渤中34-1N鉆井帽在錦州9-3油田井口平臺上的應(yīng)用

高建新，祖 巍，宋雙祥

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設(shè)工程分公司 天津 300452；2.中國船級社天津分社 天津 300457)

0 引 言

錦州9-3油田位于遼東灣北部海域，距葫蘆島市約 50,km，距海岸線最近距離約 15,km，油田范圍內(nèi)水深 6.5～10.5,m。本次錦州 9-3油田綜合調(diào)整項(xiàng)目新建1座4腿井口平臺和1座8腿中心平臺以及相關(guān)平臺的改造(見圖1、2)。

渤中34-1N鉆井帽于 2009年建造完工，原計劃用于渤中 34-1N油田。因項(xiàng)目后期鉆井船資源緊張的局面得到緩解，選用了懸臂式鉆井船進(jìn)行鉆完井作業(yè)。因此，鉆井帽被閑置在建造場地。為實(shí)現(xiàn)公司資產(chǎn)的再利用，曾在其他項(xiàng)目中考慮過應(yīng)用，但均因平臺型式、項(xiàng)目進(jìn)度等原因未能應(yīng)用。本文針對鉆井帽進(jìn)行適應(yīng)性改造后能否成功應(yīng)用在錦州 9-3油田井口平臺進(jìn)行論述。

圖1 錦州9-3井口平臺立面圖Fig.1 Vertical view of JZ9-3 wellhead platform

圖2 鉆井帽結(jié)構(gòu)模型圖Fig.2 Structural model of the drilling cap

1 鉆井帽適用性分析

渤中 34-1N鉆井帽在原設(shè)計階段考慮與渤海5號配合使用。在鉆完井作業(yè)期間，渤海 5號上的鉆機(jī)通過滑移軌道移至鉆井帽上的滑移底座上方，而滑移底座坐落在鉆井帽頂層甲板上的 3條滑軌上方?；频鬃c鉆機(jī)下底座上均設(shè)有液壓滑移機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)對平臺上的每口井進(jìn)行鉆完井作業(yè)。

1.1 結(jié)構(gòu)型式

為確保渤中 34-1N鉆井帽在錦州 9-3油田井口平臺上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，需要對鉆井帽的結(jié)構(gòu)型式與井口平臺組塊的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行初步分析。鉆井帽與目標(biāo)平臺的結(jié)構(gòu)參數(shù)對比如表1所示：

表1 結(jié)構(gòu)參數(shù)對比表Tab.1 Comparison of structure parameters

通過對鉆井帽與井口平臺組塊的結(jié)構(gòu)型式及作用在導(dǎo)管架上的荷載進(jìn)行對比，結(jié)論如下：

① 鉆井帽與平臺組塊在結(jié)構(gòu)型式上除主腿的間距不同外，其余關(guān)鍵參數(shù)均相同。

② 對作用在鉆井帽上的所有垂向荷載進(jìn)行有限元分析，鉆井帽 4個主腿處的最大垂向荷載約為2,800,t，而井口平臺僅組塊的吊裝重量即達(dá)到了2,800,t。考慮到平臺上方的生活樓荷載、修井機(jī)荷載等，在生產(chǎn)作業(yè)期間作用在導(dǎo)管架上的操作荷載遠(yuǎn)大于鉆井作業(yè)期間的垂向荷載。由此推論，導(dǎo)管架的承載能力可以滿足鉆井帽的使用要求。

1.2 靠船位置

根據(jù)錦州9-3油田總體開發(fā)方案中的論述，鉆井船在井口平臺的北側(cè)靠船，利用鉆井船上的懸臂將鉆機(jī)懸跨于導(dǎo)管架上方進(jìn)行鉆完井作業(yè)。但是采用“渤海5號鉆井船＋鉆井帽”的鉆完井作業(yè)模式，鉆井船的靠船位置將會發(fā)生變化，其原因是鉆井帽與渤海5號相對位置固定，即渤海5號鉆井船需要在新建平臺的西側(cè)靠船。

由于鉆井帽井口區(qū)位置發(fā)生了改變，鉆井帽甲板上的振動篩房、泥漿返回槽、服務(wù)臂、氣動絞車等設(shè)備及相關(guān)配套系統(tǒng)均需要進(jìn)行移位。

在錦州9-3油田總體開發(fā)方案中，在平臺西南側(cè)布置有 1根混輸管線、1根注水管線和 1根海底電纜。根據(jù)海上油田建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，該位置通常不會選擇靠泊鉆井船，主要考慮在鉆井船靠泊期間，可能對海管或海纜造成破壞，影響油田開發(fā)進(jìn)度。

為實(shí)現(xiàn)鉆井船在平臺西側(cè)靠船，需要對油田開發(fā)計劃進(jìn)行調(diào)整，即首先進(jìn)行鉆完井作業(yè)，作業(yè)結(jié)束后再鋪設(shè)海管或海纜，既保證了油田開發(fā)進(jìn)度，也實(shí)現(xiàn)了鉆井帽的應(yīng)用。

2 改造方案

2.1 總體方案論證

對渤中 34-1N鉆井帽能否成功在錦州 9-3油田井口平臺上得到應(yīng)用，從3個方面進(jìn)行了較為詳細(xì)地論述。

2.1.1 井口區(qū)尺寸

根據(jù)鉆井帽的總體布置圖紙，鉆井帽井口區(qū)的預(yù)留開孔尺寸為14.9,m×11,m，開孔尺寸可以滿足井口區(qū)呈 5×4排列的井口布置要求，而井口平臺井口區(qū)也呈 5×4排列。通過對井口區(qū)布置形式進(jìn)行初步分析，鉆井帽井口區(qū)的開孔尺寸可以滿足井口平臺的井口布置要求。

2.1.2 井口區(qū)位置(見圖3)

鉆井帽井口區(qū)的開孔位于右下方，井口平臺井口區(qū)位于右上方，井口區(qū)位置不匹配。綜合分析了鉆井帽的結(jié)構(gòu)框架型式與相關(guān)系統(tǒng)改造的工作量，將鉆井帽上的井口區(qū)進(jìn)行移位的方案可行，即將鉆井帽井口區(qū)上移，以滿足與井口平臺井口區(qū)相匹配的要求。

圖3 鉆井帽井口區(qū)布置圖Fig.3 Layout drawing of drill cap in wellhead area

由于鉆井帽井口區(qū)位置發(fā)生了改變，鉆井帽甲板上的振動篩房、泥漿返回槽、服務(wù)臂、氣動絞車等設(shè)備及相關(guān)配套系統(tǒng)均需要進(jìn)行移位(見圖4)。

圖4 導(dǎo)管架平面布置圖Fig.4 Layout plan of jacket

2.1.3 軸線間距

鉆井帽結(jié)構(gòu)的主腿間距為 19.8,m×17.9,m，井口平臺導(dǎo)管架工作點(diǎn)間距為 18.5,m×18,m，兩者間距不匹配，導(dǎo)致鉆井帽無法直接放置在導(dǎo)管架上方。為實(shí)現(xiàn)鉆井帽在導(dǎo)管架上應(yīng)用，初步考慮在導(dǎo)管架與鉆井帽之間設(shè)置異型過渡段，通過過渡段結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)軸向間距不匹配的問題。

通過對作用在鉆井帽上的重量荷載、設(shè)備荷載、鉆井荷載等進(jìn)行分析，并利用有限元軟件對鉆井帽結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，提取鉆井帽在操作工況和極端工況下的支點(diǎn)反力數(shù)據(jù)，利用該支點(diǎn)反力對異型過渡段結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，結(jié)果顯示異型過渡段可以滿足各種工況下的強(qiáng)度要求(見圖5)。

圖5 鉆井帽就位示意圖Fig.5 Schematic diagram of the position of drilling cap

2.2 結(jié)構(gòu)改造方案

通過對鉆井帽總體改造方案進(jìn)行論證分析，對渤中 34-1N鉆井帽進(jìn)行適應(yīng)性改造具備可行性，從以下兩方面進(jìn)行論述：

2.2.1 結(jié)構(gòu)改造工作量

為實(shí)現(xiàn)鉆井帽在井口平臺上應(yīng)用，根據(jù)總體改造方案，對鉆井帽需要進(jìn)行如下改造：

①將鉆井帽上的井口區(qū)進(jìn)行移位，即將原井口區(qū)北側(cè)&B軸以南的甲板切除，切除尺寸為 14.9,m×6.9,m，并在原井口區(qū)位置鋪設(shè)甲板結(jié)構(gòu)。

②井口區(qū)向北側(cè)移位后，鉆井帽北側(cè)的甲板面積不足，不能滿足布置泥漿返回槽和安全通道的要求，故需要考慮外延部分甲板，外延甲板尺寸為29.3,m×3.6,m。

③拆除原泥漿返回槽。振動篩房移位至南側(cè)后，原泥漿返回槽不能滿足使用要求，需要沿甲板邊緣新建泥漿返回槽，便于鉆井作業(yè)期間的返出泥漿可以進(jìn)入渤海5號鉆井船的泥漿凈化池進(jìn)行處理。

④拆除原A軸&1軸交點(diǎn)位置處的吊耳，根據(jù)鉆井帽改造后的實(shí)際重心位置，調(diào)整該位置吊耳的角度，避免吊裝作業(yè)期間因吊繩力過大導(dǎo)致吊耳結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求，造成重大的安全事故。

其余附屬結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)鉆井帽改造的整體方案進(jìn)行適應(yīng)性改造。

2.2.2 結(jié)構(gòu)改造用鋼量

通過對鉆井帽進(jìn)行適應(yīng)性改造，可以極大地減少鋼材使用量，節(jié)省建造工期，從而降低油田開發(fā)成本。鉆井帽改造方案與新建方案的用鋼量對比見表2。

表2 結(jié)構(gòu)用鋼量對比表Tab.2 Comparison of usage amount of different steels

2.3 其他

渤中 34-1N鉆井帽除對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)改造外，機(jī)械、電氣、配管等專業(yè)也應(yīng)進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的改造。改造原則是盡可能利用舊材料，減少設(shè)備、電纜等材料的采辦。通過對鉆井帽上所有設(shè)備、電纜及管系等進(jìn)行檢測、評估，利用舊方案可行。

3 裝船方案

在原鉆井帽尚未完工時，對渤中 34-1N油田鉆完井方案進(jìn)行了調(diào)整，不再采用“渤海 5號＋鉆井帽”的方案。為確保場地資源不被占用，鉆井帽被放置在遠(yuǎn)離碼頭前沿的位置。

本次鉆井帽改造后吊裝重量為 965,t，如何將鉆井帽移至碼頭前沿進(jìn)行裝船成為首要問題。本文對3種裝船方案進(jìn)行了對比，最終確定了鉆井帽的裝船方案。

3.1 吊裝裝船

原鉆井帽裝船方案是采用浮吊進(jìn)行吊裝裝船。經(jīng)核實(shí)，鉆井帽距離碼頭前沿較遠(yuǎn)，且吊裝重量大，小型浮吊不能滿足裝船要求，需要選用吊裝能力較大的浮吊，但租用大型浮吊的費(fèi)用較高，此方案極不經(jīng)濟(jì)。

3.2 拖拉裝船

拖拉裝船是海洋工程結(jié)構(gòu)中較為常見的裝船方式，技術(shù)成熟且費(fèi)用較低。但擺放鉆井帽的場地?zé)o滑道，如將鉆井帽拖拉至碼頭前沿，不僅需要鋪設(shè)臨時滑道，還要核實(shí)滑道下方的地基承載能力是否滿足要求。經(jīng)核實(shí)，場地承載能力雖能滿足要求，但鋪設(shè)臨時滑道距離較長，還需要建造 4個滑輪，費(fèi)用較高，此方案不經(jīng)濟(jì)。

3.3 運(yùn)輸裝船

運(yùn)輸裝船的原理是采用小型平板拖車將結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸至指定位置，小車的選取需要考慮結(jié)構(gòu)物的重量重心，小車運(yùn)輸裝船已在國內(nèi)外應(yīng)用較多，但小車資源需要提前鎖定。由于前兩種方案的費(fèi)用較高，小車運(yùn)輸裝船成為首選。

通過對鉆井帽的吊裝重量及鉆井帽主體結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分析，最終選用 3組小車進(jìn)行裝船，在小車上布置 9個支撐結(jié)構(gòu)。通過對鉆井帽的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核，校核結(jié)果顯示，鉆井帽結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。在運(yùn)輸過程中小車對地平均壓力不超過 50,kN/m2，場地承載能力滿足要求，該方案技術(shù)可行，且租用小車費(fèi)用較低。

4 結(jié) 論

通過對渤中 34-1N鉆井帽進(jìn)行適應(yīng)性改造，采用“渤海5號＋鉆井帽”的鉆完井方案，可以滿足錦州9-3油田井口平臺的鉆完井要求。該方案不僅有效地降低了錦州 9-3油田開發(fā)的投資，也實(shí)現(xiàn)了渤中34-1N鉆井帽的再利用。

［1］ 胡曉明，尹漢軍，張艷芳，等. 秦皇島32-6鉆井帽在渤中 25-1開發(fā)項(xiàng)目中使用的可行性分析[J]. 中國海上油氣，2004，16(1)：55-58.

［2］ 徐田甜. 渤海7號鉆井船與渤中26-2平臺適應(yīng)性改造工程中的滑軌設(shè)計[J]. 中國海上油氣，2004，16(2)：126-128.

［3］ 徐甜甜. 鉆井用導(dǎo)管架帽的改造利用[J]. 中國海上油氣，2005，17(1)：132-134.