-001-04）；國家自然科學(xué)基金海洋深水淺層鉆井關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論研究（編號：51434009）資助。

寇貝貝，1983年生。2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，現(xiàn)主要從事深水鉆完井現(xiàn)場作業(yè)及陸地技術(shù)研究工作。深水鉆完井總監(jiān)。電話：0755-26022421。E-mail：koubb@cnooc.com.cn。

2014-12-29）

引用格式：寇貝貝，劉正禮，姜清兆，等. 深水鉆井動力定位平臺允許漂移范圍分析［J］.石油鉆采工藝，2015，37（1）：36-38.