新型模塊化自升式鉆井采油兩用平臺的方案設計

喬添　朱益　田天　王晨鐸

摘要：本文提出了一種模塊化自升式鉆井采油兩用平臺的設計思路。通過對現(xiàn)有平臺工作裝備的分析，劃分該平臺所需的工作模塊，并介紹其相應的建造和安裝方法。在此基礎上對其可行性以及優(yōu)越性做了初步分析，為平臺的設計提供了一條可行的思路。

關鍵詞：鉆井采油兩用平臺；模塊化；自升式平臺；方案設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）21-0088-02

目前海工裝備建造市場受油價低迷的制約，訂單量銳減，對各類平臺的需求量均有降低。在這種情況下，建造一種成本更低，能同時勝任多種工作的船型可以更好地迎合目前市場的需求。以此為出發(fā)點，我們設想建造一種具有鉆井、采油兩種功能的平臺，將船型設定為自升式平臺，而對其兩種不同工作模式之間的切換擬采用模塊化的方法。通過一些特殊設計實現(xiàn)自升式鉆井采油兩用平臺的所需功能。

本文從目前自升式鉆井平臺及導管架采油平臺的建造方法出發(fā)，對模塊化自升式鉆井采油兩用平臺的設計思路、模塊化設計及其可行性進行了分析研究。

一、設計思路

當前近海油氣田開發(fā)的主要工作大致分為兩大階段：第一階段為自升式鉆井平臺拖航到指定位置插樁后，進行鉆井作業(yè)，鉆井作業(yè)結束之后該平臺拔樁移位到下一工作地點。第二階段是建造完成的導管架平臺被拖航至井口所在的位置，打樁固定后進行采油作業(yè)。整個過程中需用到兩座平臺，而且兩座平臺要分別進行安裝，所以整個工作周期相對較長，成本高昂。而我們的兩用平臺則可以較好地解決這一問題，平臺在鉆井工作結束后，通過吊裝模塊進行裝備的更換，從而直接實現(xiàn)平臺功能的轉換，將兩種工作用同一平臺完成。通過這種方法節(jié)省了單獨制造導管架采油平臺的成本和進行導管架平臺安裝的時間，可以顯著提高工作效率。為了實現(xiàn)這種功能，我們需要設計出一種可行的模塊化方案，使各個模塊安裝到位后可以分別滿足鉆井、采油的工作需求。

二、設計方案

1.鉆井用模塊。自升式鉆井平臺目前在海洋油氣開發(fā)中應用廣泛、技術成熟，我們按照目前的自升式鉆井平臺的模塊化鉆機等裝備情況，將兩用平臺的鉆井模塊分為：1）支承模塊，主要包括井架、底座、拖車等支承裝備。模塊化鉆機的井架穩(wěn)定性好，拆卸、移運和安裝方便，適用于該平臺模塊化設計。模塊化鉆機的應用使得鉆機模塊整體可以吊裝進行拆卸，在這過程中還要考慮到連接的電纜以及通訊設施的安裝。2）泥漿模塊，模塊內含泥漿池、泥漿泵、振動篩等循環(huán)系統(tǒng)所需設備。泥漿模塊整體方面離控制中心的位置較近，可以選擇通過無線的方式控制，這個模塊大多數(shù)在第二層甲板下面，由于體積較大，不便于拆卸。3）動力模塊，包括柴油機組、直流電動機、交流電動機等動力設備，用于為其他鉆井裝備提供動力支持。此模塊在移動方面由于其重量和尺寸，無論是在鉆井還是采油過程中都需要一定動力來保障工作的順利進行，也是平臺正常運轉的重要模塊之一。4）旋轉模塊，鉆井過程中用到的轉盤，頂驅系統(tǒng)置于此模塊，為鉆具提供動力。這部分模塊由于附屬鏈接的管線較多，可以在設計的時候讓各鏈接管線接口以備用或多功能狀態(tài)實現(xiàn)。5）起升模塊，包括絞車、游動系統(tǒng)等設備。其通過傳動系統(tǒng)與動力模塊相連。這部分的移動需要考慮平臺的吊裝能力，在鉆井結束后可以移動到其他鉆機平臺上繼續(xù)使用，也可以繼續(xù)根據(jù)情況在平臺后續(xù)有鉆井需要時留作備用。

2.采油用模塊。在海上石油的開發(fā)過程中，除去基本的水下采油樹和其他井口設備外，在平臺上還需要修井設備、原油處理設備和儲存設備等多種設備，按照原油生產(chǎn)處理的步驟將我們采油用模塊分為六個基本部分：1）修井模塊，主要包括修井機及其相應的輔助設施。目前國內平臺在大多數(shù)情況下采用電潛泵采油，且目前已有成熟的修井模塊，可以直接運用到我們的平臺上來。在一定程度上降低了設計成本。此外若在有如空間等其他條件限制下時，也可以采用可移動式修井機或者添加與修井船相連的設備。2）計量模塊，主要包括計量分離器等相關設施。采出井液經(jīng)采油樹進入管匯中，分為生產(chǎn)管匯和測試管匯。部分井液經(jīng)測試管匯進入計量分離器中進行氣液兩相分離，從而測算出油氣水產(chǎn)量，生產(chǎn)管匯將每口井的井液收集并輸送至油氣分離系統(tǒng)中進行處理。3）油氣處理模塊，主要包括油氣水三相分離器等。經(jīng)由生產(chǎn)管匯收集到的井液進入三相分離器后，將油氣水進行初步分離。分離后的原油還含有乳化水，需要電點脫水器進行處理，此外還需要脫鹽設備對原油進行處理。4）儲油模塊，包括原油儲罐或與穿梭油輪油罐相連的設備。用于對產(chǎn)出原油的儲存。若受到空間等條件限制的情況下，也可將原油輸送至穿梭油輪郵輪。5）污染物處理模塊，包括油污水處理系統(tǒng)，其用于處理分離過程中產(chǎn)生的含油污水。達到排放工藝標準后，方可進行排放。6）輔助設施模塊，主要為換熱設備，用于熱量傳遞、輸油軟管的清蠟、原油脫水、脫水倉內原油的升溫等工作，換熱設備主要是加熱器和冷卻器。

3.模塊化互換方法。針對于鉆井模塊和采油模塊的互換，我們可以在鉆井結束時，通過吊裝的方式將鉆井用模塊替換為生產(chǎn)用模塊。各模塊安裝的具體位置為：在進行鉆井時，將各個模塊組裝成模塊化鉆機放置于平臺甲板上，而泥漿模塊則置入船體內的特定艙室。而當平臺需要進行采油作業(yè)時，將修井模塊、計量模塊、油氣處理模塊置于原本模塊鉆機和鉆桿堆場所在的上層甲板處，將儲油模塊和污染物處理模塊放至原來的泥漿艙室。而針對于模塊之外的部分，我們需在船體建造時預制好同位置兩套模塊所需的船體管線（如泥漿管線，生產(chǎn)管線）、電纜等必須的相關設施，除了上述已介紹的相關作業(yè)用模塊，剩余的通用設施如停機坪、救生模塊、吊車、生活區(qū)等相關設施按照現(xiàn)行的自升式鉆井平臺的相關標準建造即可。而當平臺主體與兩種模塊均建造完畢之后，兩用平臺即可用于開發(fā)生產(chǎn)。平臺第一次模塊安裝可在船廠進行。主要工作是將所有的鉆井用模塊與船體相連接，并將各種設備與所需管線進行調試安裝，使之組裝完成后具有與自升式鉆井平臺相同的鉆井功能，有能力完成相應的海區(qū)的開發(fā)作業(yè)。在鉆井用模塊全部安裝完成后，即可將平臺拖航到指定區(qū)域開展鉆井作業(yè)，其鉆井過程與自升式鉆井平臺相同。而鉆井工作完成后，油井將進入生產(chǎn)階段，此時需要將鉆井平臺轉換為生產(chǎn)平臺。轉換過程可維持平臺位置，直接利用平臺上的吊機或浮吊船進行模塊的吊裝更換。具體過程為在采油用模塊通過船舶運送到結束鉆井作業(yè)的平臺附近后，將平臺上的所有鉆井模塊進行拆除，并用吊機送下平臺，對其進行維護保養(yǎng)為下一次鉆井任務做準備。當所有鉆井用模塊拆卸完成后，即可將采油用模塊吊上平臺的指定安裝位置進行安裝。在所有模塊及所需的設備及配件安裝完畢后，即可進行采油工作。采油工作結束后，再將平臺移至下一指定鉆井區(qū)域，進行鉆井用模塊的安裝，以此循環(huán)，對多個油田進行鉆井開發(fā)。

三、可行性分析

目前國內外有關兩用平臺的論述所見不多，但針對于自升式鉆井平臺改造為采油平臺有一定的研究工作，對模塊化互換平臺的設計具有一定的指導意義。改造研究證明了自升式鉆井平臺設備拆除更換、結構調整后，結構強度可以滿足要求，采油工藝可行，對于邊際油田有較好的適應性。還有從平臺改造后的力學性能進行了研究，證明了自升式鉆井平臺用做生產(chǎn)平臺從整體性能上來說是可行的。即從自升式鉆井平臺采油平臺的改造已被證明充分可行。而這種改造方法與模塊化互換思路不同的是，改造是一次性的不可逆的過程，而模塊化互換則能實現(xiàn)功能之間的相互轉換，達到經(jīng)濟環(huán)保、可反復利用的效果。而通過二者在設計上的對比可以推斷出我們的自升式鉆井采油兩用平臺從整體性能上來說是可行的，但由于自升式平臺面積較小，采油能力受限，在邊際油田的鉆采開發(fā)上具有一定的優(yōu)勢。

四、總結

若這種平臺設計方案被使用于生產(chǎn)，對比于現(xiàn)在的平臺其具有諸多優(yōu)點。首先，該平臺更適用于邊際油田的開發(fā)，具有較好的經(jīng)濟性。其次，利用模塊化實現(xiàn)功能互換的方法與直接改造相比更為經(jīng)濟環(huán)保，可以提高平臺的利用率。在平臺鉆井完成后，直接利用模塊的拆卸安裝實現(xiàn)采油的功能，不需要再進行拔樁、采油平臺建造等工作，大大縮短了工作時間，節(jié)約成本。并且利用模塊化的方法構建的模塊組件具有通用性，便于多平臺的使用與維修，便利性較強。

綜上所述，經(jīng)過一定的調查研究，自升式平臺通過模塊化的設計可以滿足鉆井采油兩用平臺的設計需求，設計方案基本可行，具有一定的優(yōu)越性，希望能對未來的平臺結構設計提供一定幫助。

參考文獻：

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