自升式钻井平台钻井包介绍及调试安全控制

李成强 殷冠华 杨程程

摘要：海洋自升式钻井平台以其高效、稳定的特性，自20世纪50年代诞生以来就受到世界各运营商的青睐，并占据着海洋石油钻井装备领域的重要位置。钻井包作为核心构成，其完工调试及过程安全控制决定了平台是否可以成功交付客户使用，实现建造和运营的双赢。

关键词：自升式钻井平台;钻井包;钻具;泥浆;井控;完工调试文献标识码：A

中图分类号：TE923文章编号：1009-2374（2016）04-0148-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.074

1 自升式钻井平台及钻井包主要系统介绍

按系统及区域划分，平台主要由提升、悬臂梁滑移、钻井包（含水泥、泥浆、井控、管件作业等系统）、发电机及其配电、生活区及通风空调系统、内外通讯等系统组成。钻井包作为实现钻井平台核心功能的重要区块，其功能的实现及过程安全控制，在整个平台完工调试中占有极其重要的地位。以Letourneau workhorse自升钻井平台为例，钻井包主要含钻井控制系统、钻井甲板管件作业系统、高低压泥浆系统、干粉及其控制系统、井控系统、水泥等系统。

1.1 钻井控制系统

钻井控制系统采用主流钻井AMHPION控制系统，此系统由操作人员自设备操作终端-钻井椅输入指令，信号采集-输入/输出模块进行信息收集，信息处理器-单板机进行信息集中处理，不间断供应电源确保电源供应以实现系统的持续运行，而且系统提供延展、备用接口，供客户进行设备更新或升级选择。

1.2 管件作业系统（Pipe Handling System）及简要工作流程

管件作业是钻井系统重要作业环节，主要由钻井绞车（Drawworks）、顶驱（Top Drive）、管吊（Pipe Handing Crane）、猫步机（Catwalk Shuttle）、铁钻工（Rough Neck）、猫头（Cathead）、转台（Rotary Table）及排管机（Pipe Racking system）等设备组成。整个钻井平台的管件作业分为井口（Tripping）及离线（Offine Standbuilding）两部分：首先，作业以管甲板为起点，采用特殊夹管器（Gripper yoke）作为专用工具，管吊将钻具（钻杆、钻铤等）吊起放置于猫步机;其次，操作人员自钻井椅操作设备，猫步机配合排管机将单根钻具送入钻井甲板狐狸洞，铁钻工完成上扣作业，排管机将接好的整柱钻具放入排管器，重复上述作业，完成管件的离线储备作业，供增加钻深时管件接长使用。顶驱和钻井大车是管件作业中的核心设备，起承重钻具及驱动钻具转动的重要作用。钻具拆除作业，按接管作业逆序进行，最终将钻具放回至管甲板。

1.3 高低压泥浆系统及简要工作流程

泥浆在整个钻井过程中起维持井口压力平衡、润滑及冷却钻头、清洁井底并将岩屑带回处理等作用。泥浆系统按压力分为低压和高压泥浆系统，其中低压泥浆根据其作用分为：泥浆注入，混合系统及泥浆处理等系统;高压泥浆，以高压泥浆泵作为动力源，自泥浆池通过泥浆注入系统吸入泥浆，经过加压，通过立管管汇及顶驱冲管系统注入井底，保持井口压力平衡并循环运行将岩屑等杂质从井口带回进行后续处理。从井口带回的掺杂了黏土、碎石等的泥浆被泵压驱动返回平台后，经过振动筛，除沙、除泥及除气等设备处理，驳运至泥浆池，供再次循环使用。

1.4 干粉及其控制系统的简要工作流程

干粉系统是用作液态泥浆配比的固态干料进行储存及运输的系统，通常由若干储存及缓冲罐、加料斗、集尘器等设备组成。干粉料自舷边加载站通过压缩空气作为传输动力，将干料自干粉驳运船，通过遥控阀的开闭来控制干粉材料的流动及储存路径，驳入罐体储存，通常其操作在远程集控中心由干粉控制系统自动完成。

1.5 井控系统

井控系统作为钻井包的安全保障系统，在钻井安全、危机处置等方面起到保障平台及人员安全的作用。井涌和井喷在海洋钻井作业中发生的概率和影响相对于陆地钻井更加严峻，设备可靠性不高，甚至处置不当，将对平台人员及设备安全产生重大安全隐患。因此，井控系统是平台安全控制的重中之重。通常井控系统由防喷器、防喷器控制单元、节流压井管汇、分流器及其控制系统、蓄能器等组成。如果井口压力异常或是发生井喷，应按照井控作业规范，通过节流压井或是万能防喷器、闸刀防喷器等操作，直接干预井底至压力稳定，保持钻井作业的安全。

1.6 水泥系统

水泥系统又称固井系统，是将井下套管与井壁进行加固、防止井口坍塌的系统。水泥系统主要由水泥单元、水泥管汇及其高压管线、水泥注入头等设备组成。一般情况，固井作业同钻井作业交叉进行，保持井壁完好、无崩塌、泄漏，方可进行钻井作业。

2 钻井包完工调试

同常规系统一样，钻井包的完工调试分为机械完工、预调试、调试三个阶段。

2.1 机械完工概述

具体来讲，电气设备：已按照设计图纸完成接线，接地、通断及绝缘良好;机械设备：安装结束，基座紧固、扭矩等检查合格;旋转类设备：润滑完毕，轴系对中结束，皮带松紧合适;管系：保温及防腐结束，预上压无泄漏，冲洗、回装结束等。总之，机械完工即为建造的终结，是设备或系统具备上电、上压或上气等调试的先决条件。一般来讲，其具体控制要点都会通过相关专业的检查确认并归档，形成有机整体，用以显示、反馈机械完工状态，作为调试的文件支持。

2.2 机械完工与调试的关系

首先，机械完工作为调试前的重要一环，其完整性决定了调试工作是否能够顺利进行。按照系统特点，分为分支系统、子系统、检查单;其次，调试通常以系统为单位进行，通过收集系统包含的分系统、检查单的信息状态，确认系统是否已具备调试条件。因此，调试的计划应严格基于机械完工计划编排，继而调试人员、资源需求等计划编写完成。

3 钻井包完工调试安全控制

作为钻井平台关键功能区块，其自动化集中控制、作业区域紧凑、防撞智能控制的特点，对调试作业的安全控制提出了更高的要求。因此，建立事先预判、事中控制及事后总结的机制显得尤为重要。

3.1 安全策划及审批许可制度

首先，所有上电、上压调试的设备或系统，必须要专项策划，分析可能出现的问题并制定相应的预控方案;其次，根据上电或上压通知书进行审批，得到许可后方可进行作业;最后，严格落实隔离措施，针对不同情况采用不同隔离措施进行有效隔离，切实维护人员和财产利益，比如维修隔离挂双锁并挂隔离牌。

3.2 调试过程安全控制

调试过程安全控制是保障调试安全的最重要一环，过程控制必须能够响应出现的各种情况。通常情况下，自升式钻井平台钻井包的调试过程安全控制包含如下要点（典型系统举例）：

3.2.1 钻井甲板设备。钻井甲板狭小空间和钻井椅资源的稀缺性决定了钻井平台的调试始终处于使用需求同供给不足间的矛盾冲突中。通常情况下，任意钻井设备（如排管机）动作，整个钻井甲板将受到影响，需要禁区拉设，禁止无关人员进入，未经许可进入禁区的人员，都将会受到严厉的教育和处罚。因此，所有进入调试区域的请求，需事先在联席会议上提出，获得进入许可。此类要求同样适用于井架高处作业，一般情况下，只要井架作业，所有钻井甲板作业暂停，避免交叉作业及高处物体打击。

3.2.2 高压泥浆系统。高压泥浆系统的试验，因其较高的压力，被认为是平台最危险的试验之一，一旦发生泄漏，将对财产或人员安全产生严重影响。因此，在进行高压试验前，需对相关系统进行检查，确认系统的完好性，功能无异常，如安全阀状态良好。另外，此试验涉及区域一般从泥浆泵房到钻井甲板，影响区域较大，安全控制难度大，需加强试前沟通和过程巡查。

3.2.3 井控系统。此试验同高压泥浆试验类似，也是钻井平台危险性较大的试验。作为钻井作业中安全保障系统的调试，其安全性及可靠性是验证的关键，工装样式类型，质量证明文件，仪器、仪表校验等必须在试验前确认。井控试验，一般压力要达到几百个大气压，作业交底、操作人员的防护等需要逐项落实，坚决杜绝诸如工装崩弹事故的发生。除以上典型系统的调试安全控制表述以外，需按照日常调试管理的要求，切实让调试人员在思想意识上充分理解调试安全风险的存在，杜绝麻痹大意，在诸如系统停送电记录、隔离维修、日常维护等细节方面，严格按照操作规程进行。在遇到涉及调试系统修改或整改的作业中，严格执行审批作业制度，及时反馈及更新状态，做好闭环管理，消除管理不善引发风险的可能。

4 大包服务商调试现场管理

为满足项目整体要求，实现项目成本、质量、工期等目标，钻井包服务商调试现场管理至关重要。一般从以下三方面优化管理：首先，了解合同内容及标的和服务范围等关键条款，必要时请合同管理部门交底;其次，根据合同，制定切实满足项目质量、工期等要求的分计划，如人员安排计划，配套设施、资源安排计划，培训计划等，必要时澄清某些条款内容，做到有的放矢;再次，做好干系人及沟通管理，明确沟通渠道，做到沟通畅通;最后，过程中如遇影响计划的事件或因素，及时同各方进行沟通，必要时进行人员、材料等资源调整，跟踪、反馈执行情况，严格落实各项措施，保证项目的推进。

5 结语

随着社会发展，人类对资源的需求呈爆发增长态势，海洋石油钻井平台作为石油钻井领域的生力军，将一如既往地为人类能源事业贡献力量。作为钻井功能的载体，钻井包对项目后期成功运营起着至关重要的作用。随着越来越多的人关注职业健康安全，加之作业人员经验的积累和管理水平的提高，相信在钻井平台钻井包这类特种系统的完工调试及安全控制中，一定会越做越好，为项目运营管理增光添彩。

参考文献

[1] 马连山.全球自升式钻井平台市场现状及未来发展趋势[J].国际石油经济，2013，（Z1）.

（责任编辑：蒋建华）