帶雙井口區的四腿平臺布局設計的安全考慮

王紅紅，王魁濤

(中海油研究總院,北京 100028)

帶雙井口區的四腿平臺布局設計的安全考慮

王紅紅，王魁濤

(中海油研究總院,北京 100028)

目前中海油常規的獨立四腿井口平臺無法在設置32個井槽、生活樓和修井機模塊的同時采用常規鉆井船開展鉆完井作業。在渤海某油田開發工程中，為實現上述全部功能設計了一種雙井口區的新型四腿井口平臺。四腿平臺空間有限。為使修井機在鉆井船就位后可以安全避讓，并允許平臺吊機合理休息，在平臺布局設計中進行了充分的安全考慮。通過識別風險找到解決措施，使得帶雙井口區的四腿井口平臺順利投產。

井口平臺；四腿平臺；布局設計；安全

0 引 言

出于降本增效的考慮，在油藏儲量動用較低、井控儲量較大、井網不完善、周邊沒有可有效依托的海上設施等情況出現的時候，為了解決生產瓶頸，需要挖掘油田潛力并實現區域擴邊開發。常規的井口平臺通常無法滿足此類需求。擬新建的渤海某井口平臺必須突破常規設計，才能達到以上目的。

該獨立井口平臺需要設置32個井槽，同時設置生活樓和修井機模塊，并采用常規鉆井船開展鉆完井作業。到目前為止，中海油還沒有一座此類井口平臺能夠實現上述全部功能。對于該平臺的設計，可選的常規方法[1-6]如下。

(1) 通過棧橋連接其他平臺，省去生活樓或直升機甲板，釋放出平臺面積。這種做法的缺點是：依托已建平臺可能會使新建平臺的位置遠離油田區塊理想開發位置，導致大位移井，成倍增加鉆井費用和難度；若位移過大，鉆完井技術無法實現，則導致油田區塊根本無法開發。

(2) 做成六腿甚至八腿平臺，增加面積以實現功能。這種做法將導致平臺面積增加、結構件增加、鋼樁增加、用鋼量增加、投資費用增加。

(3) 犧牲部分井槽后期調整井或側鉆的功能。這種做法的缺點是：可能導致油田后期調整困難，新增產能無法有效釋放；若想有效釋放，只能采取新增外掛井槽、新建平臺或動用大尺度懸臂梁鉆井船進行調整井作業，造成原來井槽資源的浪費和后期油田調整成本的增加。同時需要考慮的是，大尺度懸臂梁鉆井船資源匱乏。

(4) 設置成單筒雙井，減少井槽數量。這種做法的缺點是：實施單筒雙井方案較常規井增加了表層鉆井的工期及費用、固井難度增大，對鉆井平臺覆蓋能力要求高；初期導管架鉆井時，對鉆井船就位精度要求很高，后期組塊調整井需非常規的大尺度懸臂梁鉆井船才能滿足要求，然而此類鉆井船資源匱乏。此外，由于單筒雙井的布置需要考慮平臺上部的操作維修空間和井間距等因素，在有限的平臺面積下，限制了井口的數量。

為了達到降本提質增效的目的，經過反復研究，并結合以往項目的優缺點，創新性地采用帶雙井口布置的四腿井口平臺。該方案不僅能有效避免其他方案的缺點，而且實現了井口區分AB兩側布置的設計，可滿足之前提到的所有功能。但由于四腿平臺空間有限，修井機在鉆井船就位后可能無法安全避讓。本文闡述該平臺布局設計的安全考慮，識別風險并提出解決措施，使得帶雙井口區的四腿井口平臺順利投產。

1 平臺布局

新型四腿井口平臺包括三層甲板，如圖1所示，由上至下依次為上層甲板、中層甲板和下層甲板。

圖1 平臺立面圖Fig.1 Elevation view of the platform

圖2 平臺俯視圖(上層甲板)Fig.2 Vertical view of the platform (upper deck)

上層甲板高程26 m，規格為47.5 m×28 m，32個井槽。如圖2所示，井口區分為井口A區和井口B區，A側A區井槽排列3×4，B側B區井槽排列5×4，井口A區和B區之間相距10.2 m。管子堆場最遠邊距井口B區最外側一排井口距離為13.5 m(見圖2)，滿足修井機作業距離要求。樁腿間距為24 m×22 m，平臺東側設置HXJ135修井機，平臺西側設置一座40人生活樓，樓頂設置直升機甲板，平臺A側作為靠船側，設置一臺吊機，采用預鉆井方式，后期調整井采用常規鉆井船再就位形式。

如圖1所示，中層甲板高程17.5 m，規格為42 m×28 m，西側布置兩層的房間，東側布置井口采油樹(其中隔水導管由此延伸至海底)以及工藝處理設備。下層甲板高程12 m，規格為31 m×28 m，主要布置公用系統設備，包括柴油系統設備、開排系統設備、閉排系統設備以及淡水系統設備等。

圖3 鉆井船A側就位時修井機避讓位置示意圖Fig.3 Collision avoidance location of workover rig when the drilling ship is on side A

當鉆井船在平臺A側就位時，修井機[7]需要在平臺B側避讓。如圖3所示，當鉆井船需要鉆A側井口A區最內側一排井時，修井機在平臺B側的極限避讓位置。在平臺吊機的吊臂下方凈空間不小于11 m時，若修井機避讓B側極限位置，則其距A側井口A區最近井口距離為12.6 m。當鉆井船在平臺B側就位時，修井機需要在平臺A側避讓。如圖4所示，當鉆井船需要鉆B側井口B區最內側一排井時，修井機在平臺A側的極限避讓位置。在平臺吊機的吊臂下方凈空間不小于11 m時，若修井機避讓A側極限位置，則其距B側井口B區最近井口距離為10.5 m。總之，當鉆井船在一側就位時，修井機模塊在另一側避讓，雙井口區之間留出了足夠的安全距離。

圖4 鉆井船B側就位時修井機避讓位置示意圖Fig.4 Collision avoidance location of workover rig when the drilling ship is on side B

2 方案技術創新點

該新型四腿平臺設計方案的最大技術創新點在于，在渤海地區首次實現了該規模井口平臺具備以下全部功能，而不需像以往項目犧牲某方面的利益：(1)全部32個井槽均可使用渤海常規鉆井船后期鉆調整井或側鉆，且無一單筒雙井；(2)帶40人生活樓及直升機甲板[8]；(3)帶修井機；(4)四腿導管架；(5)上部組塊海上一吊安裝。

這種創新性雙井口布置有以下主要優點：(1)實現了一吊完成海上安裝，大大節省工程投資；(2)避免了類似規模的四腿井口平臺鉆完井的局限性；(3)不需采用單筒雙井方案；(4)鉆井時，不需要非常規大尺度懸臂梁鉆井船，中海油自己的常規鉆井船完全滿足要求；(5)井槽區采油樹排列規則，后期操作比較便利。

3 安全風險及解決措施

如前所述，該平臺修井機在鉆井船就位后可能無法安全避讓，存在碰撞風險。新型井口平臺為了實現AB兩側都能滿足鉆井船停靠鉆井要求，主要從以下幾個方面進行重點考慮，并解決了關鍵問題。

(1) 滿足鉆井船就位后懸臂梁的空間要求。以往平臺上有兩個井口區的布置設計時，一般用在浮托平臺上(一般是八腿導管架)，兩個井口區之間的距離非常大，互相沒有影響。此次雙井口區要布置在四腿井口平臺上，井口區之間的距離就成了敏感因素。如果距離很大，會影響整個平臺的結構重量和吊裝方式，最終影響投資。如果距離很小，由于井口平臺上還設置了修井機模塊，鉆井船在一側就位作業時，會與修井機模塊發生碰撞，輕則無法作業，重則損壞設備。

常規40英尺(1英尺≈30.48 cm)鉆井船懸臂梁至少長8 m，45英尺懸臂梁長達8～10 m，因此鉆井船在平臺一側就位時，平臺另一側的修井機模塊不能與鉆井船的懸臂梁發生碰撞，應保持至少1 m左右的安全距離。因此，平臺上兩個井口區之間至少保持8 m的間距。目前為了能滿足45英尺的鉆井船進行鉆完井作業的要求，平臺上兩個井口區之間的距離至少達到10.2 m。

(2) 滿足鉆井船和修井機在平臺同時就位的最小距離要求。平臺上設置了修井機模塊，在鉆井船就位時，兩者需要避讓。由于平臺空間有限，修井機只能沿平臺AB向的滑軌避讓。此外平臺只在A側設置了單側吊機，修井機在吊機側避讓時，還要考慮避免和吊機臂發生碰撞。因此本平臺在沒有吊機的B側按照常規鉆井船一次就位覆蓋最大井數20口井進行設計，其余12口井設置在平臺A側，并且平臺上層甲板的滑軌向A側外延一段距離，從而滿足修井機和鉆井船同時在平臺就位的最小距離要求。

(3) 解決了吊機、修井機和鉆井船三者碰撞問題。以往井口平臺井口區布置在一側，吊機在另一側[9]，因此基本不會出現鉆井船、修井機和吊機互相碰撞的情況。但由于本平臺設置了兩個井口區，兩井口區之間距離較近，同時平臺上還設置了常規吊機，因此上述三者的碰撞問題變成了敏感問題。

這里主要考慮兩處的避讓問題：一個是吊機休息臂和修井機模塊的碰撞；另一個是當鉆井船在吊機側就位時，懸臂梁與吊機的碰撞。

修井機在吊機側(平臺A側)最外側避讓鉆井船時，修井機模塊上部作業設備可能與吊機臂發生碰撞，導致吊機臂無法放置在休息臂上。經過計算后，如圖3所示將吊機休息臂設置在修井機模塊邊界和平臺上層甲板的邊緣處，有效解決了吊機臂休息的問題。

另外，由于四腿平臺上層甲板面積比較小，鉆井船在吊機側(平臺A側)就位時，鉆井船的懸臂梁和吊機操作臺之間可能發生碰撞。設計人員采取的解決辦法是：在管子堆場區增加一處吊機休息臂。當鉆井船在吊機側(平臺A側)就位時，吊機操作臺旋轉90°，將最短邊面向鉆井船懸臂梁，保證吊機操作臺和鉆井船懸臂梁至少1 m的安全距離。此外，平臺上的兩個休息臂只設置固定基座，休息臂上部做成可拆卸移動式，平臺無需準備兩處吊機休息臂的放置空間，同時也提高了休息臂的使用率。

(4) 優化管子堆場的空間布置。由于設置了兩個井口區，管子堆場也相應設置了兩個，中間空出的區域還可以放置修井設備，空間不浪費。

(5) 優化上層甲板布置，保證中下層甲板吊貨區的正常作業。由于修井機的避讓，導致上層甲板外延；鉆井船就位后，兩者之間需要預留一段安全距離。所以本平臺上層甲板面積已經大于一般平臺上層甲板面積。此外，結構因素導致平臺的中層和下層甲板的吊貨甲板不能向外延伸太多，這樣就無法布置中層和下層甲板的吊貨甲板，影響正常吊貨作業。

設計人員采取的解決辦法是經過精確的結構計算后，在上層甲板結構滿足修井機荷載重量之后，將上層甲板A側的兩個修井機滑軌之間開凹型槽，同時將中層和下層甲板上的吊貨甲板設置在凹型槽正下方，保證中層和下層甲板正常的吊貨作業。

(6) 解決了平臺結構偏心問題。如果單側布置井槽可能導致平臺結構偏心嚴重。本平臺采取井槽區AB兩側分布，結構偏心情況好轉。

4 結 語

新型井口平臺的創新布置解決的關鍵技術難題在于：以獨立存在的四腿井口平臺的規模，實現了原先只有通過新建六腿甚至八腿井口平臺、或者通過棧橋連接依托已建設施而新建的井口平臺才能實現的開發20口井以上數量的油田開發模式。此外，采用中海油自己的鉆井船就能實現后期對平臺上所有井槽的調整井作業，而不需要動用大尺度懸臂梁鉆井船，從而滿足要求的鉆井船資源充足，優化了投資預算。

新型井口平臺還具有以下幾個優勢：(1)可以作為超過20口井槽的獨立井口平臺的開發模式樣本；(2)如果將南北兩個井口區四個角的單井改為單筒雙井的方案，則該規模的平臺可擴展鉆井數量達到42口，基本等同于一個中心平臺的可鉆井數目；(3)所有的井均可使用普通鉆井船作業，避免了單一資源對鉆井工期的限制。此外，新型四腿井口平臺已經申請了國家實用新型專利，并獲得專利證書。

總之，該新型四腿井口平臺的設計方案是綜合考慮了多方因素后優化設計的結果，實現了邊際油田區塊開發降本增效的目的，并且該設計可作為標準化模板，指導渤海以及我國其他海域井口平臺設計及邊際油田的開發。

[1] 中華人民共和國國家經濟貿易委員會. 海上固定平臺安全規則[S]. 2000.

[2] 《海洋石油工程設計指南》編委會. 海洋石油工程平臺結構設計[M]. 北京: 石油工業出版社, 2007.

[3] 《海洋石油工程設計指南》編委會. 海洋石油工程設計概論與工藝設計[M]. 北京: 石油工業出版社, 2007.

[4] 《海洋石油工程設計指南》編委會. 海洋石油工程安裝設計[M]. 北京: 石油工業出版社, 2007.

[5] 《海洋石油工程設計指南》編委會. 海洋石油工程邊際油氣田開發技術[M]. 北京: 石油工業出版社, 2010.

[6] 《海洋石油工程設計指南》編委會. 海洋石油工程機械與設備設計[M]. 北京: 石油工業出版社, 2007.

[7] 中國海洋石油總公司. Q/HS 2007.1—2013. 海上石油平臺修井機. 第1部分：設計發布[S]. 2013.

[8] 中國海洋石油總公司. Q/HS 4023—2011. 海洋石油直升機甲板起降規范[S]. 2011.

[9] 中國海洋石油總公司. SY/T 10003—1996. 海上平臺起重機規范[S]. 1996.

SafetyConsiderationsinLayoutDesignofFour-LegWellheadPlatformwithTwoWellheadAreas

WANG Hong-hong, WANG Kui-tao

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

At present, CNOOC's conventional independent four-leg wellhead platform cannot simultaneously meet the requirements of arranging 32 well slots, living quarter, and workover rig module, and using general drilling ship to carry out drilling and completion operations. To achieve all of the above functions, a new type four-leg wellhead platform with two wellhead areas is designed in Bohai oilfield development project. Considering that the space on the four-leg platform is limited, when the drilling ship is on site, there is potential risk of collision between the ship and the workover rig. Through risk identification for the layout plan of the wellhead platform, the layout design result successfully solves the problem, and allows reasonable rest for the platform crane. This platform has produced its first oil.

wellhead platform; four-leg platform; layout design; safety

2016-11-12

王紅紅(1969—)，女，高級工程師，主要從事安全評價相關工作。

U674.38+1

A

2095-7297(2016)06-0385-04