典型鉆井平臺管路模塊化設計應用

田學貴，時英翠

（煙臺中集來福士海洋工程有限公司，山東煙臺 264000）

典型鉆井平臺管路模塊化設計應用

田學貴，時英翠

（煙臺中集來福士海洋工程有限公司，山東煙臺 264000）

鉆井平臺D90是目前作業水深和鉆井深度最大的半潛式雙塔雙鉆平臺，其月池及鉆臺舾裝工作量巨大，如何提高生產設計的模塊化水平，并保證平臺的建造進度是一項非常關鍵的工作。文章通過對鉆井平臺D90的月池區管路模型設計進行分析，總結出平臺鉆井模塊管路設計的優點，為今后平臺管路的設計提供參考。

鉆井平臺；模塊設計；管路系統

0 引言

鉆井平臺D90“阿爾法”號的管子超過40 000支，其中鉆井區管子就超過30%，沒有中間產品[1]的成組裝配施工的模塊化設計，很難保證平臺的建造進度。布置密集的管子主要集中在液壓、泥漿、固井等系統，這些區域應該進行重點分析。對比已建項目D90“發現者”號和“中海油服興旺”號的設備類型和整體布局，在此基礎上進一步對管路布置進行配置與優化，以達到模塊化設計的效果。下面從幾個常見的模塊加以說明。

1 HPU液壓模塊

1.1 D90“發現者”號HPU的特點及缺陷

D90“發現者”號HPU的顯著特點主要有：2個小HPU并聯組合在1個整體基座上，2個小HPU并聯后引出4個環路供應鉆臺、井架上的常規動力設備。主、副井的塔架提升系統、絲繩補償系統分別來自1個小HPU。HPU管子接口多，需要布置的管子細而密。

其缺陷有：房間空間有限，2個小HPU的板冷只能布置在房間外的走廊內。由于HPU房間上方是BOP房間，液壓管通過上方房間直接到達鉆臺的近路被阻斷，只能通過套管區再向上布置，再到達鉆臺。具體如圖1所示。

1.2 D90“阿爾法”號采取的主要措施

D90“阿爾法”號采取的主要措施如下：

1）設備選型時，HPU做成整體的，管子接口由44個減少到21個[2]，減低模塊化設計的難度；

2）調整BOP房間的位置，把BOP房間移到2#機艙的上方，方便液壓管向上延伸，直接到達井架；

3）HPU上方的房間布置成上下兩層，上層布置塔架提升蓄能器瓶組，下層布置HPU房間的風機、兼做液壓管的通道。

1.3 模塊化設計效果

經優化設計的HPU及其管路具有以下特點：

1）管路布置精煉、清晰，管子接口少；

2）如圖2所示，形成2個附加的模塊。

2 套管、張緊器軟管模塊

半潛式鉆井平臺的張緊器系統，一般采用有導向鋼絲繩或無導向鋼絲繩方案進行解決[3]。無鋼絲繩方案張緊器系統直接作用于液壓缸補償，需要配備液壓軟管。套管系統的軟管因不同的張緊器系統方案，其布置方案各有缺點。

2.1 分析已建項目的不足

1）第五代鉆井平臺，以“中海油服興旺”號為例

套管的5支軟管（節流/壓井2支，液壓2支，泥漿1支），其上接口終止于底甲板以上，軟管需要穿過雙層底分段的2層甲板，為防止船體結構磨損軟管，穿艙型式采用加大很多的鋼管，且鋼管2段需要采用雙曲線擴口型式。

張緊器采用導向鋼絲繩，沒有采用軟管。

設備本身重量大、安裝重心高，占用大量甲板面積，對結構要求高等都是無法克服的難點。

2）第六代鉆井平臺，以D90“發現者”號為例

套管的5支軟管與張緊器的6支軟管分2組，分別下穿井心首、尾的雙層底甲板，軟管接口布置在雙層底內部，2層甲板均采用自由孔穿艙型式。因DN250的液壓管彎頭過大，張緊器的6支軟管需要自帶90°彎頭。

不足之處是，在凈空只有1 000 mm的空間內拆裝軟管的接頭不方便；聯合自由孔的穿艙型式，也給檢修維護等帶來高空跌落的安全隱患。

2.2 D90“阿爾法”號優化方法及效果

1）套管與張緊器的軟管接口位置調整到雙層底下，并加設維修吊架，方便維護、檢修等操作；

2）考慮到套管的5支管壓力較高，穿艙型式采用套管加密封膠型式；張緊器的6支油氣管采用腹板加套管的穿艙型式，以規避開敞式的聯合自由孔，消除跌落風險；

3）優化設計后的效果如圖3所示。

3 排舷外模塊

對于多數鉆井平臺而言，鉆臺及井架的設計工作往往整體外包。例如，D90“阿爾法”號的分流器屬于NOV的界面，但與其連接的多數管路系統屬于船廠界面。

對于這類問題，在詳細設計階段，既要理清界面節點，也要優化模型布置，力爭做到界面清晰、出圖簡便、施工快速。

分流器的放泄管，從月池區高高的“舷墻”向下，穿雙層底接三通閥排向左右舷。三通閥自重3.7 t，模塊化設計時需要充分考慮其吊裝方案，以保證吊裝的安全性，提高吊裝的質量和速度[4]。

同樣，節流壓井管匯的泥漿排舷外，其吊架強度需要符合船級社規范的要求[5]。

二者組成排舷外模塊，整體設計，并利用上船體下水前，在駁船上的時間快速施工，充分體現模塊化設計施工的優越性。其設計效果如圖4所示。

4 第三方設備模塊

第三方設備（如ROV設備等）由船東采購，但一般情況下沒有詳細的三維模型，并且前期的詳設圖紙中往往沒有這些設備的信息。

這些設備主要布置在月池區的甲板上，其中涉及到的管路主要有海水、通用冷卻、儀表空氣等系統。在管路施工設計時，需按照成組技術[6]的指導思想統籌考慮，防止遺漏，并及時送船東簽字認可。

5 結論

模塊化技術的優點主要在于節約成本、提高質量、縮短建造周期[7]。以上幾個模塊的優化設計過程足以說明這一點。

將模塊化設計技術廣泛應用于鉆井平臺的管路設計，還有下列優點：

1）化多類型、少批量的平臺建造為少品種、大批量、機械化生產的模塊制造過程[8]；

2）化繁為簡、優化布置，降低施工難度；

3）提高系統的整體性布置等。

Application of Piping Modular Design on Typical Drilling Rig

TIAN Xuegui, SHI Yingcui

(Yantai CIMC Raffles Offshore Ltd., Shandong Yantai 264000, China)

The drilling rig D90, which has the largest operation depth and drilling capacity in the world, is designed with dual derrick rigs. Due to the huge outfitting work in moon pool and drill floor areas, how to improve the level of the production modular design and how to ensure the construction schedule become a very critical work. The piping modular design in moon pool on the drilling rig D90 is analyzed. The advantage of piping modular design of drilling rig is summarized. Reference is provided for future rig piping design.

drilling rig; modular design; piping system

U664.84

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.008

田學貴（1978—），男，研究方向：鉆井平臺、游艇等設計研究。