“海洋石油162”是一座四桩腿的海洋自升式试采平台, 集试采、油气处理、原油存储和外输、井口作业、热采辅助支持等功能于一体, 采用四桩腿悬臂梁自升式平台型式, 钢质非自航, 适用于渤海地址构造复杂、开发风险较大的油田, 可满足渤海75%油田不同工况的工艺处理要求。
“海洋石油162”试采平台型长62米, 型宽37米, 作业水深40米, 井口作业设备最大提升能力158吨, 设计使用寿命25年, 入级中国船级社。
修井机的设备布置主要分为钻台区、甲板区和舱室区, 其中, 修井机钻台面通过四个基座坐落在自升式平台悬臂梁上, 修井机整体沿自升式平台平台悬臂梁左右舷方向滑移, 悬臂梁可沿自升式平台船艏及船艉方向滑动。钻台上除布置绞车、转盘、井架、司钻房等各种常规修井设备外, 还需布置钻工值班房供交接班及临时休息用。
由于移动式平台重控要求更为严格, 本平台修井机采用整体实腹式结构, 具有构造简单、传力路径短、焊接工作量少的特点。钻台通过滑块坐落在悬臂梁横移轨道梁上, 靠两部由液压油缸驱动的爬行器推动。采用两根组合H型钢作为主梁, 中间焊接数根副梁, 形成整体主框架结构。同时为满足业主提出的设备便于拆卸的要求, 钻台面上设备与钻台面结构均采用活连接形式 (销轴或螺栓连接) 。
相比固定式平台, 移动式平台修井机管道的布置需注意不妨碍设备、机泵及其内部构件的安装、检修和消防通道。管道布置尽量做到“步步高”或“步步低”, 减少气袋或液袋。不可避免时根据操作、管道布置尽量减少管道“盲肠”。法兰的位置避免位于人行通道或机泵上方。输送腐蚀性介质管道及高压管道上的法兰宜设安全防护。
修井机采用交流变频调速驱动修井设备交流电机进行日常作业。采用全数字化技术的交流变频调速会产生谐波, 对电网产生污染, 影响设备的工作。为了有效地控制变频装置产生的谐波, 本修井机采用24脉动整流系统增加变频器的脉冲数, 有效的降低了电源的谐波含量。相比较与之前常用的有源滤波的治理谐波方式, 节省了数十万的设备购置费, 同时也节省了布置空间的需求。
移动式平台修井机与固定式修井机方案对比如下:
海洋平台修井机常用的井架结构形式有直立套装自升式井架和塔型井架, 其中塔型井架又分为普通塔型井架和瓶颈式塔型井架。
常规固定平台修井机多采用直立套装自升式井架, 且较易形成标准化设计, 但移动式平台在拖航过程中由于惯性运动而导致的惯性荷载会较大地影响井架的安全性能, 妨碍修井安全, 同时移动式修井机存在更大的上拔力, 具有更大的倾覆危险, 因此井架的整体稳定性是井架选型的主要因素。
相对而言, 瓶颈式塔型井架为封闭式坐底结构, 整体稳定性强;可拆卸性, 对吊机资源要求不高;基座面积大, 抗风承载性较好;下部空间大, 起下作业安全、方便;能够较好地保证移动式修井作业的动力特性要求, 更为适应移动式平台修井机的作业特点, 162平台修井机采用了瓶颈式塔型井架。
自升式平台钻台面距平台顶甲板净高小于固定式平台, 如果采用常用的圆管焊接形式, BOP无法满足最低悬挂高度。162平台修井机采用销轴连接方式, BOP悬挂梁与钻台面之间具备可拆卸性, 既方便清洗维护, 又有利于后期BOP系统整体升级改造。
移动式平台修井机结构校核时分析工况包括在位工况、拖航工况和吊装工况, 其中在位分析包括修井机在操作工况和极端风暴工况下结构强度的校核。在位工况、拖航工况、吊装工况荷载组合形式及许用应力系数与固定式平台相同, 参照美国石油学会标准API Spec 4F (2013) 。
移动式平台修井机与固定式平台修井机分析工况的不同主要有以下几点:
(1) 考虑到可移动平台的不确定性, 根据建造规格书和船级社要求, 移动式平台修井机可不作地震工况分析。
(2) 自升式平台进行升降作业对修井机影响较小, 移动式平台修井机进行结构校核时通常不进行修井机的升降分析, 但需对修井机进行升降工况下的支点反力试算, 向平台设计方提交准确的支点反力。
(3) 移动式平台修井机的井架通常为塔式井架, 不考虑井架放倒工况。
(4) 若钻台与悬臂梁之间为可拆卸式, 考虑到钻台在悬臂梁上可进行双向滑移, 在结构校核时, 应考虑滑移摩擦工况 (对基本荷载和滑移摩擦载荷的组合) , 其中滑动摩擦系数采用0.05。
(5) 除业主提供参数外, 对具有营运限制附加标志的平台, 在进行拖航分析时, 应按移规考虑油田内迁移工况, 对无限作业区域的平台, 应按移规考虑远洋拖航工况。
移动式平台修井机与固定式平台修井机的基本荷载均可按照API Spec 4F (2013) 取值, 由于移规对风载的选取提出了明确的规定, 在计算风载时应参照移规, 移动式平台修井机与固定式平台修井机风载取值的不同有以下几点:
(1) 固定式平台修井机操作工况风荷载选取1年重现期, 持续时间3s的阵风风速;极端风暴工况选取100年重现期, 持续时间3s的阵风风速。
而移动式平台修井机在位分析时除业主提供参数外, 应按照《海上移动平台入级规范 (2012) 及2013、2014修改通报》, 设计荷载第2篇第2章中下列规定取值:
对无限作业区域的平台, 其最小设计风速应为:
(1) 自存工况:51.5m/s (100kn) ;
(2) 正常作业工况:36m/s (70kn) ;
对具有营运限制附加标志的平台, 其正常作业工况的风速可适当较少, 但应不低于25.8m/s (50kn) 。
(2) 固定式平台修井机拖航工况风荷载选取10年重现期, 持续时间3s的阵风风速;而移动式平台修井机工况拖航分析时除业主提供参数外, 按照《海上移动平台入级规范 (2012) 及2013、2014修改通报》, 自升式平台第2篇第4章中, 油田内迁移工况采用36m/s (70kn) , 远洋拖航工况采用51.5m/s (100kn) 。
针对产品设计的设计深度、技术界面进行梳理完善;
设计建造相结合, 无缝衔接、各司其职;
在产品设计过程中, 充分考虑采办、施工过程, 优化原设计方案, 如表2所示:
提高设计现场解决问题的时效性, 发现问题及时响应, 设计人员在建造场地48小时内进场解决。
建立PDMS修井机模型, 利用模型抽图、提料。并严格控制碰撞等设计问题, 减少材料的浪费。
通过移动平台试采, 可更加精准地确认海上油田的商业价值, 降低开发风险, 推动海上油田勘探开发一体化, 从而实现油田经济效益最大化。总结移动式平台修井机和固定式平台修井机设计和建造上的异同点, 同时采用设计建造一体化模式进行实践应用, 能够有效地降低移动式平台修井机研发、建造成本, 提高施工效率, 也有利于了后期移动式平台修井机标准化研究工作的开展。
摘要：本文介绍了“海洋石油162”移动试采平台修井机的产品设计特点, 对“海洋石油162”移动试采平台修井机项目与以往固定式平台修井机项目的设计方案进行对比, 同时阐述在设计建造一体化中的实践应用, 填补了中海油在移动式平台修井机领域的技术空白。
关键词：移动试采平台修井机产品设计,设计方案对比,设计建造一体化
[1] 龚闽, 赵国良, 彭震宇.“中海油62”平台性能特点及重量重心控制[J].船舶工程, 2012 (5) ;86-88.
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[3] 李森.采修一体化平台移动式修井机模块A型井架结构强度分析[J].机械工程师, 2012 (3) ;47-49.
[4] 《海上移动平台入级规范 (2012) 及2013、2014修改通报》.
[5] Q/HS 2007.1-2013海上石油平台修井机第1部分:设计[S]2013.
[6] API Spec 4F.Drilling and well servicing structures[S]2013.
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