深水浮式平臺鉆機(jī)模塊的可搬遷技術(shù)

深水浮式平臺鉆機(jī)模塊的可搬遷技術(shù)

1.5挖掘機(jī)模塊移動技術(shù)?？砂徇w鉆機(jī)模塊即海上多座平臺共用一套鉆機(jī)模塊,鉆機(jī)模塊可根據(jù)生產(chǎn)需要在各平臺之間進(jìn)行搬遷,以降低各油田的生產(chǎn)成本。鉆機(jī)模塊的海上搬遷可考慮使用大型起重船、鉆井供應(yīng)船或固定式平臺上的吊機(jī)?？砂徇w鉆機(jī)模塊應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注海上搬遷方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性?？砂徇w鉆機(jī)模塊還是我國未來SPAR、TLP、SEMI等深水浮式生產(chǎn)平臺鉆機(jī)模塊的重要選擇。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn),成熟可靠的固定式平臺可搬遷鉆機(jī)模塊經(jīng)過適應(yīng)性改造后即可裝備深水浮式生產(chǎn)平臺?？砂徇w鉆機(jī)模塊可分為常規(guī)可搬遷、輕型可搬遷和小模塊型可搬遷等類型。常規(guī)可搬遷鉆機(jī)模塊如春曉油氣田的鉆機(jī)DES、DSM南和DSM北模塊(見圖13)可在春曉WHPA井口平臺和天外天WHPA井口平臺之間由大型起重船進(jìn)行整體搬遷。惠州19-3、惠州19-2/1兩座平臺的鉆機(jī)模塊(見圖14)共享一個可搬遷DSM模塊,該DSM模塊可被分解為重量不超過30t的子模塊,子模塊由平臺的30t吊機(jī)和平臺供應(yīng)船完成海上搬遷后,再通過銷軸和螺栓等進(jìn)行連接,組裝復(fù)原。輕型可搬遷鉆機(jī)模塊即在滿足鉆井作業(yè)需要的前提下,盡可能簡化配置,使鉆機(jī)模塊控制在最小規(guī)模。如鉆機(jī)的應(yīng)急動力系統(tǒng)、頂驅(qū)、泥漿池、泥漿泵、固井設(shè)備等關(guān)鍵模塊為可搬遷式,關(guān)鍵設(shè)備模塊搬遷后仍保持原鉆機(jī)模塊的完整和獨(dú)立性,滿足平臺修井作業(yè)的要求,如惠州21-1、惠州26-1、惠州32-2、惠州32-3平臺的四臺鉆機(jī)模塊共享一套可搬遷WOP模塊。輕型可搬遷鉆機(jī)模塊與常規(guī)鉆機(jī)模塊相比,模塊劃分?jǐn)?shù)量較多,單個模塊的重量較輕,鉆機(jī)模塊的總干重和總操作重均可減輕約40%。小模塊型可搬遷鉆機(jī)模塊如蓬萊19-3二期油田鉆修井機(jī),該鉆修井機(jī)各小模塊的最大尺寸為18.63m×2.7m×3.75m,每個小模塊自重控制不超過25t,模塊總重量約870t。1.6鉆機(jī)模塊的可靠性技術(shù)石油鉆機(jī)是以串聯(lián)為主的復(fù)雜系統(tǒng),通過故障分析,找出最薄弱的環(huán)節(jié)和部位,加強(qiáng)質(zhì)量管理,可大幅提高可靠性。與陸上鉆機(jī)相比,海洋鉆機(jī)模塊的可靠性要求更高,除易損件以外的設(shè)備壽命一般不能低于平臺的使用期,全機(jī)停機(jī)率要求低于2%。為了提高鉆機(jī)的固有可靠性,應(yīng)采用HAZOP(危險(xiǎn)及可操作性)分析、QRA(風(fēng)險(xiǎn)定量)分析和HSE(健康、安全、環(huán)保)設(shè)計(jì);在鉆機(jī)系統(tǒng)中裝設(shè)在線狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)警系統(tǒng),監(jiān)視裝備劣化趨勢;裝設(shè)誤操作聯(lián)鎖和緊急自動停車裝置,嚴(yán)防嚴(yán)重故障和致命故障的產(chǎn)生;提高機(jī)械化自動化水平,減輕工人的勞動強(qiáng)度;進(jìn)行耐嚴(yán)酷環(huán)境設(shè)計(jì),采用減振降噪設(shè)施、防寒凍、防高溫、防鹽霧腐蝕、防塵設(shè)施,以及有害的廢液、廢物處理設(shè)施;盡量將易損件、易先期失效件設(shè)計(jì)成獨(dú)立的子模塊、置于易檢查、易發(fā)現(xiàn)故障、易拆換的結(jié)構(gòu)位置上。如番禺30-1平臺鉆機(jī)DES模塊上底座滑移爬行器和防噴器見圖15;旅大5-2平臺鉆機(jī)DES模塊大、小鼠洞(RatHole)和防噴器檢修懸掛梁見圖16;西江24-3平臺鉆機(jī)DES模塊鉆井絞車海上維修見圖17。從我國石油鉆機(jī)可靠性試驗(yàn)的結(jié)果可知,由于制造、裝配、調(diào)試中留下隱患而造成的故障占全部故障的42.1%,尤其裝配質(zhì)量問題最多。為減少海上固定式平臺鉆機(jī)模塊出海后安裝和調(diào)試階段的早期故障,提高鉆機(jī)的首次平均無故障工作時(shí)間,最有效的辦法是在鉆機(jī)建造場地先進(jìn)行試總裝和試運(yùn)行,把制造、安裝過程中的明顯缺陷暴露在鉆機(jī)出海之前,以盡量實(shí)現(xiàn)平臺海上安裝調(diào)試階段的鉆機(jī)零調(diào)試和零故障。2海上聯(lián)合調(diào)試的難度鉆機(jī)模塊與陸地鉆機(jī)相比較,另一個顯著的特點(diǎn)是:鉆機(jī)的海上安裝方案對鉆機(jī)和整個平臺的工程設(shè)計(jì)和建設(shè)都有重大的影響。配備鉆機(jī)使得平臺組塊的甲板面積和重量增加,鉆機(jī)與平臺組塊公用系統(tǒng)之間的界面復(fù)雜、接口眾多,鉆機(jī)與平臺組塊海上安裝的難度較大,海上聯(lián)合調(diào)試的時(shí)間較長。目前鉆機(jī)模塊可采用的海上安裝方案有海上獨(dú)立吊裝、隨平臺組塊整體吊裝、隨平臺組塊“浮托法”安裝(Float-overInstallation)等。2.1平臺組塊的海上吊裝作業(yè)鉆機(jī)模塊海上獨(dú)立吊裝時(shí),一般根據(jù)起重船的起重能力劃分為幾大模塊。如由于起重船的起重能力有限,春曉油氣田和南堡35-2平臺鉆機(jī)的DSM模塊均被細(xì)分為南、北兩個子模塊進(jìn)行海上獨(dú)立吊裝。南堡35-2平臺鉆機(jī)DES、DSM南和DSM北模塊見圖18?！八暮綂^進(jìn)”號起重船采用1個650t主鉤和2根輔助吊桿海上吊裝南堡35-2平臺鉆機(jī)DSM南模塊見圖19。目前我國海洋鉆機(jī)模塊采用海上獨(dú)立吊裝的工程建設(shè)費(fèi)用大致構(gòu)成見表4,工程建設(shè)工期大致構(gòu)成見表5。鉆機(jī)模塊海上獨(dú)立吊裝完成后還有大量的海上連接和調(diào)試工作。為了節(jié)省海上作業(yè)時(shí)間和費(fèi)用、降低施工難度,應(yīng)盡可能在陸上完成鉆機(jī)模塊的整體調(diào)試工作。為了縮短海上安裝的工期,應(yīng)盡量減少鉆機(jī)模塊的海上吊裝次數(shù),如可采用自升式套裝井架、在模塊吊裝設(shè)計(jì)時(shí)考慮攜帶子模塊、橇塊和其他散件等。如旅大5-2平臺鉆機(jī)DSM模塊攜帶P-TANK子模塊和散件進(jìn)行吊裝,DES模塊攜帶自升式套裝井架底段和頂段進(jìn)行吊裝;旅大5-2平臺模塊海上吊裝重量構(gòu)成見表6,平臺海上吊裝主體完工見圖20。目前我國海上固定式平臺和鉆機(jī)模塊海上吊裝作業(yè)過程采用了AutodeskInventor三維模擬和CAE結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析技術(shù),并在平臺和鉆機(jī)模塊上設(shè)有必要的海上吊裝輔助導(dǎo)向和防碰結(jié)構(gòu),以確保海上吊裝作業(yè)的順利進(jìn)行。如番禺30-1平臺模塊海上吊裝重量構(gòu)成見表7,“藍(lán)疆”號起重船海上吊裝作業(yè)過程三維模擬見圖21。當(dāng)大型平臺組塊采用分塊建造、鉆機(jī)某模塊又跨越兩個組塊分塊就位時(shí),由于組塊分塊海上吊裝就位后,組塊分塊之間還有海上連接段的安裝工程,平臺組塊的安裝完工精度對鉆機(jī)模塊的安裝精度有更為顯著的影響,故應(yīng)特別控制好平臺組塊的安裝完工精度。如旅大5-2平臺甲板東、西組塊之間設(shè)有1m寬的海上連接段,鉆機(jī)DSM模塊的8個基座位于甲板東組塊,6個基座位于甲板西組塊。為了保護(hù)井架、司鉆房、鉆井絞車、拖鏈等重要設(shè)備,鉆機(jī)模塊海上吊裝可采用合成纖維吊裝帶、臨時(shí)保護(hù)框架和輔助吊裝框架等措施。如西江23-1平臺鉆機(jī)DES模塊、輔助吊桿及在井架底段和頂段外圍加裝的臨時(shí)保護(hù)框架和掛索小平臺見圖22;惠州19-3、惠州19-2/1平臺鉆機(jī)DSM模塊吊裝框架見圖23。2.2鉆機(jī)模塊吊裝以往我國起重船的能力有限,鉆機(jī)模塊往往只能采用海上獨(dú)立吊裝。我國大型起重船的相繼投入使用使鉆機(jī)模塊隨平臺組塊整體吊裝已成為可能。如八角亭平臺(包括甲板組塊、鉆機(jī)模塊、生活模塊和輔助吊裝框架臨時(shí)歇架)碼頭裝船見圖24。“藍(lán)疆”號起重船進(jìn)行八角亭平臺安裝作業(yè)時(shí)間構(gòu)成見表8,可見鉆機(jī)模塊隨平臺組塊整體吊裝可大大縮短平臺海上安裝的工期。2.3通過海上“浮托法”安裝推動海上施工技術(shù)開發(fā)通常在大型鉆機(jī)模塊和平臺組塊的海上吊裝作業(yè)中,起重船、駁船等裝備的費(fèi)用十分昂貴。在水深較淺的海域,由于起重船的吃水過大,也使隨平臺組塊“浮托法”安裝成為鉆機(jī)模塊海上安裝的首選。我國陸續(xù)建成的大型駁船和半潛船可使我國海上“浮托法”安裝能力最大可達(dá)約25000t。鉆機(jī)模塊如隨平臺組塊“浮托法”安裝,鉆機(jī)模塊的工程建設(shè)費(fèi)用可節(jié)約約10%,工程建設(shè)工期可縮短約20～30%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。如趙東ODA平臺(包括甲板組塊、鉆機(jī)模塊、生活模塊)“浮托法”安裝見圖25。2.4自升式鉆井平臺的鉆機(jī)模塊海上滑移安裝為了解決一些自升式鉆井平臺鉆機(jī)井口覆蓋能力有限的問題,我國也采用了由起重船先在導(dǎo)管架上安裝鉆井用導(dǎo)管架帽(JacketCap),待自升式鉆井平臺上的鉆機(jī)滑軌與鉆井用導(dǎo)管架帽上的滑軌海上對接后,再將鉆機(jī)滑移至鉆井用導(dǎo)管架帽上的海上安裝模式。應(yīng)用該模式可大幅度提高這些自升式鉆井平臺鉆機(jī)在固定式平臺上的井口覆蓋能力,且海上安裝作業(yè)的工期短、費(fèi)用低。如“渤海7號”平臺的6000m鉆機(jī)海上滑移至、旅大10-1WHPA平臺鉆井用導(dǎo)管架帽上作業(yè)見圖26。3平臺設(shè)計(jì)、建造總工程施工管理的必要性鉆機(jī)模塊和其他海上油田工程設(shè)施由同一承包商實(shí)施工程建設(shè)項(xiàng)目一體化管理的主要優(yōu)點(diǎn)如下:1)能夠大量減少業(yè)主方對不同承包商之間的管理與界面協(xié)調(diào);2)能夠減少平臺不同單體之間專業(yè)技術(shù)界面的協(xié)調(diào),避免因各方的意見不一而影響整個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)工期;3)能夠在設(shè)計(jì)階段對整個平臺的不同單體的結(jié)構(gòu)和總體布置實(shí)施整體優(yōu)化,以達(dá)到整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,減輕平臺整體重量;4)能夠在設(shè)計(jì)階段考慮整個平臺材料的一致性,避免同一類系統(tǒng)材料的多樣性,便于工程采辦的跟蹤管理和平臺生產(chǎn)階段的維護(hù)管理;5)能夠在工程采辦階段,對整個平臺上的設(shè)備、材料進(jìn)行統(tǒng)一采辦,加強(qiáng)對供貨商的統(tǒng)一管理,以保證工程采辦質(zhì)量與周期;有利于平臺生產(chǎn)階段的維護(hù)管理,降低工程采辦的管理費(fèi)用和平臺生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用;6)整個項(xiàng)目各單體的建造能夠在同一場地進(jìn)行,有利于建造期間的項(xiàng)目管理、界面協(xié)調(diào)和資源共享,有利于項(xiàng)目工期的保證,降低工程造價(jià);7)在整個項(xiàng)目的裝船運(yùn)輸、海上安裝作業(yè)期間,能夠統(tǒng)一規(guī)劃船舶資源,避免因船舶資源的不足而耽誤整個工程項(xiàng)目的工期。4海洋鉆機(jī)模塊我國目前已成為石油鉆機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的大國,鉆機(jī)年產(chǎn)量位居世界第