自升式钻井平台用于生产采油平台的整体性能研究

蔡元浪，黄曙光，杨俊，杨亮

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

自升式钻井平台用于生产采油平台的整体性能研究

蔡元浪，黄曙光，杨俊，杨亮

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

边际油田产量不确定，如果使用常规的生产采油平台开采，投资大且风险高。移动式平台具有可以移动特点，如果对其加以改造，用于生产采油平台将不受油田产量限制，如果产量少可以移动到另外一个井口，这将降低投资风险。该文按照固定平台及移动平台规范，就钻井平台用于生产采油平台的整体性能进行研究，分析其可行性，为开发边际油田提供一条可行的思路。

边际油田；生产采油平台；自升式钻井平台；动力放大效应；P-data效应

0 引言

海洋石油开采以高风险、高科技和高投入著称，随着石油价格高涨，边际油田的开发逐渐受到油公司的青睐，但边际油田因为产出油气少，开采周期具有很大的不确定性，如果按照常规的开采模式，如建造固定采油平台，因其不可移动性，前期投入很大，可能收不回开发成本，如果采油装置能够在开采完一个井口移到另外一个井口，将会大大降低投资风险。自升式钻井平台具有可移动的特点，但因作业特点不同，还需要研究钻井平台用做生产平台的可行性。目前国外已有实例，如在印尼海域作业的Maleo Producer钻井平台, 已于2006年正式投产，但国内还未有此模式作业的钻井平台，所以有必要进行相关研究。

1 钻井平台用做生产平台关注重点

生产平台用于海上油气的开采，一般由生产处理模块、导管架和桩组成，在海上安装后固定在一个地方作业十几年乃至几十年；自升式钻井平台用于海上油气打探井和生产井，一般由钻井模块、船体和桩腿组成，在一个地方钻修井一般为十几天或几个月，然后移到另一个地方，五年进坞大修，可见两者作业具有很大的不同点。如果钻井平台用做生产平台，则需要将钻井模块移除，同时增加生产处理模块，研究钻井平台在一个固定地点长期作业的可行性，前者改造工作与常规的组块设计相似，没有太大的难度，所以整体性能研究应该成为重点考虑的内容。

与固定采油平台相比，钻井平台整体结构刚度较小，在风暴条件下产生较大的变形，所以必须考虑P-deta效应，即由二次变形引起的弯矩，同时桩腿刚度小也使得钻井平台的自振周期较固定平台大，更加接近波浪周期，所以由波浪引起的动力放大效应也必须考虑。钻井平台在移动平台设计规范中因经常检验及5年进行大修，所以不考虑海生物和腐蚀的影响，但如果用做固定平台，海生物及钢材腐蚀就必须加以考虑。

钻井平台长期作业于固定海域，对于桩腿锁紧装置的能力、桩靴承载力、钻井平台的整体稳性以及桩腿结构的谱疲劳也需要详细分析。钻井平台用做生产平台就需要根据固定平台的设计规范，并结合钻井平台的结构特点来做分析，主要从风暴自存、地震及疲劳几个工况来做整体性能研究。

2 实例分析

选取目标海域水深100 m，环境条件如下：1分钟平均风速28.4 m/s，最大波高11.3 m，最大波周期12.4 s，表面流速1.7 m/s，泥面流速0.9 m/s，海生物密度1.297 t/m3，在飞溅区内的腐蚀量按0.75 mm考虑，强度与韧性地震加速度分别为0.15 g和0.3 g。

选取的目标平台为400英尺钻井平台，主要参数如下：平台为独立桩腿式平台，齿轮齿条式升降机构，船体长×宽×型深 70.4 m×76 m×9.4 m，桩腿长度167 m，气隙19.8 m。生产处理模块重4 000 t，连续作业5年。

采用固定平台设计常用软件SACS来建立400英尺钻井平台的三维有限元模型，船体部分采用等效刚度的梁单元，桩腿采用SACS内置桩腿单元，船体与桩腿之间根据锁紧装置约束类型进行相关自由度的释放，用等效质量的方法模拟钻井处理模块的重量，桩腿底部采用泥面下3 m铰接的边界条件，SACS模型如图1所示。

图1 SACS 三维有限元模型

2.1 整体性能分析

通过试算，发现海生物对平台的整体性能影响较大，主要原因由于海生物增大了桩腿的直径，增加了附连水质量，从而诱导了更多的波浪力，另一方面海生物增加了钻井平台质量，从而增大了钻井平台的自振周期，使得动力效应增加，二次弯矩也大大增加。表1、表2列出了考虑不同厚度海生物厚度下钻井平台的风暴自存及地震作业下的整体性能：

表1 0 cm海生物条件下钻井平台整体性能

表2 10 cm海生物条件下钻井平台整体性能

由表1、表2可以看出：10 cm 海生物和0 cm海生物下的钻井平台整体性能均满足作业要求，但前者钻井平台的各项性能较后者下降很多，所以在作业中应该做好定期监测，及时清除海生物，降低其对作业性能的影响。

钻井平台用做生产平台整体性能的另一个关注重点是桩腿疲劳。海生物和有无阳极保护对桩腿疲劳部具有较大影响，表3列出了考虑不同海生物及有无阳级保护下的桩腿疲劳寿命。

表3 不同海生物及阳极保护下钻井平台疲劳寿命

由表3可知：海生物和阳级保护在自升式平台用做生产平台时的疲劳也具有很大的影响，在钻井平台长期作业时应在平台上增设阳级保护，同时还应该对海生物及时清理，以提高钻井平台作业的安全性。

3 结论

自升式钻井平台用做生产平台从整体性能上来说是可行的。通过整体分析得出：因移动钻井平台规范不同，作业特点不同，除需要将钻井处理模块移除并增设处理模块外，海生物和阳极保护装置对钻井平台长期在固定海域作业的性能具有较大影响，所以应该加强监测及增设阳级块等方式对船体的桩腿进行保护。自升式钻井平台用做生产平台的开发模式大大降低了边际油田开发的风险，是一条可行的思路。

[1] 孙东昌，潘斌.海洋自升式移动平台设计与研究[M].上海：上海交通大学出版社，2008.

[2] ABS.Mobile Offshore Drilling Unit[S]. 2012.

[3] API 2A.Recommended Practice for Planning, Designing and constructing Fixed Offshore Platform - Working Stress Method[S].2007.

Study the Whole Performance for Mobile Offshore Drilling Unit Used as Fixed Platform

CAI Yuan-lang, HUANG Shu-guang, YANG Jun

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd, Tianjin, 300451， China)

It has high investment cost and risk in developing marginal oil filed for oil company because the product output cannot be determined using conventional fixed platform to explore oil which can’t even withdraw the develop cost. The mobile offshore drilling unit can be moved from one place to another unlike the fixed platform limited to one place as it’s designed. The operation mode will reduce the risk of investment. This paper will study the whole performance of mobile offshore drilling unit used as fixed platform to explore the marginal oil field and give some using conclusion and valuable ideas.

marginal oil field; fixed platform; mobile offshore drilling unit; dynamic amplify effect; P-data effect

2013-09-23; 修改稿收到日期： 2014-02-15

蔡元浪(1975-)，男，高级工程师。

1001-4500(2014)04-0025-04

P75

A