張力腿平臺(tái)鉆井隔水管張緊器總體布置方案研究

唐宇光(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452)

0 引言

張力腿平臺(tái)(Tension Leg Platform, TLP)是深海油氣開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備之一，適用于水深300～1500m 范圍，通過自身的結(jié)構(gòu)形式，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重的浮力，浮力除了抵消自重外，剩余浮力與預(yù)張力平衡。由于TLP 在我國深水作業(yè)中仍然處于空白，因此有必要選擇一種適用于TLP 的鉆井隔水管張緊器來滿足鉆完井作業(yè)需求。

1 張緊器的作用和組成

張緊器通常安裝于距離平臺(tái)邊緣較近的位置，隔水管系統(tǒng)通過張緊器提供的垂直方面的張力來控制隔水管橫向移動(dòng)和其本身的壓力荷載。當(dāng)遇到比較惡劣的鉆井工況時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生縱向或者豎直方向的運(yùn)動(dòng)張緊器將給隔水管提供軸向上的張力來保證隔水管的穩(wěn)定性。張緊器系統(tǒng)主要由張緊器的數(shù)量、最大張力、長度、剛度以及與立管的夾角和效率等組成。

2 常用浮式鉆井裝置張緊系統(tǒng)類型

隔水管張緊器利用高壓壓縮氣體使液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的推力或拉力通過鋼絲繩及導(dǎo)向滑輪/液壓缸為隔水管提供軸向張力的。目前浮式鉆井裝置隔水管張緊系統(tǒng)有兩種，一種是傳統(tǒng)的鋼絲繩型式，一種是液壓缸直接作用式。

傳統(tǒng)的鋼絲繩型式隔水管張緊器系統(tǒng)利用滑輪組和鋼絲繩使整個(gè)系統(tǒng)升沉補(bǔ)償?shù)男谐套優(yōu)橐簤焊仔谐痰腘 倍，但是張緊器隨著鉆井井深的增加將占用更多的空間且滑輪和鋼絲繩的布置不利于其他鉆井作業(yè)。液壓缸直接作用式的張緊系統(tǒng)液壓缸直接懸掛于鉆臺(tái)面的下面，不占用鉆臺(tái)的空間，通過直接控制隔水管反沖可有效減輕重量，降低成本，延長使用壽命。通過對傳統(tǒng)張緊器和鋼絲繩張緊器的研究，進(jìn)行如下對比，詳見表1。

3 張緊器總體布置

根據(jù)國內(nèi)外廠家調(diào)研分析，張緊器總體布置情況總結(jié)如下：(1)張緊器分為鉆井隔水管張緊器和生產(chǎn)立管張緊器(如圖1所示)；(2)鉆井隔水管張緊器一般布置于BOP 平臺(tái)或主甲板平臺(tái)，油缸數(shù)量為6；(3)生產(chǎn)立管張緊器布置于采油樹平臺(tái)或生產(chǎn)平臺(tái)油缸數(shù)量為4；(4)結(jié)構(gòu)形式上既有懸掛式盒式結(jié)構(gòu)也有坐地式盒式結(jié)構(gòu)。

表1 兩種張緊器系統(tǒng)對比表

圖1 懸掛式張緊器布置情況

TLP 平臺(tái)中張緊器的布置情況如圖2所示。懸掛式盒式結(jié)構(gòu)與坐地式布置方案相比，重量輕、占用平臺(tái)空間少、制造工藝簡便。故推薦懸掛式布置方式。

根據(jù)總體需求，經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算布置方案如下：(1)鉆井隔水管張緊器油缸數(shù)量6，懸掛式盒式結(jié)構(gòu)，懸掛于BOP 平臺(tái)；(2)生產(chǎn)立管張緊器油缸數(shù)量4，懸掛式盒式結(jié)構(gòu)，懸掛于采油樹平臺(tái)；(3)二種張緊器單個(gè)油缸模塊相同，盒式結(jié)構(gòu)可通用；(4)張緊器每套氣瓶組所占用總空間應(yīng)小于8000×5000×3500。

圖2 張緊器于鉆井包、采油樹、BOP等布置關(guān)系示意圖

4 結(jié)語

通過以上對比分析，懸掛式盒式結(jié)構(gòu)的液壓缸直接驅(qū)動(dòng)式張緊器適用于TLP 鉆井平臺(tái)。由于張緊器與海洋工程立管緊密相連，在目前的API、DNV 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中還沒有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對張緊器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和檢驗(yàn)等進(jìn)行規(guī)范性要求。部分相關(guān)內(nèi)容主要在與立管相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的部分章節(jié)中有體現(xiàn)。張力腿平臺(tái)鉆井隔水管張緊器作為升沉補(bǔ)償和張緊系統(tǒng)中的一部分，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造和檢驗(yàn)等首先要以相關(guān)最新版標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容為出發(fā)點(diǎn)，逐步展開。