海洋平台钻井系统的原理及发展

…造　中外船舶科技　２０１２　ａｇ：￣ｌｇ＂１期　海洋平台钻井系统的原理及发展　韩明良，王海冰，邵会良，丁晓冬　（烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东烟台２６４０００）　摘要：本文从陆地钻井设备人手，介绍了陆地钻井系统原理，对海上平台的钻井系统的原理也进行了介绍，并根据　Ｄ９０的系统设计给予实例说明，展望了未来海洋钻井平台的发展方向。　关键词：陆地钻井；海上钻井；原理　随着陆上油气资源的日益枯竭，我国将大大加　强对深海水域的开发力度。对于南海争端，中国石　油和石油化工设备工业委员会首席顾问赵志明曾　船人的努力。　海洋钻井平台是海洋工程的尖端技术设备。海　指出：“南海之争的实质是资源之争。周边国家如印　度尼西亚、菲律宾、马来西亚、越南每年从南海开采　５　０００万ｔ以上的石油，超过大庆油田的年产量。但　时至今日，我国仍未在南沙群岛海域竖起一座井　架。”“装备先行”是中国开发南海的必然选择。据统　洋钻井平台主要有３部分组成：船舶部分、定位部　分和钻井部分，船舶部分已有很多论述，关于定位部　分作者曾在《造船技术》杂志上发表论文【　】予以解读，　而钻井部分对造船的工程师来说比较陌生，本文从　陆地钻井设备开始逐步介绍海洋钻井的不同之处　和未来的发展趋势。　计，我国海洋工程装备制造业产业规模约为３００亿　元人民币，约占世界市场份额的７％，在环渤海地　区、长三角地区及珠三角地区已初步形成了具有一　１　陆地钻井　目前，常规的陆地钻井［２１主要采用旋转钻井法　（图１），其主要工作原理是：钻头旋转破碎岩石，形成　井身；用钻柱将钻头送到井底；用起升设备起下钻　柱；用转盘或井下动力钻具带动钻柱和钻头旋转；用　泥浆泵循环钻井液带出井底岩屑。海洋钻井与陆地　钻井有相同之处（表１）。　定聚集度的海工装备产业区。但是在深海方面我国　海洋工程装备制造业的研发、设计水平与欧美国家　相比还有较大差距，即使在最擅长的制造环节，与　韩国、新加坡等亚洲制造强国相比也处于弱势。虽　然目前中国造船已经不是大问题，但要突破深水关　键技术，发展以开发海上油气为代表的开发海上矿　产资源的关键装备（例如海洋钻井平台等）还需造　表１陆地钻井与海洋钻井的相同点　中外船舶科技２０１２年第１期　设计　续表　天车　动，型号为ＤＤＭ１０００　ＨＹ—ＲＲ。　井架　２）由于海上钻井平台需要隔离海水，因此其　游车　管路比陆地的多了ＲＩＳＥＲ隔水管等，钻杆和泥浆　大钩　系统都通过ＲＩＳＥＲ管以达到与海水分离的目的。　水龙头　绞车　海水越深，隔水管越多也越重。为减轻隔水管的重　量，通常在隔水管外面包上厚厚的泡沫塑料以增大　泥浆泵　其在水中的浮力。由于平台空间有限，管路储放采取　防喷器　泥浆池　套管　了平放和立放等多种形式；为减轻操作工人的劳动　柴油机　钻柱　发电机　强度，操作系统一般都采用自动和半自动系统。Ｄ９０　钻头　采用了两套管路操作用桥式起重机，起重能力为１１　ｔ，配合其他机械手等组成半自动操作系统。　图１陆地钻井　３）海上的防井喷装置ＢＯＰ和采油树一般都设　２海上钻井和Ｄ９０的相关参数　计在海底，这与陆地的不同。ＢＯＰ的控制系统一般　采用液压控制，但与陆地不同的是液压流体不是液　虽然常规的海上钻井设备与陆地钻井设备在　压油，而是乙二醇水溶液，一来可防止污染海洋，二　原理上有相同之处，但海上钻井也有其特殊性，本　来可有很好的抗冻性，因为越往海底温度越低。此　文以Ｄ９０为参考船型。该船是烟台中集来福士海洋　外因为ＢＯＰ和采油树比较庞大，所以还有另外一　工程有限公司交付的第二艘海洋钻井平台，基本参　套操作吊车系统，Ｄ９０采用的ＢＯＰ吊车为２ｘ１４０　ｔ。　数见表２。　４）平台上空间狭小，防爆要求高，因此一般安　Ｄ９０相关设备的设计原理如下。　装两套燃烧臂系统。Ｄ９０上的燃烧臂长为８４　ｆｔ，带　１）顶部驱动钻井顶部驱动钻井多为海洋钻　有燃烧头和相关管路系统，通过交联链接分布于艉　井平台采用。这套设备被称为顶驱系统，它不再使　部左右。　用陆地用的方钻杆，而都采用相同钻杆。海上钻井　５）为了防止因平台上下移动导致钻动力量不　亦设有转盘，该平台既可顺时针也可逆时针旋转，旋　均可能引起的过载和空载，平台特采用了一套钻杆　转平台由两台液压泵驱动，每台的扭矩为４６　ｋＮ・ｍ，　补偿系统。为保持大的动态补偿一般采用气动控制，　转速为０～２０　ｒ／ｍｉｎ。该平台也可提供导向，在更换　主汽缸中的气体压缩或膨胀相当于一个大的弹簧，　钻杆时起支撑作用。一般设置高防爆的司钻房以实　而天车和大钩基本保持不动来实现平台的升降补　现人员的就地控制。Ｄ９０上的顶驱系统采用液压驱　偿。　表２　Ｄ９０基本参数　《　…造　６）为了防止ＲＩＳＥＲ隔水管垂直方向移动导致　的断裂，平台一般设计有一套ＲＩＳＥＲ隔水管张紧系　统，这套系统根据采集的平台运动状态和预期补偿　使隔水管的偏移在一个允许的范围内。Ｄ９０上采用　６套张紧器，每套额定张紧力为２４２　ｔ，气动控制。　７）海洋环境与陆地是不一样的，半潜式的钻井　平台是浮在水面而不是站在海底。海上的工况复　杂，风大浪大，而且由于水深太深也无法用锚泊定　位，即无法将平台固定在一个地点，只能考虑相对　固定。为了防止平台的水平面在一定范围内移位，　一般平台都采用ＤＰ２到３的自动定位系统，Ｄ９０采　用ＤＰ３控制系统，相关内容参考文献【１］。　８）水下机器人系统的主要作用是水下观察和　水下操纵，一般通过缆遥控的。可用来观察钻管、套　管是否准确插入，观察ＢＯＰ是否正常工作。ＢＯＰ控　制系统中的ｙｅｌｌｏｗ　ｌｉｎｅ和ｂｌｕｅ　ｌｉｎｅ就是为了让ＲＯＶ　清楚分辨才涂颜色的，因为关上ＢＯＰ与打开ＢＯＰ对　安全至关重要，所以要观察操作是否正确。ＢＯＰ的开　关是用同—个控制开关操作的，以防误操作。　３海上钻井平台的最新动向　１）双塔钻井设备海上钻井和陆地钻井一样，　也是越陕越好，效率就是金钱，效率就是生命。因此，　如何提高效率是海洋工程最重要的课题。目前已有　双塔钻井设备设计建造，工作效率可提高４０％。　２）新型双塔钻井设备现今的双塔钻井设备　中外船舶科技２０１２年第１期　具有体积庞大、占空间巨大等缺点，故如何减少这　些缺点又是一个新的课题。荷兰Ｈｕｉｓｍａｎ设计的新　型钻塔在ＪＢＦ１４０００钻井平台已解决了这个问题，　其模型见图２。　图２　ＪＢＦ１４０００钻井平台　４结语　了解平台钻井的基本原理后，对海上钻井平台　就有了总体概念，这有利于船舶工程人员更好地设　计和建造海洋钻井平台，有利于中国海洋工程事业　的发展。　参考文献：　【１］代丽华，韩明良，周金山，等．钻井平台最高级定位设计和　应用：ＤＰＳ３［１１．造船技术，２０１０（１）：４Ｏ－４２．　［２］王建学，万建仓，沈慧，等．钻井工程【Ｍ】．北京：石油工业出　版社，２００８．