渤中34-1N鉆井帽在錦州9-3油田井口平臺上的應用

高建新，祖 巍，宋雙祥

(1.中海油能源發展股份有限公司油田建設工程分公司 天津 300452；2.中國船級社天津分社 天津 300457)

0 引 言

錦州9-3油田位于遼東灣北部海域，距葫蘆島市約 50,km，距海岸線最近距離約 15,km，油田范圍內水深 6.5～10.5,m。本次錦州 9-3油田綜合調整項目新建1座4腿井口平臺和1座8腿中心平臺以及相關平臺的改造(見圖1、2)。

渤中34-1N鉆井帽于 2009年建造完工，原計劃用于渤中 34-1N油田。因項目后期鉆井船資源緊張的局面得到緩解，選用了懸臂式鉆井船進行鉆完井作業。因此，鉆井帽被閑置在建造場地。為實現公司資產的再利用，曾在其他項目中考慮過應用，但均因平臺型式、項目進度等原因未能應用。本文針對鉆井帽進行適應性改造后能否成功應用在錦州 9-3油田井口平臺進行論述。

圖1 錦州9-3井口平臺立面圖Fig.1 Vertical view of JZ9-3 wellhead platform

圖2 鉆井帽結構模型圖Fig.2 Structural model of the drilling cap

1 鉆井帽適用性分析

渤中 34-1N鉆井帽在原設計階段考慮與渤海5號配合使用。在鉆完井作業期間，渤海 5號上的鉆機通過滑移軌道移至鉆井帽上的滑移底座上方，而滑移底座坐落在鉆井帽頂層甲板上的 3條滑軌上方。滑移底座與鉆機下底座上均設有液壓滑移機構，以實現鉆機對平臺上的每口井進行鉆完井作業。

1.1 結構型式

為確保渤中 34-1N鉆井帽在錦州 9-3油田井口平臺上實現應用，需要對鉆井帽的結構型式與井口平臺組塊的結構型式進行初步分析。鉆井帽與目標平臺的結構參數對比如表1所示：

表1 結構參數對比表Tab.1 Comparison of structure parameters

通過對鉆井帽與井口平臺組塊的結構型式及作用在導管架上的荷載進行對比，結論如下：

① 鉆井帽與平臺組塊在結構型式上除主腿的間距不同外，其余關鍵參數均相同。

② 對作用在鉆井帽上的所有垂向荷載進行有限元分析，鉆井帽 4個主腿處的最大垂向荷載約為2,800,t，而井口平臺僅組塊的吊裝重量即達到了2,800,t。考慮到平臺上方的生活樓荷載、修井機荷載等，在生產作業期間作用在導管架上的操作荷載遠大于鉆井作業期間的垂向荷載。由此推論，導管架的承載能力可以滿足鉆井帽的使用要求。

1.2 靠船位置

根據錦州9-3油田總體開發方案中的論述，鉆井船在井口平臺的北側靠船，利用鉆井船上的懸臂將鉆機懸跨于導管架上方進行鉆完井作業。但是采用“渤海5號鉆井船＋鉆井帽”的鉆完井作業模式，鉆井船的靠船位置將會發生變化，其原因是鉆井帽與渤海5號相對位置固定，即渤海5號鉆井船需要在新建平臺的西側靠船。

由于鉆井帽井口區位置發生了改變，鉆井帽甲板上的振動篩房、泥漿返回槽、服務臂、氣動絞車等設備及相關配套系統均需要進行移位。

在錦州9-3油田總體開發方案中，在平臺西南側布置有 1根混輸管線、1根注水管線和 1根海底電纜。根據海上油田建設的經驗，該位置通常不會選擇靠泊鉆井船，主要考慮在鉆井船靠泊期間，可能對海管或海纜造成破壞，影響油田開發進度。

為實現鉆井船在平臺西側靠船，需要對油田開發計劃進行調整，即首先進行鉆完井作業，作業結束后再鋪設海管或海纜，既保證了油田開發進度，也實現了鉆井帽的應用。

2 改造方案

2.1 總體方案論證

對渤中 34-1N鉆井帽能否成功在錦州 9-3油田井口平臺上得到應用，從3個方面進行了較為詳細地論述。

2.1.1 井口區尺寸

根據鉆井帽的總體布置圖紙，鉆井帽井口區的預留開孔尺寸為14.9,m×11,m，開孔尺寸可以滿足井口區呈 5×4排列的井口布置要求，而井口平臺井口區也呈 5×4排列。通過對井口區布置形式進行初步分析，鉆井帽井口區的開孔尺寸可以滿足井口平臺的井口布置要求。

2.1.2 井口區位置(見圖3)

鉆井帽井口區的開孔位于右下方，井口平臺井口區位于右上方，井口區位置不匹配。綜合分析了鉆井帽的結構框架型式與相關系統改造的工作量，將鉆井帽上的井口區進行移位的方案可行，即將鉆井帽井口區上移，以滿足與井口平臺井口區相匹配的要求。

圖3 鉆井帽井口區布置圖Fig.3 Layout drawing of drill cap in wellhead area

由于鉆井帽井口區位置發生了改變，鉆井帽甲板上的振動篩房、泥漿返回槽、服務臂、氣動絞車等設備及相關配套系統均需要進行移位(見圖4)。

圖4 導管架平面布置圖Fig.4 Layout plan of jacket

2.1.3 軸線間距

鉆井帽結構的主腿間距為 19.8,m×17.9,m，井口平臺導管架工作點間距為 18.5,m×18,m，兩者間距不匹配，導致鉆井帽無法直接放置在導管架上方。為實現鉆井帽在導管架上應用，初步考慮在導管架與鉆井帽之間設置異型過渡段，通過過渡段結構彌補軸向間距不匹配的問題。

通過對作用在鉆井帽上的重量荷載、設備荷載、鉆井荷載等進行分析，并利用有限元軟件對鉆井帽結構進行計算分析，提取鉆井帽在操作工況和極端工況下的支點反力數據，利用該支點反力對異型過渡段結構進行校核，結果顯示異型過渡段可以滿足各種工況下的強度要求(見圖5)。

圖5 鉆井帽就位示意圖Fig.5 Schematic diagram of the position of drilling cap

2.2 結構改造方案

通過對鉆井帽總體改造方案進行論證分析，對渤中 34-1N鉆井帽進行適應性改造具備可行性，從以下兩方面進行論述：

2.2.1 結構改造工作量

為實現鉆井帽在井口平臺上應用，根據總體改造方案，對鉆井帽需要進行如下改造：

①將鉆井帽上的井口區進行移位，即將原井口區北側&B軸以南的甲板切除，切除尺寸為 14.9,m×6.9,m，并在原井口區位置鋪設甲板結構。

②井口區向北側移位后，鉆井帽北側的甲板面積不足，不能滿足布置泥漿返回槽和安全通道的要求，故需要考慮外延部分甲板，外延甲板尺寸為29.3,m×3.6,m。

③拆除原泥漿返回槽。振動篩房移位至南側后，原泥漿返回槽不能滿足使用要求，需要沿甲板邊緣新建泥漿返回槽，便于鉆井作業期間的返出泥漿可以進入渤海5號鉆井船的泥漿凈化池進行處理。

④拆除原A軸&1軸交點位置處的吊耳，根據鉆井帽改造后的實際重心位置，調整該位置吊耳的角度，避免吊裝作業期間因吊繩力過大導致吊耳結構強度不滿足要求，造成重大的安全事故。

其余附屬結構應根據鉆井帽改造的整體方案進行適應性改造。

2.2.2 結構改造用鋼量

通過對鉆井帽進行適應性改造，可以極大地減少鋼材使用量，節省建造工期，從而降低油田開發成本。鉆井帽改造方案與新建方案的用鋼量對比見表2。

表2 結構用鋼量對比表Tab.2 Comparison of usage amount of different steels

2.3 其他

渤中 34-1N鉆井帽除對結構進行相關改造外，機械、電氣、配管等專業也應進行相關系統的改造。改造原則是盡可能利用舊材料，減少設備、電纜等材料的采辦。通過對鉆井帽上所有設備、電纜及管系等進行檢測、評估，利用舊方案可行。

3 裝船方案

在原鉆井帽尚未完工時，對渤中 34-1N油田鉆完井方案進行了調整，不再采用“渤海 5號＋鉆井帽”的方案。為確保場地資源不被占用，鉆井帽被放置在遠離碼頭前沿的位置。

本次鉆井帽改造后吊裝重量為 965,t，如何將鉆井帽移至碼頭前沿進行裝船成為首要問題。本文對3種裝船方案進行了對比，最終確定了鉆井帽的裝船方案。

3.1 吊裝裝船

原鉆井帽裝船方案是采用浮吊進行吊裝裝船。經核實，鉆井帽距離碼頭前沿較遠，且吊裝重量大，小型浮吊不能滿足裝船要求，需要選用吊裝能力較大的浮吊，但租用大型浮吊的費用較高，此方案極不經濟。

3.2 拖拉裝船

拖拉裝船是海洋工程結構中較為常見的裝船方式，技術成熟且費用較低。但擺放鉆井帽的場地無滑道，如將鉆井帽拖拉至碼頭前沿，不僅需要鋪設臨時滑道，還要核實滑道下方的地基承載能力是否滿足要求。經核實，場地承載能力雖能滿足要求，但鋪設臨時滑道距離較長，還需要建造 4個滑輪，費用較高，此方案不經濟。

3.3 運輸裝船

運輸裝船的原理是采用小型平板拖車將結構物運輸至指定位置，小車的選取需要考慮結構物的重量重心，小車運輸裝船已在國內外應用較多，但小車資源需要提前鎖定。由于前兩種方案的費用較高，小車運輸裝船成為首選。

通過對鉆井帽的吊裝重量及鉆井帽主體結構型式進行分析，最終選用 3組小車進行裝船，在小車上布置 9個支撐結構。通過對鉆井帽的結構強度進行校核，校核結果顯示，鉆井帽結構強度滿足要求。在運輸過程中小車對地平均壓力不超過 50,kN/m2，場地承載能力滿足要求，該方案技術可行，且租用小車費用較低。

4 結 論

通過對渤中 34-1N鉆井帽進行適應性改造，采用“渤海5號＋鉆井帽”的鉆完井方案，可以滿足錦州9-3油田井口平臺的鉆完井要求。該方案不僅有效地降低了錦州 9-3油田開發的投資，也實現了渤中34-1N鉆井帽的再利用。

［1］ 胡曉明，尹漢軍，張艷芳，等. 秦皇島32-6鉆井帽在渤中 25-1開發項目中使用的可行性分析[J]. 中國海上油氣，2004，16(1)：55-58.

［2］ 徐田甜. 渤海7號鉆井船與渤中26-2平臺適應性改造工程中的滑軌設計[J]. 中國海上油氣，2004，16(2)：126-128.

［3］ 徐甜甜. 鉆井用導管架帽的改造利用[J]. 中國海上油氣，2005，17(1)：132-134.