自升式鉆井平臺鉆井包介紹及調(diào)試安全控制

李成強(qiáng) 殷冠華 楊程程

摘要：海洋自升式鉆井平臺以其高效、穩(wěn)定的特性，自20世紀(jì)50年代誕生以來就受到世界各運(yùn)營商的青睞，并占據(jù)著海洋石油鉆井裝備領(lǐng)域的重要位置。鉆井包作為核心構(gòu)成，其完工調(diào)試及過程安全控制決定了平臺是否可以成功交付客戶使用，實(shí)現(xiàn)建造和運(yùn)營的雙贏。

關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺;鉆井包;鉆具;泥漿;井控;完工調(diào)試文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TE923文章編號：1009-2374（2016）04-0148-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.074

1 自升式鉆井平臺及鉆井包主要系統(tǒng)介紹

按系統(tǒng)及區(qū)域劃分，平臺主要由提升、懸臂梁滑移、鉆井包（含水泥、泥漿、井控、管件作業(yè)等系統(tǒng)）、發(fā)電機(jī)及其配電、生活區(qū)及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、內(nèi)外通訊等系統(tǒng)組成。鉆井包作為實(shí)現(xiàn)鉆井平臺核心功能的重要區(qū)塊，其功能的實(shí)現(xiàn)及過程安全控制，在整個(gè)平臺完工調(diào)試中占有極其重要的地位。以Letourneau workhorse自升鉆井平臺為例，鉆井包主要含鉆井控制系統(tǒng)、鉆井甲板管件作業(yè)系統(tǒng)、高低壓泥漿系統(tǒng)、干粉及其控制系統(tǒng)、井控系統(tǒng)、水泥等系統(tǒng)。

1.1 鉆井控制系統(tǒng)

鉆井控制系統(tǒng)采用主流鉆井AMHPION控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)由操作人員自設(shè)備操作終端-鉆井椅輸入指令，信號采集-輸入/輸出模塊進(jìn)行信息收集，信息處理器-單板機(jī)進(jìn)行信息集中處理，不間斷供應(yīng)電源確保電源供應(yīng)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，而且系統(tǒng)提供延展、備用接口，供客戶進(jìn)行設(shè)備更新或升級選擇。

1.2 管件作業(yè)系統(tǒng)（Pipe Handling System）及簡要工作流程

管件作業(yè)是鉆井系統(tǒng)重要作業(yè)環(huán)節(jié)，主要由鉆井絞車（Drawworks）、頂驅(qū)（Top Drive）、管吊（Pipe Handing Crane）、貓步機(jī)（Catwalk Shuttle）、鐵鉆工（Rough Neck）、貓頭（Cathead）、轉(zhuǎn)臺（Rotary Table）及排管機(jī)（Pipe Racking system）等設(shè)備組成。整個(gè)鉆井平臺的管件作業(yè)分為井口（Tripping）及離線（Offine Standbuilding）兩部分：首先，作業(yè)以管甲板為起點(diǎn)，采用特殊夾管器（Gripper yoke）作為專用工具，管吊將鉆具（鉆桿、鉆鋌等）吊起放置于貓步機(jī);其次，操作人員自鉆井椅操作設(shè)備，貓步機(jī)配合排管機(jī)將單根鉆具送入鉆井甲板狐貍洞，鐵鉆工完成上扣作業(yè)，排管機(jī)將接好的整柱鉆具放入排管器，重復(fù)上述作業(yè)，完成管件的離線儲備作業(yè)，供增加鉆深時(shí)管件接長使用。頂驅(qū)和鉆井大車是管件作業(yè)中的核心設(shè)備，起承重鉆具及驅(qū)動鉆具轉(zhuǎn)動的重要作用。鉆具拆除作業(yè)，按接管作業(yè)逆序進(jìn)行，最終將鉆具放回至管甲板。

1.3 高低壓泥漿系統(tǒng)及簡要工作流程

泥漿在整個(gè)鉆井過程中起維持井口壓力平衡、潤滑及冷卻鉆頭、清潔井底并將巖屑帶回處理等作用。泥漿系統(tǒng)按壓力分為低壓和高壓泥漿系統(tǒng)，其中低壓泥漿根據(jù)其作用分為：泥漿注入，混合系統(tǒng)及泥漿處理等系統(tǒng);高壓泥漿，以高壓泥漿泵作為動力源，自泥漿池通過泥漿注入系統(tǒng)吸入泥漿，經(jīng)過加壓，通過立管管匯及頂驅(qū)沖管系統(tǒng)注入井底，保持井口壓力平衡并循環(huán)運(yùn)行將巖屑等雜質(zhì)從井口帶回進(jìn)行后續(xù)處理。從井口帶回的摻雜了黏土、碎石等的泥漿被泵壓驅(qū)動返回平臺后，經(jīng)過振動篩，除沙、除泥及除氣等設(shè)備處理，駁運(yùn)至泥漿池，供再次循環(huán)使用。

1.4 干粉及其控制系統(tǒng)的簡要工作流程

干粉系統(tǒng)是用作液態(tài)泥漿配比的固態(tài)干料進(jìn)行儲存及運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)，通常由若干儲存及緩沖罐、加料斗、集塵器等設(shè)備組成。干粉料自舷邊加載站通過壓縮空氣作為傳輸動力，將干料自干粉駁運(yùn)船，通過遙控閥的開閉來控制干粉材料的流動及儲存路徑，駁入罐體儲存，通常其操作在遠(yuǎn)程集控中心由干粉控制系統(tǒng)自動完成。

1.5 井控系統(tǒng)

井控系統(tǒng)作為鉆井包的安全保障系統(tǒng)，在鉆井安全、危機(jī)處置等方面起到保障平臺及人員安全的作用。井涌和井噴在海洋鉆井作業(yè)中發(fā)生的概率和影響相對于陸地鉆井更加嚴(yán)峻，設(shè)備可靠性不高，甚至處置不當(dāng)，將對平臺人員及設(shè)備安全產(chǎn)生重大安全隱患。因此，井控系統(tǒng)是平臺安全控制的重中之重。通常井控系統(tǒng)由防噴器、防噴器控制單元、節(jié)流壓井管匯、分流器及其控制系統(tǒng)、蓄能器等組成。如果井口壓力異常或是發(fā)生井噴，應(yīng)按照井控作業(yè)規(guī)范，通過節(jié)流壓井或是萬能防噴器、閘刀防噴器等操作，直接干預(yù)井底至壓力穩(wěn)定，保持鉆井作業(yè)的安全。

1.6 水泥系統(tǒng)

水泥系統(tǒng)又稱固井系統(tǒng)，是將井下套管與井壁進(jìn)行加固、防止井口坍塌的系統(tǒng)。水泥系統(tǒng)主要由水泥單元、水泥管匯及其高壓管線、水泥注入頭等設(shè)備組成。一般情況，固井作業(yè)同鉆井作業(yè)交叉進(jìn)行，保持井壁完好、無崩塌、泄漏，方可進(jìn)行鉆井作業(yè)。

2 鉆井包完工調(diào)試

同常規(guī)系統(tǒng)一樣，鉆井包的完工調(diào)試分為機(jī)械完工、預(yù)調(diào)試、調(diào)試三個(gè)階段。

2.1 機(jī)械完工概述

具體來講，電氣設(shè)備：已按照設(shè)計(jì)圖紙完成接線，接地、通斷及絕緣良好;機(jī)械設(shè)備：安裝結(jié)束，基座緊固、扭矩等檢查合格;旋轉(zhuǎn)類設(shè)備：潤滑完畢，軸系對中結(jié)束，皮帶松緊合適;管系：保溫及防腐結(jié)束，預(yù)上壓無泄漏，沖洗、回裝結(jié)束等。總之，機(jī)械完工即為建造的終結(jié)，是設(shè)備或系統(tǒng)具備上電、上壓或上氣等調(diào)試的先決條件。一般來講，其具體控制要點(diǎn)都會通過相關(guān)專業(yè)的檢查確認(rèn)并歸檔，形成有機(jī)整體，用以顯示、反饋機(jī)械完工狀態(tài)，作為調(diào)試的文件支持。

2.2 機(jī)械完工與調(diào)試的關(guān)系

首先，機(jī)械完工作為調(diào)試前的重要一環(huán)，其完整性決定了調(diào)試工作是否能夠順利進(jìn)行。按照系統(tǒng)特點(diǎn)，分為分支系統(tǒng)、子系統(tǒng)、檢查單;其次，調(diào)試通常以系統(tǒng)為單位進(jìn)行，通過收集系統(tǒng)包含的分系統(tǒng)、檢查單的信息狀態(tài)，確認(rèn)系統(tǒng)是否已具備調(diào)試條件。因此，調(diào)試的計(jì)劃應(yīng)嚴(yán)格基于機(jī)械完工計(jì)劃編排，繼而調(diào)試人員、資源需求等計(jì)劃編寫完成。

3 鉆井包完工調(diào)試安全控制

作為鉆井平臺關(guān)鍵功能區(qū)塊，其自動化集中控制、作業(yè)區(qū)域緊湊、防撞智能控制的特點(diǎn)，對調(diào)試作業(yè)的安全控制提出了更高的要求。因此，建立事先預(yù)判、事中控制及事后總結(jié)的機(jī)制顯得尤為重要。

3.1 安全策劃及審批許可制度

首先，所有上電、上壓調(diào)試的設(shè)備或系統(tǒng)，必須要專項(xiàng)策劃，分析可能出現(xiàn)的問題并制定相應(yīng)的預(yù)控方案;其次，根據(jù)上電或上壓通知書進(jìn)行審批，得到許可后方可進(jìn)行作業(yè);最后，嚴(yán)格落實(shí)隔離措施，針對不同情況采用不同隔離措施進(jìn)行有效隔離，切實(shí)維護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)利益，比如維修隔離掛雙鎖并掛隔離牌。

3.2 調(diào)試過程安全控制

調(diào)試過程安全控制是保障調(diào)試安全的最重要一環(huán)，過程控制必須能夠響應(yīng)出現(xiàn)的各種情況。通常情況下，自升式鉆井平臺鉆井包的調(diào)試過程安全控制包含如下要點(diǎn)（典型系統(tǒng)舉例）：

3.2.1 鉆井甲板設(shè)備。鉆井甲板狹小空間和鉆井椅資源的稀缺性決定了鉆井平臺的調(diào)試始終處于使用需求同供給不足間的矛盾沖突中。通常情況下，任意鉆井設(shè)備（如排管機(jī)）動作，整個(gè)鉆井甲板將受到影響，需要禁區(qū)拉設(shè)，禁止無關(guān)人員進(jìn)入，未經(jīng)許可進(jìn)入禁區(qū)的人員，都將會受到嚴(yán)厲的教育和處罰。因此，所有進(jìn)入調(diào)試區(qū)域的請求，需事先在聯(lián)席會議上提出，獲得進(jìn)入許可。此類要求同樣適用于井架高處作業(yè)，一般情況下，只要井架作業(yè)，所有鉆井甲板作業(yè)暫停，避免交叉作業(yè)及高處物體打擊。

3.2.2 高壓泥漿系統(tǒng)。高壓泥漿系統(tǒng)的試驗(yàn)，因其較高的壓力，被認(rèn)為是平臺最危險(xiǎn)的試驗(yàn)之一，一旦發(fā)生泄漏，將對財(cái)產(chǎn)或人員安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，在進(jìn)行高壓試驗(yàn)前，需對相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)系統(tǒng)的完好性，功能無異常，如安全閥狀態(tài)良好。另外，此試驗(yàn)涉及區(qū)域一般從泥漿泵房到鉆井甲板，影響區(qū)域較大，安全控制難度大，需加強(qiáng)試前溝通和過程巡查。

3.2.3 井控系統(tǒng)。此試驗(yàn)同高壓泥漿試驗(yàn)類似，也是鉆井平臺危險(xiǎn)性較大的試驗(yàn)。作為鉆井作業(yè)中安全保障系統(tǒng)的調(diào)試，其安全性及可靠性是驗(yàn)證的關(guān)鍵，工裝樣式類型，質(zhì)量證明文件，儀器、儀表校驗(yàn)等必須在試驗(yàn)前確認(rèn)。井控試驗(yàn)，一般壓力要達(dá)到幾百個(gè)大氣壓，作業(yè)交底、操作人員的防護(hù)等需要逐項(xiàng)落實(shí)，堅(jiān)決杜絕諸如工裝崩彈事故的發(fā)生。除以上典型系統(tǒng)的調(diào)試安全控制表述以外，需按照日常調(diào)試管理的要求，切實(shí)讓調(diào)試人員在思想意識上充分理解調(diào)試安全風(fēng)險(xiǎn)的存在，杜絕麻痹大意，在諸如系統(tǒng)停送電記錄、隔離維修、日常維護(hù)等細(xì)節(jié)方面，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行。在遇到涉及調(diào)試系統(tǒng)修改或整改的作業(yè)中，嚴(yán)格執(zhí)行審批作業(yè)制度，及時(shí)反饋及更新狀態(tài)，做好閉環(huán)管理，消除管理不善引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的可能。

4 大包服務(wù)商調(diào)試現(xiàn)場管理

為滿足項(xiàng)目整體要求，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本、質(zhì)量、工期等目標(biāo)，鉆井包服務(wù)商調(diào)試現(xiàn)場管理至關(guān)重要。一般從以下三方面優(yōu)化管理：首先，了解合同內(nèi)容及標(biāo)的和服務(wù)范圍等關(guān)鍵條款，必要時(shí)請合同管理部門交底;其次，根據(jù)合同，制定切實(shí)滿足項(xiàng)目質(zhì)量、工期等要求的分計(jì)劃，如人員安排計(jì)劃，配套設(shè)施、資源安排計(jì)劃，培訓(xùn)計(jì)劃等，必要時(shí)澄清某些條款內(nèi)容，做到有的放矢;再次，做好干系人及溝通管理，明確溝通渠道，做到溝通暢通;最后，過程中如遇影響計(jì)劃的事件或因素，及時(shí)同各方進(jìn)行溝通，必要時(shí)進(jìn)行人員、材料等資源調(diào)整，跟蹤、反饋執(zhí)行情況，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)措施，保證項(xiàng)目的推進(jìn)。

5 結(jié)語

隨著社會發(fā)展，人類對資源的需求呈爆發(fā)增長態(tài)勢，海洋石油鉆井平臺作為石油鉆井領(lǐng)域的生力軍，將一如既往地為人類能源事業(yè)貢獻(xiàn)力量。作為鉆井功能的載體，鉆井包對項(xiàng)目后期成功運(yùn)營起著至關(guān)重要的作用。隨著越來越多的人關(guān)注職業(yè)健康安全，加之作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)的積累和管理水平的提高，相信在鉆井平臺鉆井包這類特種系統(tǒng)的完工調(diào)試及安全控制中，一定會越做越好，為項(xiàng)目運(yùn)營管理增光添彩。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬連山.全球自升式鉆井平臺市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[J].國際石油經(jīng)濟(jì)，2013，（Z1）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）