半潜式钻井平台安装水下井口基盘技术分析

(中海油研究总院，北京 100027)

在确定海上油气田投入开发后，为了尽可能缩短油气田开发建设周期，在生产平台组块、导管架及平台生活设施进行设计和建造的同时，通常采用水下基盘预钻开发井的作业方式，待导管架和设备建造完成并经海上安装调试后，再从水下基盘上的海底井口回接各层套管到生产平台上。[1]水下基盘主要作用包括引导钻具、承接水下井口装置及防喷器组、布置井距、辅助导管架对接定位等。[2]水下基盘的结构及规格主要是根据油田设计需钻的开发井井数、作业区的水深和海况等因素来确定，在开发井作业中通常选用整体式水下基盘结构[3-5]。

1 作业平台安装基盘可行性分析

1.1 基本数据

南海某油田所处海域水深117 m，计划采用半潜式平台(南海2号平台)进行下基盘作业。在预钻开发井作业中采用整体式水下基盘，单个基盘在空气中净重约660 kN，基盘构架是用直径0.508 m及直径0.356 m管材焊接而成，主要构件有井孔套、桩管套及附件，见图1。

图1 基盘示意图(尺寸单位：m)

基盘外轮廓尺寸约为：14.224 m×7.924 m×4.369 m，孔槽数4×3孔，孔距2.286 m×2.286 m，井孔套及桩管套通径均为1.066 m，基盘方向为西45°北。

基盘材质为低碳钢，屈服应力为248 MPa，3根桩套采用高强度钢，屈服应力为345 MPa。

1.2 可行性分析

通过分析平台和基盘的结构特点以及设备情况，研究得出南海2号平台可满足基盘转运及下入安装作业：①基板在吊上平台后，只能固定于该导向喇叭口底部。圆井甲板下部有一固定的BOP导向喇叭口装置，其延伸方向朝水面，见图2、3。它的尺寸大小不允许海底基板避开它再往上(主甲板箱形梁位置)提升；②海上接收基盘时，只能采用生存吃水。导向喇叭口底部离海面较近(在钻井吃水时只有4.54 m)，基板在驳船上的海拔高度几乎超过了此高度，而在生存吃水时吊装基板就较为安全(生存吃水时BOP导向喇叭口底部离海面距离为9.11 m)，基盘的摇摆度通过4根导向绳加以稳固，使其不会大幅度摇摆，满足下基盘作业需求；③在转运拖航过程中，可采用平台上的隔水管张力器进行固定：张力器工作能力范围2 170 kN，可满足提升基盘(重约660 kN)的作业需求。

图2 南海二号主甲板以下结构示意(艏艉视)(单位：m)

图3 固定于圆井甲板下部的BOP导向喇叭口(右视)(单位：m)

2 基盘场地装船作业

2.1 装船作业

在基盘制作场地用一台150 t履带吊车将基盘吊起，放到一台平板拖车上，然后将基盘搬运至码头前沿。装船作业时驳船要顺码头前沿停靠，并用缆绳系挂在码头系缆桩上。吊装时用两台150 t履带吊同时作业，两台吊车调整好扒杆角度，并保持好适当距离后，平缓地把基盘从平板拖车上将基盘吊起来后，拖车随即驶离现场，然后两台吊车同步缓慢向码头前沿行驶，到达前沿后，同时调整扒杆角度，将基盘慢慢放到驳船的中心线上。

2.2 固定作业

固定分为水平方向和竖直方向固定，在导向桩筒及其支撑斜杆边加上8个固定桩，固定桩用直径0.339 m钢管制作，长约1 m，焊在甲板上，可完全限制基盘在水平方向的任何移动；用4根钢丝绳通过眼板把基盘栓牵在甲板上，防止基盘在拖航过程中发生垂直方向上的跳动，见图4。并在基盘下层横梁的10个节点上加以支垫，使基盘的重力均匀分布在这10个支垫上，而不是在导向桩筒上，支垫采用钢管或工字钢，所有支垫都焊在甲板上。

图4 基盘装船固定示意

3 基盘海上转运作业

海上转运作业是钻井平台将基盘在南海海域固定于平台箱型梁之下，随平台拖航到南海某油田，整个作业包括在此方案中有：选择锚地吊装基盘；把基盘从基盘制造公司基地运到锚地之前的准备；把载着基盘的驳船拖入平台底部；把基盘从驳船吊起升到平台箱型梁下就位固定。

3.1 选择锚地吊装基盘

根据以往作业经验，水深超过30 m给吊装作业增加了风险，26 m水深对于应急时的生存吃水已经足够，选择锚地水深：26～30 m；作业环境风力小于10 m/s，浪高小于1 m。平台就位时艏向与最大潮水时海流的流向一致，锚泊至少需要4个锚抛出400 m链长，张力800 kN。

3.2 基盘海上转运准备

海上转运需要准备两艘工作船、相关吊索和缆绳等辅助安装工具，平台需要调整吃水、锚定及准备好钻柱补偿器、隔水管张力器、导向绳张力器等安装作业相关设备和工具。

3.3 驳船就位至平台底部

一号工作船将运载基板的驳船拖航到平台锚地之后，在平台附近把运载基盘的驳船移至船艉；从平台放下救生艇；二号工作船在平台正艏向抛锚，二号工作船靠平台船艏；救生艇协助二号工作船把两根带有绳套的缆绳分别拉到1#、8#号锚链，并用卸扣和3/4 in钢丝绳套多次打折系泊在1#、8#号锚链上；在二号工作船系泊后，指挥一号工作船在平台正艉方向抛锚；一号工作船拖驳船靠平台船艉；救生艇传递二号工作船上的200 m缆绳给驳船并系在三角缆上，二号工作船绞紧三角缆，一号工作船协助二号工作船拖驳船靠平台，但是注意张力不可太大；将平台在船艉准备好的两条缆绳抛(或用吊车吊)给一号工作船带缆；用吊车把驳船工作人员和工具吊到驳船；救生艇协助驳船把4根带有绳套的缆绳分别从内侧拉到2#、3#、6#、7#号锚链，并用卸扣和3/4 in钢丝绳套多次打折系泊在2#、3#、6#、7#号锚链上，见图5。

图5 驳船就位至平台底部示意

启动二号工作船甲板绞车，缓慢收紧三角缆将驳船拖人平台底部。与此同时一号工作船同步放松拖缆。驳船上工作人员密切配合系紧驳船4个方向的缆绳，确保驳船被拖入平台底部的过程中不与平台桩腿发生碰撞；当基盘到达转盘下方后，停止绞缆，系紧缆绳，将驳船锚定。

3.4 基盘吊起升到平台箱型梁下就位固定

司钻下放已经连接好的提升工具(包括：一柱5“加重钻杆、提升短接、4根12 m2”基盘吊索)到基盘上；驳船上工作人员将基盘吊索用水下卸扣与基盘吊耳连接；圆井甲板工作人员将4根导向绳放下，递给驳船；驳船工作人员将4根导向绳分别在基盘四角立柱上绕两圈后卸扣套紧。

解除驳船上对基盘的固定物；将基盘提离驳船；记录基盘在空气中的重量；转动加重钻杆调整基盘方向，使基盘对准设计的在平台固定的方向；调整导向绳张力，控制基盘摆动；缓慢提升基盘到顶BOP导向喇叭口，边提边甩掉2根加重钻杆使游车尽量放低；超提22.24 kN；张紧导向绳，张力22.24 kN。基盘吊起升到平台箱型梁下就位固定作业过程见图6。

图6 基盘固定方案示意

将6根短索套在基盘横梁上，分别与6根(3对)隔水管张力绳琵琶头用55 t卸扣和连接环连接起来；张紧张力器，张力142.34 kN，调整张力的同时慢慢放松游车，使过提不超过44.48 kN。

4 基盘下入安装作业

4.1 定位作业

要求不水平度不大于0.5°，在安装以前，需用ROV对井位海底地质地貌进行详细的勘查，并清除海底的障碍物。钻井平台到达井位后，按设计要求定位，基盘首向为西45°北，误差小于+2°，通过卫星定位进行就位作业。

4.2 下入作业

平台拖航到预定井位后，将8个锚抛好后即可以进行下放基盘作业，平台的8个锚为均布方式抛锚。下放时的气象条件应是5级风以下，平台摇摆度在±5°以内，在平台上松脱辅助悬吊绳索和基盘在拖航过程中的固定绷绳，安装好用于艏向定位水下陀螺罗盘，罗盘电缆用尼龙绳捆绑在下放的钻具上，做好下基盘的一切准备工作，同时应将调平绳的软绳套套入基盘四角的调平伸出部位，随基盘一起下入到海底。

司钻提升基盘，缓慢下放基盘，4根调平绳也随之下放，注意保持基盘稳定，以免与平台下部结构相碰撞。

平台压载下潜，基盘全部入水以后，记录基盘在水中的重量。随时观察基盘首向方位角的变化，继续压载至平台工作吃水深度，基盘下放至离开海底5～8 m处时，开启升沉补偿器，重新调锚调整平台的位置，校正基盘艏向的方位角，确保误差在±2°以内。

ROV 潜入水下，用水下摄像观察基盘在海底情况，在ROV的监视下，把基盘慢慢放入海底，ROV观察到3个水平仪的水平偏差是否少于0.5°，若有偏差找出倾斜方向以便下一步利用4组隔水管张力器进行调平。若偏差过大，用ROV 观察海底有无异常，排除异常重新下放，基盘在海底放妥以后，用ROV检查水平仪，确定基盘不水平度在0.5°以内。用ROV剪断绑绳，提起陀螺仪，提起下放工具，准备钻桩管孔作业。(钻桩孔的顺序为L3，L2，L1。)

4.3 基盘安装作业

将平台移到L3桩套上方，接好36 in钻头和下部钻具组合，在月池安装扶正器。在ROV帮助下，调整平台位置并将钻头垂直地下入L3桩套里，钻36 in井眼到预定深度后起钻。接好桩管管串(L3桩管)，安装3～1/2 in插入内管柱及桩管头送入工具，借助ROV，用加重钻杆送桩管到L3柱套里，并下入到预定的井深，进行注水泥浆固桩管作业，水泥返至泥线；桩管固井完后，借助ROV将3～1/2 in管插入桩套间环空下2 m，进行桩管与桩套环空注水泥，(注意3～1/2 in插入管不能超过3 m，否则会损坏桩管井橡胶密封环)，固井作业完成后起出插入管，冲洗管线并起钻。

移动平台到L1和L2桩套上重复以上程序。

5 作业问题分析

安装基盘时，由于基盘的前、后桩管孔数量不一，造成前后重量略有不同，基盘重心偏移基盘中心点，即不在提升的垂直线上，因此，提升提起基盘后，基盘稍有倾斜，这样造成基盘不是水平的下放到泥面，增加了调平基盘的工作。建议调整基盘重心位置，使基盘重心在提升的垂直线上；或改变提升与基盘的连接方式，以便基盘能水平放置在海底。

基盘下水后，4根水平方向固定基盘的扶正绳曾经与ROV的缆绳缠在一起，致使重新起上基盘，解绳、释放ROV电缆。建议安装水下基盘时，考虑4根固定扶正绳水下释放装置或考虑采用硬连接的方法，去掉4根导向绳。

6 结论

1)采用半潜式平台安装水下基盘作业前，需对整个作业进行周详设计，主要包括基盘的场地装船、基盘海上转运、基盘的下入安装3项作业。

2)在基盘海上转运时，对海况要求有一定要求，目前只根据经验确定作业窗口，建议进一步开展相关研究，更合理地确定海上转运的作业窗口。

3)在现场作业中主要的问题一是吊装后基盘存在倾斜，二是下放时扶正绳与缆绳存在缠绕现象。建议改变连接方式，采用硬连接方式。

[1] 《海上油气田完井手册》编委会.海上油气田完井手册[M].北京：石油工业出版社，1998.

[2] 唐海雄，韦红术.新型水下基盘吊装工具系统的研制[J].中国海上油气，2008，20(6)：398-401.

[3] 唐海雄，林宗辉.新型水下基盘吊装工具系统的研制[J].中国海上油气，2008，20(5)：333-336.

[4] 刘 竞，刘锦昆.新型水下井口基盘模型试验及数值分析[J].中国海洋平台，2009，24(4)：33-37.

[5] 邹积山，高 文.水下基盘井口平台桩基群桩效应数值模拟[J].船海工程，2012，41(6)：85-88.