深水钻井船钻井模块研究

赵传亮，张树立，王嘉波

深水钻井船钻井模块研究

赵传亮1，张树立2，王嘉波1

（1.辽宁陆海石油装备研究院有限公司，辽宁盘锦124010；2.烟台杰瑞石油装备技术有限公司，山东烟台264000）

近年来海洋油气资源勘探开发逐渐向深海发展，深水石油装备已将成为投资焦点。本文通过对深水钻井平台对比分析，并对深水钻井船钻井模块的设计进行分析，其中包括钻井模块设备主要参数选型、双井架钻井工艺路径和钻机模块设备布置。

深水钻井船；钻井模块；双井架

随着海洋油气资源勘探开发技术的发展，主流的深水钻井平台作业水深可达3 048 m.钻井船通常具有自航能力，以及机动性好、停泊简单、可变载荷大、存储能力强等优点，特别适用于深水勘探钻井作业。深水钻井船通常采用动力定位系统，既有无限航区航行船的特点，又有特定环境条件及海域作业的海洋工程装备的特点，是“型船”与“钻机”的完美结合体[1]。钻井船钻井模块的设计是深水钻井船设计的关键环节，钻井模块的设计水平在很大程度上决定钻井船的作业效率。本论文在综合分析国内外优秀船型的基础上对钻井模块的设计进行分析，满足作业水深3 048 m和钻井深度12 000 m的要求。

1 钻井模块总体介绍

钻井模块主要由钻台和井架两大部分组成，钻井模块的主要系统设备如提升系统、钻具移运排放系统和升沉补偿系统等均布置于钻台和井架上。钻台及底部结构将井架的载荷传递给船体，起到支撑的作用。

1.1 钻台及底部结构

钻井船的钻台及底部结构一般位于船舯部，是钻井模块的主要结构。钻台结构下方为月池（Moon Pool）开口，钻台面用于安装井架、绞车和司钻控制室等。图1为钻台结构的一个简图。

图1 钻台及底部结构

1.2 井架

井架用于布置钻井设备，主要包括顶驱、天车及天车补偿装置、游车等。图2为双井架结构的一个简图。

图2 双井架

2 钻井模块主要参数

2.1 双井架

深水钻机钻井工艺比近海钻机更加复杂，起下钻和连接钻杆消耗时间更多。双井架钻机配置有两套钻井及排管系统，通过主辅井口配合并行操作，可显著提高钻井效率，理论上双井架钻机相对普通钻机效率可提高31.6%[2].例如美国双联井架钻井船Discover Spirit在Aconcagua海洋气田钻探时大约节省了25%的作业时间。双井架钻机已成为新型高性能深水钻机的典型标志[3]。双井架基本参数如表1所示。

表1 双井架参数

2.2 绞车

绞车主要用于起下钻具、下套管，在钻井的过程中控制钻压、送进钻具。双井架钻机配备两套提升系统，故需要配备1台主绞车和1台副绞车，技术参数见表2所示。

表2 绞车参数

2.3 钻具移运排放系统

钻具移运排放系统主要包括：关节吊、猫道机、动力鼠洞、钻台机器人。与半潜式钻井平台相比，钻井船型宽较小，双井架的开口为艏艉方向。井架前方为钻杆和套管存放区，井架后方为隔水管存放区。2套排管系统布置于井架艏艉位置。钻具移运排放系统技术参数见表3所示。

表33 钻具移运排放系统参数

2.4 天车补偿装置

钻井船在波浪作用下将产生上下的升沉运动。升沉补偿装置能有效减小升沉运动对钻井作业带来的一系列影响，保证井底钻压的稳定和钻井系统整体工作的高效[4]。天车补偿装置是升沉补偿装置的一种，通过液缸和滑轮组达到升沉补偿的作用。技术参数如下4所示。

表4 天车补偿装置参数

2.5 钻井系统其他主要设备参数

钻井系统其他主要设备参数如表5所示。

表5 其他主要设备参数

3 钻井模块布置

钻井模块布置是钻井船设计的关键环节，使用双井架的深水钻井船钻井工艺流程复杂，多任务并行操作。合理的布置设计可以使作业连续性好，减少不必要的停工等待时间，作业效率高。

钻具移运排放系统、隔水管处理系统、防喷器和采油树处理系统和升沉补偿系统是钻井模块布置较复杂的部分。图3为钻井模块总体的布置图。

图3 钻井模块总体布置图

3.1 双井架钻井工艺分析

布置钻井系统设备之前必须明确双井架的钻井工艺。主钻机、辅钻机及钻井船动力系统（DPS-3）相互配合，可最大限度减少不必要的空闲时间。主辅钻机协作的钻井作业过程如表6所示。

表6 主辅钻机并行作业过程

3.2 钻台面布置图

钻台面上设备种类繁多，应根据双井架的钻井工艺进行钻台面设备的布置，尤其需要注意的是排管系统如何配合主辅钻机协同作业的问题。

图4为钻台布置图，主辅钻机的井口中心距离为480英寸，艉部钻机为主钻机，艏部钻机为辅钻机。钻台结构正下发为月池，船体开口为25 m×9.7 m，在月池上方布置有隔水管张紧系统及其导轨。

图4 钻台布置图

钻井船左舷布置2台钻井绞车及钻具移运排放系统的指梁和排管机，钻井船右舷为司钻控制室、铁钻工和死绳固定器等。节流压井管汇和液气分离器等布置于井架周围。井架后方为隔水管存储区及隔水管吊机和猫道机，井架前方为钻杆和套管存储区及折臂吊和猫道机。防喷器和采油树分别布置在左右舷，通过各自的吊机和转运车送至井口。

4 结论

1）本文对双井架钻井模块主要设备配置进行了分析，给出了目标钻井模块主要设备的参数。

2）对双井架主辅钻机并行作业的钻井工艺进行了分析。

3）根据双井架主辅钻机作业特点，给出了目标钻井模块主要设备的布置情况。

4）对钻井工艺等的分析研究经过大量的简化，在主体尺度、性能和布置情况方面可满足目标钻井模块要求。

[1]赵建亭.深水钻井船钻井系统设计研究[J].船舶与海洋工程，2014，97（1）：1-7.

[2]岳吉祥.深水半潜式钻井平台钻机选型[J].石油勘探与开发，2009，36（6）：776-783.

[3]赵洪山，刘新华，白立业.深水海洋石油钻井设备发展现状[J].石油矿场机械，2010，39（5）：68-74.

[4]刘清友，徐涛.深海钻井升沉补偿装置国内现状及发展思路[J].西南石油大学学报，2014，36（3）：1-8.

Deepwater Drilling Ship Drilling Module Research

ZHAO Chuan-liang1，ZHANG Shu-li2，WANG Jia-bo1
（1.Liaoning Petroleum Equipment Institute Co.，Ltd.，Panjin Liaoning 124010，China；2.Yantai Jereh Petroleum Equipment&Technologies Co.，Ltd.，Yantai Shandong 264000，China）

In recent years，petroleum oil and gas exploration has been developing to deepwater，deepwater petroleum equipments will certainly be the focus of investment.After analyse and compare deepwater drilling platforms，this paper will give an analysis of deepwater drilling ship drilling module design，which includes drilling module equipments main parameters，dual derrick drilling techniques and equipments layout.

deepwater drilling ship；drilling module；dual derrick

TE952

A

1672-545X（2017）07-0121-03

2017-04-08

赵传亮（1988-），男，辽宁盘锦人，本科，设计员，现从事海洋钻井模块的技术开发工作。