自升式钻井平台钻台设备布局设计浅析*

豆 乔，赵世刚，樊雪燕，张彦秋

(兰州兰石能源装备工程研究院有限公司青岛分公司，山东青岛 266520)

0 引言

在海洋油气开发中，自升式钻井平台是目前应用最为广泛的移动式钻井设施。目前国外自升式钻井平台作业水深已达到168 m，钻深12 000 m，钻台设备复杂，自动化程度高，基本能实现无人化作业［1］，而国内自升式平台起步较晚，设计比较落后，尤其是钻台设备布局设计与国外有较大差距。国外钻台设备比较先进，钻台布置合理紧促，钻井作业效率高;国内很多平台钻台设备自动化程度不高，钻台面设备布局不够合理，钻井作业效率低，作业风险高。钻台作为钻井作业操作的主要场所和井口设备的承载结构，为了满足钻井平台高效、安全的作业需求，对自升式平台钻台的布局提出了更高的要求。

1 钻台作业工艺和钻台设备配置

1．1 钻台上实现的作业工艺

现阶段自升式平台大都采用顶驱提供钻井动力，从而实现了立根钻进、下钻划眼等操作，大大节省了接单根的时间，提高了钻井效率。在钻井过程中钻台是钻井作业最集中的区域，在钻台上完成的主要钻井作业［2］如下。

(1)钻进作业:顶驱驱动钻头完成一个立根长度的钻进后，将钻柱悬置于井口转盘并与顶驱断开;顶驱从指梁接过立根送至井口，先使立根下接头与井口钻柱相接，再使立根上接头与顶驱中心管相接，接好后，稍上提钻具并取出井口卡瓦，继续打井。

(2)起下钻作业:起钻时顶驱上提钻柱，使一个立根露出井口，将钻柱卡在转盘上，铁钻工卸扣，司钻配合井口将立根存入指梁;下钻时顶驱从指梁接过立根，将立根送到井口并对扣，铁钻工上扣，钻柱下入井底，准备钻井。

(3)下套管作业:按设计好的套管程序，提升套管上钻台，对扣，套管钳上扣，连接套管附件，下放套管柱入井，重复上述操作下到预测井深。

(4)固井作业:当套管下到预定井深，接好钻具，下放注入头到套管靴位置，然后接固井泵，在套管与井壁之间注入水泥，碰压候凝，完成固井作业。

1．2 钻台设备的配置

为了完成钻台面的各种钻井工艺，自升式钻井平台钻台必须配置相应的钻井设备及工具，然而随着时代的发展，自升式钻井平台钻台设备配置也发生了很大变化。

早期自升式钻井平台钻台设备配置比较简单，按功能划分主要有钻井设备、井口工具、钻台阀门组等几大类。其中钻井设备主要有塔架及天车、钻井绞车、转盘、司钻房、钢丝绳倒绳机和死绳固定器等;井口工具有液压猫头、气动绞车、测斜绞车、载人绞车、液气大钳、吊钳、套管钳等;钻台阀门组有高压和固井管汇、节流压井管汇和泥气分离器等。

目前深海高规格的自升式平台，钻台设备配置比较先进，自动化程度比较高。除配置基本钻井设备外，还配有动力猫道、动力鼠洞、自动排管机、泥浆收集盒等自动化管子处理系统，并用铁钻工代替了液压大钳。钻台设备繁多且集中，然而钻台空间有限，因此在配置设备之间的相互位置关系时，合理的钻台面设备布局显得尤为重要。

2 钻台布局

2．1 立根盒布置在V型门猫道侧

以上海振华重工的300FT Jack－up平台为例，其钻台布置形式如图1。

图1 300FT钻台布局示意图

从钻台布局示意图中可看出:立根盒布置在V型门猫道处，钻井绞车布置在立根盒右侧，司钻房在立根盒的右后方，位于绞车的右侧，视野开阔，能直接看到井口中心、钻井工具、绞车、游动系统和立根盒等设备，管汇在绞车对面布置。这种布置结构管子处理比较集中，工艺路线短。但V型大门通往井口的通道比较狭窄，上钻台的设备不流畅。此外立根盒布置在猫道处，会占用大量空间，井口与船尾的距离会加长，悬臂梁的承重也会加大。

2．2 立根盒梁布置在V型门猫道右侧

以辽宁陆海研究院CP400平台为例，其钻台布置形式如图2。从钻台布局示意图中可看出:立根盒布置在猫道右侧，立根盒对侧布置有钻井绞车，在钻井绞车和主井口之间布置1台轨道式铁钻工(负责井口钻具连接或拆分)，双鼠洞位置配置了一台手臂式铁钻工(负责鼠洞钻具连接或拆分)，司钻房位于V型大门侧靠近猫道处，便于观察主井口、双鼠洞、猫道和立根盒，司钻房对侧为高压管汇和固井管汇，泥气分离器和节流压井管汇布置在立根盒外侧，倒绳机布置在V大门外侧飘台上。

整个钻台设备布局比较合理，自动化程度高，双鼠洞能实现离线接单根，大大提高了钻井效率。但鼠洞位置配置的铁钻工，会遮挡主司钻观察井口的视线，考虑架高司钻房或者重新布置铁钻工的位置。

图2 CP400钻台布局示意图

2．3 立根盒梁布置在V型门猫道左侧

以GustoMSC公司设计的CJ54自升式钻井平台为例，其钻台布置形式如图3。

图3 钻台布局示意图

从钻台布局示意图中可看出:立根盒布置在猫道左侧，立根盒对侧为钻井绞车，司钻房位于V型大门侧靠近猫道处，便于观察井口、猫道和立根盒，倒绳机布置在V大门外侧飘台上，固井和双立管管汇布置在立根盒外侧。因台面空间有限节流压井管汇和司钻房高于钻台面，布置在顶棚上。钻台整体布局跟图2成对称结构，在功能实现上也是一致的。

三种钻台布局形式优缺点对比分析，见表1。

表1 三种钻台布局形式优缺点对比分析

3 结论

钻井平台的布置具有时代气息，随着时代的发展，钻台设备越来越先进，自动化程度越高。加之不同业主对钻台设备配置要求的不同和操作习惯的差异，使得钻台布局设计也不近相同。但总的来说，钻台布局设计在满足钻井工艺高效、安全的前提下，应遵循以下基本原则［4－6］。

(1)钻台布局应满足钻井作业流程的要求，以钻台的功能为核心，合理配置各设备之间的相互位置关系，确保各设备作业流畅且作业路径最短;钻台设备越来越多，由于钻台空间有限，设备较多且集中，在配置设备之间的相互位置关系时，尽量保证钻台的空间利用率。

(2)司钻房应安装在合适的位置，保证司钻视野开阔。

(3)钻台设备配置时，应考虑质量分布情况，尽量保证重量配置平衡，避免出现严重偏重问题。

(4)钻台布局要合理、紧促，井口周围应预留有足够的操作空间，避免井口工具与其他设备干涉。

(5)钻台设备布置时，应结合钻台和各设备的尺寸，考虑人员通道，设备操作、安装及维修空间。

［1］ 岳吉祥，綦耀光，肖文生．半潜式钻井平台双联钻机钻台布局设计［J］．中国石油大学学报，2008，32(6):113－124．

［2］ 夏侯命盛，周 佳，王 璞．自升式钻井平台钻台结构强度研究［J］．船舶工程，2014，36(4):174－181．

［3］ 刘 俭．自升式多功能平台5 000 m海洋钻机设计［J］．石油机械，2011，39(5):45－48．

［4］ SY/T 6804．海洋平台钻机设施布置规范［S］．2010．

［5］ API规范4F．钻井和修井结构规范［S］．2008．

［6］ 任宪刚，白 勇．自升式钻井平台总布置的研究［J］．船舶工程，2010，2(32):121－12．