海洋平臺鉆井系統的特殊性設計

謝佳思

摘要：隨著海洋石油裝備行業的快速發展，AM軟件在海洋平臺設計方面的應用已經十分廣泛，在設計空間緊張、設計密度高的海洋平臺設計當中，的使用情況，系統介紹了基于AM軟件的海洋平臺的設計過程。概述了國內外海洋鉆井平臺的發展歷史與現狀，分析了固定式、座底式、自升式和半潛式（鉆井船）等各類鉆井平臺的性能特點。

關鍵詞：陸地鉆井；海上鉆井；研究；設計

1鉆井設備的分類

鉆井設備根據鉆井深度分為陸地鉆機和海上鉆機，目前，我國已具備生產1000-9000米系列成套陸地鉆機的能力.主要鉆采設備，如成套鉆機、固井壓裂設備、修井機、井口裝置等。海上鉆機主要用在自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平、鉆井船上，工作深度更大，技術難度更高。

陸地鉆機簡單由四部分組成：

（1）鉆機

中國石油目前已形成機械、直流、交流變頻、復合驅四大鉆機系列，具備鉆機裝備研發、制造和服務一體化能力。鉆機、頂軀等核心裝備實現了系列化。7000米及以下鉆機生產已形成規模；9000米鉆機正在現場試驗；12000米鉆機的研制工作已經啟動，電控系統也已經研制成功。自動化水平也逐漸提高，與國外差距不斷減小。

（2）頂驅

頂部驅動鉆井裝置是當今鉆井裝備中技術含量較高并且復雜的機電液一體化的設備，已成為現代鉆機的重要配置，是21世紀鉆井三大技術裝備之一，中國石油已研制成功直流電、液壓和交流變頻驅動三種頂驅。

（3）近鉆頭地質導向鉆井系統

中國石油集團經過7年多時間的刻苦攻關，突破了近鉆頭電阻率隨鉆測量技術等六大關鍵技術，成功研制出具有自主知識產權的CGDS-Ⅰ近鉆頭地質導向鉆井系統，為我國油氣勘探開發提供了重要的技術支持，目前正在遼河油田、翼東油田進行推廣和應用。

（4）氣體鉆井裝備

自1988年新疆石油管理局從美國引進了第一套氣體鉆井裝備，近年來四川、長慶、大慶具又先后引進了氣體鉆井專用裝備10標準臺套。同時具備10口311米井眼實施空氣鉆井的能力。自行研制了除氮設備以外全套氣體鉆井裝備和工具，包括旋轉防噴器、增壓機、空氣螺桿、空氣錘、霧化泵等。

海工鉆機主要被國外壟斷，主流產品為NOV、AKER、TSC、卡梅隆等，我國四川宏華為上海船廠tiger號鉆井船配套的一臺海工鉆機是目前國內唯一一臺海工鉆機。

2鉆井系統

現代鉆井是一套大型的綜合型機組，整套鉆機是由動力與傳動系統、工作系統、控制系統、輔助系統等若干系統和相應的設備所組成。

該系統主要由以下子系統組成：

1）旋轉系統：由轉盤、水龍頭、鉆桿及鉆頭組成；

2）循環系統：由鉆井泵、地面高壓管匯、鉆井液凈化設備和鉆井液調配裝置（固控設備）等；

3）起升系統：由鉆井絞車、輔助剎車、游動系統（鋼絲繩、天車、滑車）、大鉤和井架組成；

4）動力驅動系統；

5）傳動系統；

6）控制系統和檢測顯示儀表；

7）鉆機底座；

8）輔助設備

3鉆井系統的設計

鉆井系統是鉆井平臺各系統的核心，平臺作業海域通常環境惡劣，要保證鉆采工作可以高效進行，就要有一套設計先進、系統穩定的鉆井系統來保障。行業內通常使用AM軟件進行設計。結合半潛式海洋鉆井支持平臺， 應用PDMS進行支持平臺鉆井系統設計的流程如圖所示。

4基于AM軟件設計鉆井系統的優越性

應用AM軟件設計鉆井平臺的優勢主要體現為如下幾個方面：1） 用戶可對任意類型元件方便地應用自定義屬性；2）建立完整的管件、結構及電氣數據等級庫，使建模及出圖方便快捷。降低了錯誤發生率；3）批量產生生產施工圖樣，節約了大量的人力物力；4）可協同辦公，統一做碰撞檢查，減少返工，保質保量；5）模塊化設計，方便高效。

應用AM軟件設計鉆井平臺存在問題剖析如下：

1）需要設計的標準件較多，建立標準庫和元件庫的工作量相當大，但是一勞永逸。2）作為優秀的設計管理軟件，軟件售價較高，且要收取高額服務費，推廣較困難。3）國內設計部門特別是傳統機械設計單位對AM的認知度低。軟件包含專業方向多，比較龐大，軟件學習周期較長；4）設計周期較短，以及出于知識產權保護等問題，經常會出現業主方提供的設備不及時和不完整等問題，導致三維設備模型設計不完整。

在項目的配置優化方面，AM可以打破常規的設計習慣，在項目設計過程中不需要每個設計人員對各個專業都精通，都要去做自己的三維模型，修改模型，直到出圖。以AM實現的是流水線式的工作流程模式，按照設計流程來劃分設計人員的角色，各司其職。使各專業設計人員的精力放在自己的專業領域，提高項目的工作效率。使用AM后，三維設計人員的數量會降下來，再總體優化設計整個項目過程中的人員分配，與常規設計相比，設計人員減少的同時可高效運行。

5 結語

綜上所述，AM在半潛式海洋支持平臺鉆井系統設計中的應用，可使各專業設計人員協同辦公、默契配合，從而降低設計失誤率，有效預防干涉，減少了修改和返工時間，提高了出圖效率，進而保證了工作質量，使得海洋平臺鉆井系統設計穩步高效進行。應用AM軟件設計海洋鉆井平臺，能夠使得設計及管理一體化，從而在海洋工程設計當中建立海洋石油平臺鉆井系統數據庫，利用AM強大的參數化及可開發性能，可為海洋石油裝備制造業的發展推波助瀾。

參考文獻：

[1]高德利.鉆井科技發展的歷史回顧現狀分析與建議.石油科技論壇，2004，4：29～32

[2]崔學政，齊明俠，綦耀光.石油行業機械工程類專業人才培養模式與教學體系探討.石油教育，2007，6

[3]張嗣偉.關于我國石油鉆機技術發展戰略的思考.石油科技論壇，2001，6：19～22

[4]孫明光，彭軍生.國內外石油鉆井裝備的發展現狀.石油鉆探技術，2008，11：87～89