半潛式鉆井平臺安裝水下井口基盤技術分析

(中海油研究總院，北京 100027)

在確定海上油氣田投入開發后，為了盡可能縮短油氣田開發建設周期，在生產平臺組塊、導管架及平臺生活設施進行設計和建造的同時，通常采用水下基盤預鉆開發井的作業方式，待導管架和設備建造完成并經海上安裝調試后，再從水下基盤上的海底井口回接各層套管到生產平臺上。[1]水下基盤主要作用包括引導鉆具、承接水下井口裝置及防噴器組、布置井距、輔助導管架對接定位等。[2]水下基盤的結構及規格主要是根據油田設計需鉆的開發井井數、作業區的水深和海況等因素來確定，在開發井作業中通常選用整體式水下基盤結構[3-5]。

1 作業平臺安裝基盤可行性分析

1.1 基本數據

南海某油田所處海域水深117 m，計劃采用半潛式平臺(南海2號平臺)進行下基盤作業。在預鉆開發井作業中采用整體式水下基盤，單個基盤在空氣中凈重約660 kN，基盤構架是用直徑0.508 m及直徑0.356 m管材焊接而成，主要構件有井孔套、樁管套及附件，見圖1。

圖1 基盤示意圖(尺寸單位：m)

基盤外輪廓尺寸約為：14.224 m×7.924 m×4.369 m，孔槽數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，基盤方向為西45°北。

基盤材質為低碳鋼，屈服應力為248 MPa，3根樁套采用高強度鋼，屈服應力為345 MPa。

1.2 可行性分析

通過分析平臺和基盤的結構特點以及設備情況，研究得出南海2號平臺可滿足基盤轉運及下入安裝作業：①基板在吊上平臺后，只能固定于該導向喇叭口底部。圓井甲板下部有一固定的BOP導向喇叭口裝置，其延伸方向朝水面，見圖2、3。它的尺寸大小不允許海底基板避開它再往上(主甲板箱形梁位置)提升；②海上接收基盤時，只能采用生存吃水。導向喇叭口底部離海面較近(在鉆井吃水時只有4.54 m)，基板在駁船上的海拔高度幾乎超過了此高度，而在生存吃水時吊裝基板就較為安全(生存吃水時BOP導向喇叭口底部離海面距離為9.11 m)，基盤的搖擺度通過4根導向繩加以穩固，使其不會大幅度搖擺，滿足下基盤作業需求；③在轉運拖航過程中，可采用平臺上的隔水管張力器進行固定：張力器工作能力范圍2 170 kN，可滿足提升基盤(重約660 kN)的作業需求。

圖2 南海二號主甲板以下結構示意(艏艉視)(單位：m)

圖3 固定于圓井甲板下部的BOP導向喇叭口(右視)(單位：m)

2 基盤場地裝船作業

2.1 裝船作業

在基盤制作場地用一臺150 t履帶吊車將基盤吊起，放到一臺平板拖車上，然后將基盤搬運至碼頭前沿。裝船作業時駁船要順碼頭前沿停靠，并用纜繩系掛在碼頭系纜樁上。吊裝時用兩臺150 t履帶吊同時作業，兩臺吊車調整好扒桿角度，并保持好適當距離后，平緩地把基盤從平板拖車上將基盤吊起來后，拖車隨即駛離現場，然后兩臺吊車同步緩慢向碼頭前沿行駛，到達前沿后，同時調整扒桿角度，將基盤慢慢放到駁船的中心線上。

2.2 固定作業

固定分為水平方向和豎直方向固定，在導向樁筒及其支撐斜桿邊加上8個固定樁，固定樁用直徑0.339 m鋼管制作，長約1 m，焊在甲板上，可完全限制基盤在水平方向的任何移動；用4根鋼絲繩通過眼板把基盤栓牽在甲板上，防止基盤在拖航過程中發生垂直方向上的跳動，見圖4。并在基盤下層橫梁的10個節點上加以支墊，使基盤的重力均勻分布在這10個支墊上，而不是在導向樁筒上，支墊采用鋼管或工字鋼，所有支墊都焊在甲板上。

圖4 基盤裝船固定示意

3 基盤海上轉運作業

海上轉運作業是鉆井平臺將基盤在南海海域固定于平臺箱型梁之下，隨平臺拖航到南海某油田，整個作業包括在此方案中有：選擇錨地吊裝基盤；把基盤從基盤制造公司基地運到錨地之前的準備；把載著基盤的駁船拖入平臺底部；把基盤從駁船吊起升到平臺箱型梁下就位固定。

3.1 選擇錨地吊裝基盤

根據以往作業經驗，水深超過30 m給吊裝作業增加了風險，26 m水深對于應急時的生存吃水已經足夠，選擇錨地水深：26～30 m；作業環境風力小于10 m/s，浪高小于1 m。平臺就位時艏向與最大潮水時海流的流向一致，錨泊至少需要4個錨拋出400 m鏈長，張力800 kN。

3.2 基盤海上轉運準備

海上轉運需要準備兩艘工作船、相關吊索和纜繩等輔助安裝工具，平臺需要調整吃水、錨定及準備好鉆柱補償器、隔水管張力器、導向繩張力器等安裝作業相關設備和工具。

3.3 駁船就位至平臺底部

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

圖5 駁船就位至平臺底部示意

啟動二號工作船甲板絞車，緩慢收緊三角纜將駁船拖人平臺底部。與此同時一號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個方向的纜繩，確保駁船被拖入平臺底部的過程中不與平臺樁腿發生碰撞；當基盤到達轉盤下方后，停止絞纜，系緊纜繩，將駁船錨定。

3.4 基盤吊起升到平臺箱型梁下就位固定

司鉆下放已經連接好的提升工具(包括：一柱5“加重鉆桿、提升短接、4根12 m2”基盤吊索)到基盤上；駁船上工作人員將基盤吊索用水下卸扣與基盤吊耳連接；圓井甲板工作人員將4根導向繩放下，遞給駁船；駁船工作人員將4根導向繩分別在基盤四角立柱上繞兩圈后卸扣套緊。

解除駁船上對基盤的固定物；將基盤提離駁船；記錄基盤在空氣中的重量；轉動加重鉆桿調整基盤方向，使基盤對準設計的在平臺固定的方向；調整導向繩張力，控制基盤擺動；緩慢提升基盤到頂BOP導向喇叭口，邊提邊甩掉2根加重鉆桿使游車盡量放低；超提22.24 kN；張緊導向繩，張力22.24 kN。基盤吊起升到平臺箱型梁下就位固定作業過程見圖6。

圖6 基盤固定方案示意

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

4 基盤下入安裝作業

4.1 定位作業

要求不水平度不大于0.5°，在安裝以前，需用ROV對井位海底地質地貌進行詳細的勘查，并清除海底的障礙物。鉆井平臺到達井位后，按設計要求定位，基盤首向為西45°北，誤差小于+2°，通過衛星定位進行就位作業。

4.2 下入作業

平臺拖航到預定井位后，將8個錨拋好后即可以進行下放基盤作業，平臺的8個錨為均布方式拋錨。下放時的氣象條件應是5級風以下，平臺搖擺度在±5°以內，在平臺上松脫輔助懸吊繩索和基盤在拖航過程中的固定繃繩，安裝好用于艏向定位水下陀螺羅盤，羅盤電纜用尼龍繩捆綁在下放的鉆具上，做好下基盤的一切準備工作，同時應將調平繩的軟繩套套入基盤四角的調平伸出部位，隨基盤一起下入到海底。

司鉆提升基盤，緩慢下放基盤，4根調平繩也隨之下放，注意保持基盤穩定，以免與平臺下部結構相碰撞。

平臺壓載下潛，基盤全部入水以后，記錄基盤在水中的重量。隨時觀察基盤首向方位角的變化，繼續壓載至平臺工作吃水深度，基盤下放至離開海底5～8 m處時，開啟升沉補償器，重新調錨調整平臺的位置，校正基盤艏向的方位角，確保誤差在±2°以內。

ROV 潛入水下，用水下攝像觀察基盤在海底情況，在ROV的監視下，把基盤慢慢放入海底，ROV觀察到3個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組隔水管張力器進行調平。若偏差過大，用ROV 觀察海底有無異常，排除異常重新下放，基盤在海底放妥以后，用ROV檢查水平儀，確定基盤不水平度在0.5°以內。用ROV剪斷綁繩，提起陀螺儀，提起下放工具，準備鉆樁管孔作業。(鉆樁孔的順序為L3，L2，L1。)

4.3 基盤安裝作業

將平臺移到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，調整平臺位置并將鉆頭垂直地下入L3樁套里，鉆36 in井眼到預定深度后起鉆。接好樁管管串(L3樁管)，安裝3～1/2 in插入內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，并下入到預定的井深，進行注水泥漿固樁管作業，水泥返至泥線；樁管固井完后，借助ROV將3～1/2 in管插入樁套間環空下2 m，進行樁管與樁套環空注水泥，(注意3～1/2 in插入管不能超過3 m，否則會損壞樁管井橡膠密封環)，固井作業完成后起出插入管，沖洗管線并起鉆。

移動平臺到L1和L2樁套上重復以上程序。

5 作業問題分析

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

基盤下水后，4根水平方向固定基盤的扶正繩曾經與ROV的纜繩纏在一起，致使重新起上基盤，解繩、釋放ROV電纜。建議安裝水下基盤時，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根導向繩。

6 結論

1)采用半潛式平臺安裝水下基盤作業前，需對整個作業進行周詳設計，主要包括基盤的場地裝船、基盤海上轉運、基盤的下入安裝3項作業。

2)在基盤海上轉運時，對海況要求有一定要求，目前只根據經驗確定作業窗口，建議進一步開展相關研究，更合理地確定海上轉運的作業窗口。

3)在現場作業中主要的問題一是吊裝后基盤存在傾斜，二是下放時扶正繩與纜繩存在纏繞現象。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》編委會.海上油氣田完井手冊[M].北京：石油工業出版社，1998.

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

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

[4] 劉 競，劉錦昆.新型水下井口基盤模型試驗及數值分析[J].中國海洋平臺，2009，24(4)：33-37.

[5] 鄒積山，高 文.水下基盤井口平臺樁基群樁效應數值模擬[J].船海工程，2012，41(6)：85-88.