自升式无钻机弃井专用平台设计

张 亮

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452

随着海洋油气开采时间的推移，一些海上油田产能过低，达到地质报废、油气田终止开采条件。越来越多的海洋油气设施逐步达到设计寿命，日益老化，对海洋环境、国防、海上交通以及渔业资源等造成较大的潜在危害，需要对海洋油气设施拆解迁移。世界各国先后制定了相关法律法规[1-5]，并对废弃平台、井筒、海管及电缆等海洋油气设施进行弃置[6-7]。

目前国内外即将退役的老龄平台越来越多，常规的弃井方式大部分使用钻井平台进行作业。使用钻井平台弃井的优势在于具备完整的提升、循环旋转及井控等系统，在完成常规弃井作业的同时，可处理复杂的井下情况[8]；但也存在费用较高折的问题，尤其是不产生经济效益的弃井作业会使企业付出高昂的成本。追求低成本策略的国外油气公司倾向于使用各类无钻机的作业模式，专业弃置公司也开发出各具特色的无钻机弃井技术与装备[9-11]。

目前国外无钻机弃井技术已越来越成熟，国内也引入了磨料水射流切割套管技术及液压举升拔桩技术并取得了较好的应用效果[12-14]，但仍处于探索阶段。尤其是东南亚海域有大量的小型无修井机平台弃井作业，由于固定平台甲板面积和住宿能力受限，需要移动平台携带相关设备进行作业。然而现有的移动平台与无钻机弃井设备之间的匹配度较小，进而直接影响到作业的时效性和经济性。开发设计无钻机弃井专用平台可为低成本弃井提供专业化的载体，在后续大规模弃置开始后，无钻机弃置的优势将更加明显。

1 自升式无钻机弃井专用平台概况

本文研究的自升式无钻机弃井专用平台主体为箱形结构，平面形状接近三角形。平台有3条桁架式桩腿，艉二艏一，桩腿下端设有桩靴，每个桩腿设有一套电动齿轮齿条升降系统，桩腿通过升降系统与船体连接和固定，并可将船体支撑于一定高度。最大作业水深122 m，可覆盖渤海、南海部分海域、马来西亚海域及泰国湾。

平台主要作业形式是拖航至预定地点，然后对平台进行预压载，当平台预压力达到设计值后，启动升降装置，将平台升高到距离海面一定的高度之后开始作业。当完成某项生产任务后，将平台降至水面，进行拔桩-升桩作业，再拖航至另外的作业地点开展新的生产任务。

为降低平台成本，居住能力满足弃井作业最低需求。平台艏部设有可居住80人的生活区，生活区位于主甲板以上，共2层，中控室及办公室位于上层建筑最顶部的第3层。平台上层建筑前部设有直升机甲板，在平台站立状态下可供直升机起降，适停机型为S92A/S61N。

船体艏部设有拖力眼板，用于平台拖航使用。平台艏、艉两舷共设置4台就位锚机，用于平台就位。

1.1 主要参数

平台主要参数见表1。

表1 平台主要参数

该平台按照中国船级社和中国海事局的有关规范、要求进行设计[14-16]，入级中国船级社。平台总布置如图1所示。

图1 平台总布置示意

1.2 主要功能

该平台的主要功能如下：

（1）按照中国船级社相关规定进行设计，属于自升式平台，拖航条件满足CCS的要求。

（2） 配置直升机平台，并具有直升机加油装置。

（3）生活区舒适度具有较高水平，满足国际劳工大会发布并已生效的《2006年海事劳工公约》的要求。

（4）可满足80人住宿、餐饮，考虑到平台作业过程中临时人员的需求，救生能力按照100人进行配备。

（5）共配备3台基座式起重机，左右两舷吊机最大吊重能力为343 kN，船尾吊机最大吊重能力为147 kN。

（6）甲板面积1 200 m2，弃井作业状态下平台最大可变载荷为30 723 kN。

（7）配备小型悬臂梁，与套管举升装置底座相匹配，甲板上放置磨料水射流切割装置，弃井作业前将悬臂梁推出至井口位置。

2 平台优点

多个部件的设计特点与设计细节的改善使得该平台具有诸多优点，详述如下。

2.1 平台配置合理

与作业水深100 m以上主流自升式平台主要技术参数进行对比分析，见表2。

表2 与主流平台参数对比

该平台充分优化了舱室空间，合理布局设备，型深仅有7 m。主要设备按照冗余度最小的原则进行配置，这样可大大节约设备采购成本。其中主发电机功率取值依据为平台升降作业工况下的最大用电负荷，吊机能力取值依据为弃井作业所需的最大吊装要求。由于无需配置钻井相关设备，初步估算平台可用甲板面积达到1 200 m2，在保障弃井作业的同时还可拓展液压举升修井、连续油管、移动注热等功能。

2.2 悬臂梁结构小巧

为实现最大程度与弃井作业装备进行匹配，该平台悬臂梁的设计主要依据套管举升装置的底座尺寸,通过减小悬臂梁尺寸及结构复杂度，尽可能增加甲板可用面积及平台可变载荷。经过优化设计，小型悬臂梁宽度11 m，最大外伸距离为17 m，与表2中的其他平台悬臂梁相比，尺寸及结构小巧，见图2。其承载能力为425 t，可满足修、弃井作业最大负荷，造价约为常规钻井平台悬臂梁的1/2。

图2 小型悬臂梁与套管举升装置匹配

2.3 性能高于规范要求

2.3.1 完整稳性

根据《海上移动平台入级规范》规定对平台许用重心完整稳性进行校核[15]，计算结果见表3。校核分析表明，平台在拖航状态许用重心高度下，完整稳性满足规范要求。

表3 平台许用重心完整稳性

2.3.2 破舱稳性

根据《海上移动平台入级规范》规定对平台许用重心破舱稳性进行校核[17]，计算结果见表4。校核分析表明，在各破损状态下，不同风向条件、风速为25.8 m/s的风倾力矩作用时，破损水线低于可能发生继续进水的任何开口下缘，满足规范要求。

表4 平台许用重心破舱稳性

2.3.3 抗倾稳性

平台抗倾稳性校核参照《海上移动平台入级规范》要求。倾覆力矩包括环境载荷力矩、平台附加弯矩和动力载荷弯矩。若平台发生旋转时，桩周边土、桩靴上表面土、桩靴底部吸附力都会产生抵抗力，增加平台抗倾能力。本计算中仅考虑平台重力抗倾，土壤作用作为抗倾能力储备，计算结果见表5。校核分析表明，平台抗倾稳性满足规范要求。

表5 不同工况下的平台抗倾衡准数K

2.3.4 抗滑移性

平台抗滑力主要包括桩底部摩擦力、侧摩阻力、土壤被动土压力等。本次计算中仅考虑桩靴底部摩擦力，其他作为储备抗滑移能力[18]。校核安全系数按照API RP 2A《海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法》的要求：作业工况时，平台抗滑移安全系数Kh应不小于2.0；自存工况时，Kh应不小于1.5；根据不同地质条件下的抗滑能力进行校核，计算结果见表6。校核分析表明，在上述计算井位，平台抗滑稳性满足规范要求。

表6 不同工况下的平台抗滑移安全系数Kh

3 结束语

研发的新型平台与无钻机弃井装备匹配较好，具有较强的专业性能。平台可变载荷大、结构形式简洁、整体结构强度好、总体性能高、甲板面积大，除用于弃井作业外还可进行其他功能的拓展。与常规的作业水深超过100 m的钻井平台相比，型深小、布局合理、建造成本和建造难度低，可大大降低弃井作业成本，具有重要的工业化应用价值。