深水鉆井船鉆井模塊研究

趙傳亮，張樹立，王嘉波

深水鉆井船鉆井模塊研究

趙傳亮1，張樹立2，王嘉波1

（1.遼寧陸海石油裝備研究院有限公司，遼寧盤錦124010；2.煙臺杰瑞石油裝備技術有限公司，山東煙臺264000）

近年來海洋油氣資源勘探開發逐漸向深海發展，深水石油裝備已將成為投資焦點。本文通過對深水鉆井平臺對比分析，并對深水鉆井船鉆井模塊的設計進行分析，其中包括鉆井模塊設備主要參數選型、雙井架鉆井工藝路徑和鉆機模塊設備布置。

深水鉆井船；鉆井模塊；雙井架

隨著海洋油氣資源勘探開發技術的發展，主流的深水鉆井平臺作業水深可達3 048 m.鉆井船通常具有自航能力，以及機動性好、停泊簡單、可變載荷大、存儲能力強等優點，特別適用于深水勘探鉆井作業。深水鉆井船通常采用動力定位系統，既有無限航區航行船的特點，又有特定環境條件及海域作業的海洋工程裝備的特點，是“型船”與“鉆機”的完美結合體[1]。鉆井船鉆井模塊的設計是深水鉆井船設計的關鍵環節，鉆井模塊的設計水平在很大程度上決定鉆井船的作業效率。本論文在綜合分析國內外優秀船型的基礎上對鉆井模塊的設計進行分析，滿足作業水深3 048 m和鉆井深度12 000 m的要求。

1 鉆井模塊總體介紹

鉆井模塊主要由鉆臺和井架兩大部分組成，鉆井模塊的主要系統設備如提升系統、鉆具移運排放系統和升沉補償系統等均布置于鉆臺和井架上。鉆臺及底部結構將井架的載荷傳遞給船體，起到支撐的作用。

1.1 鉆臺及底部結構

鉆井船的鉆臺及底部結構一般位于船舯部，是鉆井模塊的主要結構。鉆臺結構下方為月池（Moon Pool）開口，鉆臺面用于安裝井架、絞車和司鉆控制室等。圖1為鉆臺結構的一個簡圖。

圖1 鉆臺及底部結構

1.2 井架

井架用于布置鉆井設備，主要包括頂驅、天車及天車補償裝置、游車等。圖2為雙井架結構的一個簡圖。

圖2 雙井架

2 鉆井模塊主要參數

2.1 雙井架

深水鉆機鉆井工藝比近海鉆機更加復雜，起下鉆和連接鉆桿消耗時間更多。雙井架鉆機配置有兩套鉆井及排管系統，通過主輔井口配合并行操作，可顯著提高鉆井效率，理論上雙井架鉆機相對普通鉆機效率可提高31.6%[2].例如美國雙聯井架鉆井船Discover Spirit在Aconcagua海洋氣田鉆探時大約節省了25%的作業時間。雙井架鉆機已成為新型高性能深水鉆機的典型標志[3]。雙井架基本參數如表1所示。

表1 雙井架參數

2.2 絞車

絞車主要用于起下鉆具、下套管，在鉆井的過程中控制鉆壓、送進鉆具。雙井架鉆機配備兩套提升系統，故需要配備1臺主絞車和1臺副絞車，技術參數見表2所示。

表2 絞車參數

2.3 鉆具移運排放系統

鉆具移運排放系統主要包括：關節吊、貓道機、動力鼠洞、鉆臺機器人。與半潛式鉆井平臺相比，鉆井船型寬較小，雙井架的開口為艏艉方向。井架前方為鉆桿和套管存放區，井架后方為隔水管存放區。2套排管系統布置于井架艏艉位置。鉆具移運排放系統技術參數見表3所示。

表33 鉆具移運排放系統參數

2.4 天車補償裝置

鉆井船在波浪作用下將產生上下的升沉運動。升沉補償裝置能有效減小升沉運動對鉆井作業帶來的一系列影響，保證井底鉆壓的穩定和鉆井系統整體工作的高效[4]。天車補償裝置是升沉補償裝置的一種，通過液缸和滑輪組達到升沉補償的作用。技術參數如下4所示。

表4 天車補償裝置參數

2.5 鉆井系統其他主要設備參數

鉆井系統其他主要設備參數如表5所示。

表5 其他主要設備參數

3 鉆井模塊布置

鉆井模塊布置是鉆井船設計的關鍵環節，使用雙井架的深水鉆井船鉆井工藝流程復雜，多任務并行操作。合理的布置設計可以使作業連續性好，減少不必要的停工等待時間，作業效率高。

鉆具移運排放系統、隔水管處理系統、防噴器和采油樹處理系統和升沉補償系統是鉆井模塊布置較復雜的部分。圖3為鉆井模塊總體的布置圖。

圖3 鉆井模塊總體布置圖

3.1 雙井架鉆井工藝分析

布置鉆井系統設備之前必須明確雙井架的鉆井工藝。主鉆機、輔鉆機及鉆井船動力系統（DPS-3）相互配合，可最大限度減少不必要的空閑時間。主輔鉆機協作的鉆井作業過程如表6所示。

表6 主輔鉆機并行作業過程

3.2 鉆臺面布置圖

鉆臺面上設備種類繁多，應根據雙井架的鉆井工藝進行鉆臺面設備的布置，尤其需要注意的是排管系統如何配合主輔鉆機協同作業的問題。

圖4為鉆臺布置圖，主輔鉆機的井口中心距離為480英寸，艉部鉆機為主鉆機，艏部鉆機為輔鉆機。鉆臺結構正下發為月池，船體開口為25 m×9.7 m，在月池上方布置有隔水管張緊系統及其導軌。

圖4 鉆臺布置圖

鉆井船左舷布置2臺鉆井絞車及鉆具移運排放系統的指梁和排管機，鉆井船右舷為司鉆控制室、鐵鉆工和死繩固定器等。節流壓井管匯和液氣分離器等布置于井架周圍。井架后方為隔水管存儲區及隔水管吊機和貓道機，井架前方為鉆桿和套管存儲區及折臂吊和貓道機。防噴器和采油樹分別布置在左右舷，通過各自的吊機和轉運車送至井口。

4 結論

1）本文對雙井架鉆井模塊主要設備配置進行了分析，給出了目標鉆井模塊主要設備的參數。

2）對雙井架主輔鉆機并行作業的鉆井工藝進行了分析。

3）根據雙井架主輔鉆機作業特點，給出了目標鉆井模塊主要設備的布置情況。

4）對鉆井工藝等的分析研究經過大量的簡化，在主體尺度、性能和布置情況方面可滿足目標鉆井模塊要求。

[1]趙建亭.深水鉆井船鉆井系統設計研究[J].船舶與海洋工程，2014，97（1）：1-7.

[2]岳吉祥.深水半潛式鉆井平臺鉆機選型[J].石油勘探與開發，2009，36（6）：776-783.

[3]趙洪山，劉新華，白立業.深水海洋石油鉆井設備發展現狀[J].石油礦場機械，2010，39（5）：68-74.

[4]劉清友，徐濤.深海鉆井升沉補償裝置國內現狀及發展思路[J].西南石油大學學報，2014，36（3）：1-8.

Deepwater Drilling Ship Drilling Module Research

ZHAO Chuan-liang1，ZHANG Shu-li2，WANG Jia-bo1
（1.Liaoning Petroleum Equipment Institute Co.，Ltd.，Panjin Liaoning 124010，China；2.Yantai Jereh Petroleum Equipment&Technologies Co.，Ltd.，Yantai Shandong 264000，China）

In recent years，petroleum oil and gas exploration has been developing to deepwater，deepwater petroleum equipments will certainly be the focus of investment.After analyse and compare deepwater drilling platforms，this paper will give an analysis of deepwater drilling ship drilling module design，which includes drilling module equipments main parameters，dual derrick drilling techniques and equipments layout.

deepwater drilling ship；drilling module；dual derrick

TE952

A

1672-545X（2017）07-0121-03

2017-04-08

趙傳亮（1988-），男，遼寧盤錦人，本科，設計員，現從事海洋鉆井模塊的技術開發工作。