孫凱 張倩 王慶新(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452)

“海洋石油162”移動(dòng)試采平臺(tái)修井機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

孫凱 張倩 王慶新(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452)

本文介紹了“海洋石油162”移動(dòng)試采平臺(tái)修井機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)“海洋石油162”移動(dòng)試采平臺(tái)修井機(jī)項(xiàng)目與以往固定式平臺(tái)修井機(jī)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)闡述在設(shè)計(jì)建造一體化中的實(shí)踐應(yīng)用，填補(bǔ)了中海油在移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)空白。

移動(dòng)試采平臺(tái)修井機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方案對(duì)比;設(shè)計(jì)建造一體化

1 項(xiàng)目背景

“海洋石油162”是一座四樁腿的海洋自升式試采平臺(tái)，集試采、油氣處理、原油存儲(chǔ)和外輸、井口作業(yè)、熱采輔助支持等功能于一體，采用四樁腿懸臂梁自升式平臺(tái)型式，鋼質(zhì)非自航，適用于渤海地址構(gòu)造復(fù)雜、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大的油田，可滿足渤海75%油田不同工況的工藝處理要求。

“海洋石油162”試采平臺(tái)型長(zhǎng)62米，型寬37米，作業(yè)水深40米，井口作業(yè)設(shè)備最大提升能力158噸，設(shè)計(jì)使用壽命25年，入級(jí)中國(guó)船級(jí)社。

2 162修井機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 總體布置設(shè)計(jì)

修井機(jī)的設(shè)備布置主要分為鉆臺(tái)區(qū)、甲板區(qū)和艙室區(qū)，其中，修井機(jī)鉆臺(tái)面通過(guò)四個(gè)基座坐落在自升式平臺(tái)懸臂梁上，修井機(jī)整體沿自升式平臺(tái)平臺(tái)懸臂梁左右舷方向滑移，懸臂梁可沿自升式平臺(tái)船艏及船艉方向滑動(dòng)。鉆臺(tái)上除布置絞車、轉(zhuǎn)盤、井架、司鉆房等各種常規(guī)修井設(shè)備外，還需布置鉆工值班房供交接班及臨時(shí)休息用。

2.2 結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)

由于移動(dòng)式平臺(tái)重控要求更為嚴(yán)格，本平臺(tái)修井機(jī)采用整體實(shí)腹式結(jié)構(gòu)，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力路徑短、焊接工作量少的特點(diǎn)。鉆臺(tái)通過(guò)滑塊坐落在懸臂梁橫移軌道梁上，靠?jī)刹坑梢簤河透昨?qū)動(dòng)的爬行器推動(dòng)。采用兩根組合H型鋼作為主梁，中間焊接數(shù)根副梁，形成整體主框架結(jié)構(gòu)。同時(shí)為滿足業(yè)主提出的設(shè)備便于拆卸的要求，鉆臺(tái)面上設(shè)備與鉆臺(tái)面結(jié)構(gòu)均采用活連接形式（銷軸或螺栓連接）。

2.3 液、氣路管線設(shè)計(jì)

相比固定式平臺(tái)，移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)管道的布置需注意不妨礙設(shè)備、機(jī)泵及其內(nèi)部構(gòu)件的安裝、檢修和消防通道。管道布置盡量做到“步步高”或“步步低”，減少氣袋或液袋。不可避免時(shí)根據(jù)操作、管道布置盡量減少管道“盲腸”。法蘭的位置避免位于人行通道或機(jī)泵上方。輸送腐蝕性介質(zhì)管道及高壓管道上的法蘭宜設(shè)安全防護(hù)。

2.4 電控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

修井機(jī)采用交流變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)修井設(shè)備交流電機(jī)進(jìn)行日常作業(yè)。采用全數(shù)字化技術(shù)的交流變頻調(diào)速會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，影響設(shè)備的工作。為了有效地控制變頻裝置產(chǎn)生的諧波，本修井機(jī)采用24脈動(dòng)整流系統(tǒng)增加變頻器的脈沖數(shù)，有效的降低了電源的諧波含量。相比較與之前常用的有源濾波的治理諧波方式，節(jié)省了數(shù)十萬(wàn)的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)，同時(shí)也節(jié)省了布置空間的需求。

3 移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)與固定式平臺(tái)修井機(jī)的設(shè)計(jì)方案對(duì)比

3.1 方案選型的不同

移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)與固定式修井機(jī)方案對(duì)比如下：

表1 技術(shù)方案對(duì)比

3.2 結(jié)構(gòu)選型的不同

3.2.1 井架形式

海洋平臺(tái)修井機(jī)常用的井架結(jié)構(gòu)形式有直立套裝自升式井架和塔型井架，其中塔型井架又分為普通塔型井架和瓶頸式塔型井架。

常規(guī)固定平臺(tái)修井機(jī)多采用直立套裝自升式井架，且較易形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，但移動(dòng)式平臺(tái)在拖航過(guò)程中由于慣性運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的慣性荷載會(huì)較大地影響井架的安全性能，妨礙修井安全，同時(shí)移動(dòng)式修井機(jī)存在更大的上拔力，具有更大的傾覆危險(xiǎn)，因此井架的整體穩(wěn)定性是井架選型的主要因素。

相對(duì)而言，瓶頸式塔型井架為封閉式坐底結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性強(qiáng)；可拆卸性，對(duì)吊機(jī)資源要求不高；基座面積大，抗風(fēng)承載性較好；下部空間大，起下作業(yè)安全、方便；能夠較好地保證移動(dòng)式修井作業(yè)的動(dòng)力特性要求，更為適應(yīng)移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，162平臺(tái)修井機(jī)采用了瓶頸式塔型井架。

3.2.2 BOP懸掛形式

自升式平臺(tái)鉆臺(tái)面距平臺(tái)頂甲板凈高小于固定式平臺(tái)，如果采用常用的圓管焊接形式，BOP無(wú)法滿足最低懸掛高度。162平臺(tái)修井機(jī)采用銷軸連接方式，BOP懸掛梁與鉆臺(tái)面之間具備可拆卸性，既方便清洗維護(hù)，又有利于后期BOP系統(tǒng)整體升級(jí)改造。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算的不同

3.3.1 分析工況

移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)結(jié)構(gòu)校核時(shí)分析工況包括在位工況、拖航工況和吊裝工況，其中在位分析包括修井機(jī)在操作工況和極端風(fēng)暴工況下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核。在位工況、拖航工況、吊裝工況荷載組合形式及許用應(yīng)力系數(shù)與固定式平臺(tái)相同，參照美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API Spec 4F（2013）。

移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)與固定式平臺(tái)修井機(jī)分析工況的不同主要有以下幾點(diǎn)：

(1)考慮到可移動(dòng)平臺(tái)的不確定性，根據(jù)建造規(guī)格書和船級(jí)社要求，移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)可不作地震工況分析。

(2)自升式平臺(tái)進(jìn)行升降作業(yè)對(duì)修井機(jī)影響較小，移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核時(shí)通常不進(jìn)行修井機(jī)的升降分析，但需對(duì)修井機(jī)進(jìn)行升降工況下的支點(diǎn)反力試算，向平臺(tái)設(shè)計(jì)方提交準(zhǔn)確的支點(diǎn)反力。

(3)移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)的井架通常為塔式井架，不考慮井架放倒工況。

(4)若鉆臺(tái)與懸臂梁之間為可拆卸式，考慮到鉆臺(tái)在懸臂梁上可進(jìn)行雙向滑移，在結(jié)構(gòu)校核時(shí)，應(yīng)考慮滑移摩擦工況（對(duì)基本荷載和滑移摩擦載荷的組合），其中滑動(dòng)摩擦系數(shù)采用0.05。

(5)除業(yè)主提供參數(shù)外，對(duì)具有營(yíng)運(yùn)限制附加標(biāo)志的平臺(tái)，在進(jìn)行拖航分析時(shí)，應(yīng)按移規(guī)考慮油田內(nèi)遷移工況，對(duì)無(wú)限作業(yè)區(qū)域的平臺(tái)，應(yīng)按移規(guī)考慮遠(yuǎn)洋拖航工況。

3.3.2 荷載取值

移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)與固定式平臺(tái)修井機(jī)的基本荷載均可按照API Spec 4F（2013）取值，由于移規(guī)對(duì)風(fēng)載的選取提出了明確的規(guī)定，在計(jì)算風(fēng)載時(shí)應(yīng)參照移規(guī)，移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)與固定式平臺(tái)修井機(jī)風(fēng)載取值的不同有以下幾點(diǎn)：

(1)固定式平臺(tái)修井機(jī)操作工況風(fēng)荷載選取1年重現(xiàn)期，持續(xù)時(shí)間3s的陣風(fēng)風(fēng)速；極端風(fēng)暴工況選取100年重現(xiàn)期，持續(xù)時(shí)間3s的陣風(fēng)風(fēng)速。

而移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)在位分析時(shí)除業(yè)主提供參數(shù)外，應(yīng)按照《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范（2012）及2013、2014修改通報(bào)》，設(shè)計(jì)荷載第2篇第2章中下列規(guī)定取值：

對(duì)無(wú)限作業(yè)區(qū)域的平臺(tái)，其最小設(shè)計(jì)風(fēng)速應(yīng)為：

（1）自存工況：51.5m/s(100kn);

（2）正常作業(yè)工況：36m/s(70kn);

對(duì)具有營(yíng)運(yùn)限制附加標(biāo)志的平臺(tái)，其正常作業(yè)工況的風(fēng)速可適當(dāng)較少，但應(yīng)不低于25.8m/s（50kn）。

(2)固定式平臺(tái)修井機(jī)拖航工況風(fēng)荷載選取10年重現(xiàn)期，持續(xù)時(shí)間3s的陣風(fēng)風(fēng)速；而移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)工況拖航分析時(shí)除業(yè)主提供參數(shù)外，按照《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范（2012）及2013、2014修改通報(bào)》，自升式平臺(tái)第2篇第4章中，油田內(nèi)遷移工況采用36m/s（70kn），遠(yuǎn)洋拖航工況采用51.5m/s(100kn)。

4 設(shè)計(jì)建造一體化項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用

針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)深度、技術(shù)界面進(jìn)行梳理完善；

設(shè)計(jì)建造相結(jié)合，無(wú)縫銜接、各司其職；

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮采辦、施工過(guò)程，優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案，如表2所示：

表2 設(shè)計(jì)優(yōu)化列表

提高設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題的時(shí)效性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)響應(yīng)，設(shè)計(jì)人員在建造場(chǎng)地48小時(shí)內(nèi)進(jìn)場(chǎng)解決。

建立PDMS修井機(jī)模型，利用模型抽圖、提料。并嚴(yán)格控制碰撞等設(shè)計(jì)問(wèn)題，減少材料的浪費(fèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)試采，可更加精準(zhǔn)地確認(rèn)海上油田的商業(yè)價(jià)值，降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)海上油田勘探開(kāi)發(fā)一體化，從而實(shí)現(xiàn)油田經(jīng)濟(jì)效益最大化?？偨Y(jié)移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)和固定式平臺(tái)修井機(jī)設(shè)計(jì)和建造上的異同點(diǎn)，同時(shí)采用設(shè)計(jì)建造一體化模式進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，能夠有效地降低移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)研發(fā)、建造成本，提高施工效率，也有利于了后期移動(dòng)式平臺(tái)修井機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化研究工作的開(kāi)展。

[1]龔閩,趙國(guó)良,彭震宇.“中海油62”平臺(tái)性能特點(diǎn)及重量重心控制[J].船舶工程,2012（5）;86-88.

[2]徐田甜,張美榮我國(guó)移動(dòng)式修井平臺(tái)發(fā)展綜述[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2010(2);1-6.

[3]李森.采修一體化平臺(tái)移動(dòng)式修井機(jī)模塊A型井架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[J].機(jī)械工程師,2012（3）;47-49.

[4]《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范（2012）及2013、2014修改通報(bào)》.

[5]Q／HS 2007.1-2013海上石油平臺(tái)修井機(jī)第1部分：設(shè)計(jì)[S]2013.

[6]API Spec 4F.Drilling and well servicing structures[S]2013.

孫凱(1986-)，男，2008年畢業(yè)于北京建筑大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師，從事海洋及陸地油氣工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。