新型模块化自升式钻井采油两用平台的方案设计

1、    新型模块化自升式钻井采油两用平台的方案设计    乔添朱益田天王晨铎摘要：本文提出了一种模块化自升式钻井采油两用平台的设计思路。通过对现有平台工作装备的分析，划分该平台所需的工作模块，并介绍其相应的建造和安装方法。在此基础上对其可行性以及优越性做了初步分析，为平台的设计提供了一条可行的思路。关键词：钻井采油两用平台；模块化；自升式平台；方案设计：g642.0 文献标志码：a ：1674-9324（2018）21-0088-02目前海工装备建造市场受油价低迷的制约，订单量锐减，对各类平台的需求量均有降低。在这种情况下，建造一种成本更低，能同时胜任多

2、种工作的船型可以更好地迎合目前市场的需求。以此为出发点，我们设想建造一种具有钻井、采油两种功能的平台，将船型设定为自升式平台，而对其两种不同工作模式之间的切换拟采用模块化的方法。通过一些特殊设计实现自升式钻井采油两用平台的所需功能。本文从目前自升式钻井平台及导管架采油平台的建造方法出发，对模块化自升式钻井采油两用平台的设计思路、模块化设计及其可行性进行了分析研究。一、设计思路当前近海油气田开发的主要工作大致分为两大阶段：第一阶段为自升式钻井平台拖航到指定位置插桩后，进行钻井作业，钻井作业结束之后该平台拔桩移位到下一工作地点。第二阶段是建造完成的导管架平台被拖航至井口所在的位置，打桩固定后进行采

3、油作业。整个过程中需用到两座平台，而且两座平台要分别进行安装，所以整个工作周期相对较长，成本高昂。而我们的两用平台则可以较好地解决这一问题，平台在钻井工作结束后，通过吊装模块进行装备的更换，从而直接实现平台功能的转换，将两种工作用同一平台完成。通过这种方法节省了单独制造导管架采油平台的成本和进行导管架平台安装的时间，可以显著提高工作效率。为了实现这种功能，我们需要设计出一种可行的模块化方案，使各个模块安装到位后可以分别满足钻井、采油的工作需求。二、设计方案1.钻井用模块。自升式钻井平台目前在海洋油气开发中应用广泛、技术成熟，我们按照目前的自升式钻井平台的模块化钻机等装备情况，将两用平台的钻井模

4、块分为：1）支承模块，主要包括井架、底座、拖车等支承装备。模块化钻机的井架稳定性好，拆卸、移运和安装方便，适用于该平台模块化设计。模块化钻机的应用使得钻机模块整体可以吊装进行拆卸，在这过程中还要考虑到连接的电缆以及通讯设施的安装。2）泥浆模块，模块内含泥浆池、泥浆泵、振动筛等循环系统所需设备。泥浆模块整体方面离控制中心的位置较近，可以选择通过无线的方式控制，这个模块大多数在第二层甲板下面，由于体积较大，不便于拆卸。3）动力模块，包括柴油机组、直流电动机、交流电动机等动力设备，用于为其他钻井装备提供动力支持。此模块在移动方面由于其重量和尺寸，无论是在钻井还是采油过程中都需要一定动力来保障工作的顺

5、利进行，也是平台正常运转的重要模块之一。4）旋转模块，钻井过程中用到的转盘，顶驱系统置于此模块，为钻具提供动力。这部分模块由于附属链接的管线较多，可以在设计的时候让各链接管线接口以备用或多功能状态实现。5）起升模块，包括绞车、游动系统等设备。其通过传动系统与动力模块相连。这部分的移动需要考虑平台的吊装能力，在钻井结束后可以移动到其他钻机平台上继续使用，也可以继续根据情况在平台后续有钻井需要时留作备用。2.采油用模块。在海上石油的开发过程中，除去基本的水下采油树和其他井口设备外，在平台上还需要修井设备、原油处理设备和储存设备等多种设备，按照原油生产处理的步骤将我们采油用模块分为六个基本部分：1）

6、修井模块，主要包括修井机及其相应的辅助设施。目前国内平台在大多数情况下采用电潜泵采油，且目前已有成熟的修井模块，可以直接运用到我们的平台上来。在一定程度上降低了设计成本。此外若在有如空间等其他条件限制下时，也可以采用可移动式修井机或者添加与修井船相连的设备。2）计量模块，主要包括计量分离器等相关设施。采出井液经采油树进入管汇中，分为生产管汇和测试管汇。部分井液经测试管汇进入计量分离器中进行气液两相分离，从而测算出油气水产量，生产管汇将每口井的井液收集并输送至油气分离系统中进行处理。3）油气处理模块，主要包括油气水三相分离器等。经由生产管汇收集到的井液进入三相分离器后，将油气水进行初步分离。分离

7、后的原油还含有乳化水，需要电点脱水器进行处理，此外还需要脱盐设备对原油进行处理。4）储油模块，包括原油储罐或与穿梭油轮油罐相连的设备。用于对产出原油的储存。若受到空间等条件限制的情况下，也可将原油输送至穿梭油轮邮轮。5）污染物处理模块，包括油污水处理系统，其用于处理分离过程中产生的含油污水。达到排放工艺标准后，方可进行排放。6）辅助设施模块，主要为换热设备，用于热量传递、输油软管的清蜡、原油脱水、脱水仓内原油的升温等工作，换热设备主要是加热器和冷却器。3.模块化互换方法。针对于钻井模块和采油模块的互换，我们可以在钻井结束时，通过吊装的方式将钻井用模块替换为生产用模块。各模块安装的具体位置为：在

8、进行钻井时，将各个模块组装成模块化钻机放置于平台甲板上，而泥浆模块则置入船体内的特定舱室。而当平台需要进行采油作业时，将修井模块、计量模块、油气处理模块置于原本模块钻机和钻杆堆场所在的上层甲板处，将储油模块和污染物处理模块放至原来的泥浆舱室。而针对于模块之外的部分，我们需在船体建造时预制好同位置两套模块所需的船体管线（如泥浆管线，生产管线）、电缆等必须的相关设施，除了上述已介绍的相关作业用模块，剩余的通用设施如停机坪、救生模块、吊车、生活区等相关设施按照现行的自升式钻井平台的相关标准建造即可。而当平台主体与两种模块均建造完毕之后，两用平台即可用于开发生产。平台第一次模块安装可在船厂进行。主要工

9、作是将所有的钻井用模块与船体相连接，并将各种设备与所需管线进行调试安装，使之组装完成后具有与自升式钻井平台相同的钻井功能，有能力完成相应的海区的开发作业。在钻井用模块全部安装完成后，即可将平台拖航到指定区域开展钻井作业，其钻井过程与自升式钻井平台相同。而钻井工作完成后，油井将进入生产阶段，此时需要将钻井平台转换为生产平台。转换过程可维持平台位置，直接利用平台上的吊机或浮吊船进行模块的吊装更换。具体过程为在采油用模块通过船舶运送到结束钻井作业的平台附近后，将平台上的所有钻井模块进行拆除，并用吊机送下平台，对其进行维护保养为下一次钻井任务做准备。当所有钻井用模块拆卸完成后，即可将采油用模块吊上平台

10、的指定安装位置进行安装。在所有模块及所需的设备及配件安装完毕后，即可进行采油工作。采油工作结束后，再将平台移至下一指定钻井区域，进行钻井用模块的安装，以此循环，对多个油田进行钻井开发。三、可行性分析目前国内外有关两用平台的论述所见不多，但针对于自升式钻井平台改造为采油平台有一定的研究工作，对模块化互换平台的设计具有一定的指导意义。改造研究证明了自升式钻井平台设备拆除更换、结构调整后，结构强度可以满足要求，采油工艺可行，对于边际油田有较好的适应性。还有从平台改造后的力学性能进行了研究，证明了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。即从自升式钻井平台采油平台的改造已被证明充分可行。而这

11、种改造方法与模块化互换思路不同的是，改造是一次性的不可逆的过程，而模块化互换则能实现功能之间的相互转换，达到经济环保、可反复利用的效果。而通过二者在设计上的对比可以推断出我们的自升式钻井采油两用平台从整体性能上来说是可行的，但由于自升式平台面积较小，采油能力受限，在边际油田的钻采开发上具有一定的优势。四、总结若这种平台设计方案被使用于生產，对比于现在的平台其具有诸多优点。首先，该平台更适用于边际油田的开发，具有较好的经济性。其次，利用模块化实现功能互换的方法与直接改造相比更为经济环保，可以提高平台的利用率。在平台钻井完成后，直接利用模块的拆卸安装实现采油的功能，不需要再进行拔桩、采油平台建造等工作，大大缩短了工作时间，节约成本。并且利用模块化的方法构建的模块组件具有通用性，便于多平台的使用与维修，便利性较强。综上所述，经过一定的调查研究，自升式平台通过模块化的