輕型可搬遷式海洋鉆修機模塊劃分方案研究

馮 定,楊志遠,周 魁

(1.長江大學,湖北荊州434023;2.中海石油天津分公司,天津300452)

輕型可搬遷式海洋鉆修機模塊劃分方案研究

馮 定1,楊志遠2,周 魁1

(1.長江大學,湖北荊州434023;2.中海石油天津分公司,天津300452)

輕型可搬遷式海洋模塊化鉆修機模塊劃分方案是鉆機設計的關鍵技術之一,模塊劃分情況直接影響到整個鉆機的設計和建造。按照藍疆號浮吊、濱海108浮吊和芝罘島號浮吊的吊裝能力,對SZ36-1Ⅱ模塊鉆機進行不同的模塊劃分方案分析。從建造的難易度、經濟性以及搬遷的可行性等方面進行對比,確定適合輕型可搬遷式海洋模塊鉆機模塊劃分的方案,并對模塊鉆機的海上安裝順序進行了簡要介紹。

海洋鉆機;模塊劃分;浮吊

輕型可搬遷式海洋模塊化鉆修機模塊劃分方案是鉆機設計的關鍵技術之一,模塊劃分情況直接影響到整個鉆機的設計和建造[1-2]。模塊的劃分要比較建造的難易度、經濟性以及搬遷的可行性等,最重要的是要考慮浮吊能力。

1 我國常用浮吊基本參數

目前,我國的浮吊有3類可供選用:①大型浮吊,例如藍疆號浮吊(最大起吊質量3 800 t);②中型浮吊,例如濱海108號(最大起吊質量900 t);③300 t左右的小型浮吊,例如芝罘島號(最大起吊質量350 t)。這3類浮吊的基本參數如表1。

表1 3類浮吊基本參數

2 根據浮吊的能力劃分模塊

考慮浮吊的不同使用年限,起重能力均需考慮不同程度的折扣。由于模塊鉆機位于平臺頂甲板之上,加上模塊鉆機自身也有一定的高度,并且部分模塊位于距舷邊較遠的位置,所以還需要考慮吊裝高度和回轉半徑的影響[3]。綜合上述因素,具體到不同項目,所劃分的模塊單重相對于浮吊的最大起重能力都有較大差距,否則無法保證每個模塊都能在平臺上安裝到位[4-5]。按照藍疆號浮吊、濱海108浮吊和芝罘島號浮吊的能力對SZ36-1Ⅱ模塊鉆機進行方案分析。

2.1 藍疆號浮吊吊裝模塊劃分方案

按照藍疆號和類似浮吊的吊裝能力,對模塊質量限制不大,按照常規模塊鉆機的大模塊劃分方案,即1個鉆井設備模塊、1個鉆井支持模塊包含動力部分和灰罐系統,具體到SZ36-1Ⅱ模塊鉆機,組成如下。

a) 模塊1 鉆井設備模塊主要包括鉆臺底座、司鉆控制室、鉆臺值班房、絞車撬塊、轉盤及其傳動裝置、井架底座和井架天車(帶著天車的井架上體縮回到井架底座中方便吊裝)、死繩固定器、倒繩機、氣動或液壓絞車(2臺)、液壓貓頭(2個)、立管管匯、水泥管匯、節流管匯和氣液分離器、下層移動底座、BOP移動導軌和BOP吊具、BOP及BOP固定架(運輸和吊裝時用)、儲能器及BOP控制系統其他附件、沉砂罐、振動篩(2臺)、聯合清潔器、除氣器、離心機、遠程控制組合液壓站、步進裝置、計量罐、梯子等附件,總質量約550 t。

b) 模塊2 主要包括VFD房、MCC房、變壓器及諧波濾波器房;泥漿泵組(2臺)、灌注泵、空壓機、氣罐、鍋爐和其他附件;泥漿罐組,包括循環罐,攪拌器、加重系統和泥漿值班室等;灰罐及附件;管子堆場、貓道、其他附件;在吊裝運輸過程中可將拆除的井架中間段、二層臺、梯子和井架其他附件、游車、頂驅、頂驅導軌和附件、拖鏈以及其他散件等固定在管子堆場上一起移運,總質量約670 t。

該吊裝方案可以把整個鉆機分為2個大的吊裝模塊(根據布置需要也可將灰罐模塊分離出來單獨成橇,此時整個鉆機分為3個吊裝模塊),每個模塊質量不受吊重限制。這種模塊的分割方式是模塊鉆機的模塊自然分割,分割后模塊數量控制到最少,安裝時由于接口數量較少,安裝方便快捷。

2.2 濱海108號浮吊吊裝模塊劃分方案

按照濱海108號的吊裝能力和吊裝高度較低(主鉤起吊高度66 m),模塊設計質量控制在500 t以內,同時考慮模塊功能盡可能集中,盡量減少模塊與模塊之間的接口。

a) 模塊1 鉆臺底座及其上設備,主要包括鉆臺底座、司鉆控制室、鉆臺值班房、絞車撬塊、轉盤及其傳動裝置、死繩固定器、倒繩機、液壓絞車(2臺)、液壓貓頭(2個)、循環管匯系統、節流管匯系統和氣液分離器;下層移動底座部分主要包括下層移動底座、BOP移動導軌和BOP吊具、BOP及BOP固定架(運輸和吊裝時用)、儲能器及BOP控制系統其他附件、沉砂罐、振動篩(2臺)、聯合清潔器、除氣器、離心機、遠程控制組合液壓站、步進裝置、計量罐、梯子等附件,總質量約500 t。

b) 模塊2 泥漿模塊,主要包括泥漿泵組(2臺)、灌注泵、空壓機、氣罐、鍋爐和其他附件;循環罐,攪拌器、加重系統和泥漿值班室等;管子堆場、貓道、其他附件;游車、頂驅、頂驅導軌和附件、拖鏈以及其它散件等固定在管子堆場上一起移運,總質量約500 t。

c) 模塊3 動力系統及電傳控制系統部分,主要包括VFD房、MCC房、變壓器及諧波濾波器房;在吊裝運輸過程中可將拆除的井架中間段、二層臺、梯子和井架其他附件等固定在電控房上一起移運,總質量約160 t。

d) 模塊4 灰罐橇及附件,質量約55 t。

e) 模塊5 井架底座和井架天車(帶著天車的井架上體縮回到井架底座中方便吊裝),總質量約50 t。

整個鉆機可以分為5個大的吊裝模塊,每個模塊質量均控制500 t以內,每個模塊都可以獨立吊裝、運輸,最大模塊質量在500 t,最小的模塊質量55 t。這種分割方式分割后模塊數量較少,各模塊的質量適中,模塊與模塊之間的質量相差不是很大,在模塊搬遷裝船時較容易調節、控制。

2.3 芝罘島號浮吊吊裝模塊劃分方案

按照芝罘島號和類似浮吊的吊裝能力,模塊質量控制在250 t以內,同時考慮浮吊吊臂變幅對吊重的影響,還需在平臺頂甲板設置延伸至平臺邊緣的滑軌,將無法一次就位的模塊滑移至目的位置。

a) 模塊1 鉆臺底座及其上設備,主要包括鉆臺底座、司鉆控制室、鉆臺值班房、絞車撬塊、轉盤及其傳動裝置、死繩固定器、倒繩機、液壓絞車(2臺)、液壓貓頭(2個)、循環管匯系統、節流管匯系統和氣液分離器,總質量約200 t。

b) 模塊2 下層移動底座部分,主要包括下層移動底座、BOP移動導軌和BOP吊具、BOP及BOP固定架(運輸和吊裝時用)、儲能器及BOP控制系統其他附件、沉砂罐、振動篩(2臺)、聯合清潔器、除氣器、離心機、遠程控制組合液壓站、步進裝置、計量罐、梯子等附件,總質量約250 t。

c) 模塊3 動力系統及電傳控制系統部分,主要包括VFD房、MCC房、變壓器及諧波濾波器房;在吊裝運輸過程中可將拆除的井架中間段、二層臺、梯子和井架其他附件等固定在電控房上一起移運,總質量約160 t。

d) 模塊4 泥漿泵組模塊,主要包括泥漿泵組(2臺)、灌注泵、空壓機、氣罐、鍋爐和其他附件;管子堆場的一部分,總質量約250 t。

e) 模塊5 泥漿罐組,包括循環罐,攪拌器、加重系統和泥漿值班室等;管子堆場的一部分、貓道、其他附件;游車、頂驅、拖鏈以及其它散件等固定在管子堆場上一起移運,總質量約230 t。

f) 模塊6 灰罐橇及附件,總質量約55 t。

g) 模塊7 井架底座和井架天車(帶著天車的井架上體縮回到井架底座中方便吊裝),總質量約50 t。

整個鉆機可以分為7個大的吊裝模塊,每個模塊質量均控制在250 t以內,每個模塊都可以獨立吊裝、運輸,最大模塊質量250 t,最小的模塊質量50 t。這種分割方式分割后模塊數量較少,各模塊的質量適中,模塊與模塊之間的質量相差不是很大,在模塊搬遷裝船時較容易調節、控制。在搬遷時如遇駁船資源緊張可以使用噸位較小的駁船運輸和結合浮吊甲板裝載進行搬遷工作。

3 3種模塊鉆機方案對比分析

主要從建造的難易度、經濟性以及搬遷的可行性等方面進行對比,如表2。

為了體現輕型的理念,只有芝罘島號劃分方案采用了自主發電,應急電量由主平臺提供,主發電由2臺卡特皮勒柴油發電機來提供;而濱海108劃分方案和藍疆號劃分方案采用了相反的設計思想,主電量由主平臺來提供,模塊鉆機自身只配置1臺卡特皮勒柴油發電機為模塊鉆機本體的應急發電使用。此種配置方案在一定程度上節約了建造成本,同時也減小了占用甲板的面積,但是該方案的前提是主平臺的主電富裕量必須能夠滿足鉆機最大載荷的正常工作用電量?？紤]到搬遷到其他平臺時可能無法實現主平臺的供電,濱海108劃分方案在合適的位置留有一個能夠滿足卡特比勒柴油機安裝的空位,如果出現搬遷后主平臺無法提供鉆機工作電量的情況下,或租或買1臺柴油發電機與原有的1臺柴油發電機并車工作滿足鉆機的正常鉆井。

在模塊鉆機安裝和搬遷時,單獨動用類似藍疆號的大型浮吊進行施工既不經濟也不現實。根據海洋工程的施工現狀,動用類似芝罘島號的小型浮吊和類似濱海108的中型浮吊雖然也有難度,但都還能夠協調。

特別考慮搬遷時資源的協調空間,利用小型浮吊搬遷方案可能更加適合SZ36-1Ⅱ可搬遷模塊鉆機。鉆機可按7大模塊劃分,質量控制在250 t以內,第1次安裝和搬遷時既可以用類似芝罘島號的小型浮吊,又可以用類似濱海108的中型浮吊。

4 模塊鉆機安裝順序

模塊鉆機包括鉆井設備模塊下底座、鉆井設備模塊上底座、鉆井支持西模塊、鉆井支持東模塊、動力模塊[5],海上安裝時分別使用浮吊吊裝上平臺組塊,每個模塊吊裝質量控制在250 t以內,鉆井設備模塊吊裝時,井架不裝配在模塊上,需單獨吊裝。模塊安裝順序:

a) 鉆井設備模塊下底座。

b) 鉆井設備模塊上底座。

c) 鉆井支持西模塊。

d) 鉆井支持東模塊。

表2 3種模塊鉆機設計方案對比

e) 動力設備模塊。

f) 灰罐橇。

g) 井架和底座。

h) 其他散件。

5 結語

模塊鉆修機分塊較容易,模塊數量少,海上安裝吊裝次數少,占用海洋浮吊時間短,主體鋼構的鋼量耗損較低,建造費用比較低[7]。主要設備二次搬遷,可使用平臺吊機,不產生租用海洋浮吊的費用,主要設備搬遷后,只要再增加少量必要的設備就可以完成基本鉆修井作業,節約了再造鉆修機的費用,主要設備搬遷到其他平臺上使用,只需要單機調試和系統調試就可投入使用,節省了大量建造的費用和時間。海洋鉆修機進行輕型化和模塊化必將成為發展趨勢。

[1] 馮 定,唐海雄,周 魁.模塊鉆機的現狀及發展趨勢[J].石油機械,2008,36(9):143-147.

[2] 馮 定,華北莊,周迪勛.智能支持環境的石油機械產品模塊化設計[J].石油機械,1996,24(4):1-5.

[3] 張曉軍,戴克文,徐 鵬.海洋平臺9 000 m鉆井模塊絞車的研制[J].石油礦場機械,2009,38(3):77-79.

[4] 鄒龍慶,李翠艷,王樹忠,等.ZJ40/2250DB型鉆機井架及底座靜動態特性研究[J].石油礦場機械,2007,36 (2):15-17.

[5] 楊志遠,馮 定,周 魁,等.輕型可搬遷式海洋模塊鉆修機固控系統研究[J].石油礦場機械,2009,38(11): 65-69.

[6] 郭誼民,陳增偉,楊 森.輕型鉆機模塊化應用技術[J].石油機械,2002,30(2):1-3.

[7] Bocabarteille G.,Dupuis D,Araujo J.Pride International. Megathyst Units-Operational Optimization With Four Identical Drilling Rigs After Five Years of Operation[J].IADC/SPE 112597,2008:1-9.

Discussion on Module Division for Light Removable Offshore Drilling Platform

FENG Ding1,YANG Zhi-yuan2,ZHOU Kui1
(1.Yangtze University,J ingzhou434023,China;2.CNOOC Limited-Tianjin,Tianjin300452,China)

One of the key technologies of rig designing program is the division to removable light drilling platform,how to divide the module affects the entire rig designing and construction directly.In accordance with the hoisting ability to the Blue Jiang floating crane,108-sur-mer floating crane and Zhifu Island floating crane,the analysis to different modules division on the SZ36-1 II modules rig is presented.From the degree of difficulty to construction,the economy and the feasibility of removable to compare the determination of the appropriate program of module division to removable light offshore drilling platform.Finally,a brief description is presented as well according to the order of installation arrangement of offshore drilling platform.

offshore drilling ring;module division;floating crane

1001-3482(2010)02-0044-04

TE951

A

2009-05-22

馮 定(1963-),男,安徽東至人,教授,博士,博士生導師,主要從事石油機械及井下工具的設計、診斷及動態仿真的技術研究,E-mail:fengd0861@yahoo.com。