海洋修井機改造工程實施方案分析及經驗總結

關雙會，丁 輝，武永清，陳金穩，劉 輝

（中海油能源發展股份有限公司油田建設工程分公司，天津 300452）

海洋修井機改造工程實施方案分析及經驗總結

關雙會，丁 輝，武永清，陳金穩，劉 輝

（中海油能源發展股份有限公司油田建設工程分公司，天津 300452）

海洋修井機總體設計均為模塊式，可搬遷應用于不同平臺。中海油CB-B平臺原K400修井機已經報廢拆除，需要新配置一套大噸位海洋修井機實施調整井作業。HXJ180MB海洋修井機為機動設備，作業能力強，將HXJ180MB海洋修井機安裝應用到CB-B平臺上，需要解決多方面的技術問題，因為海洋石油生產平臺的井口區設置及接口設計均各有特征，所以使得海洋修井機適應性改造工程變得復雜。文章通過對中海油渤海油田CB-B平臺安裝HXJ180MB海洋修井機實施方案的分析，總結了該類工程的特征和一系列技術問題的解決方案。因該工程改造內容全面，具有普遍代表性，可供同類型工程參考。

海上平臺；海洋修井機；升級改造

0 引言

隨著中海油天津分公司上產3 000萬t目標的實現以及穩產3 000萬t目標的提出，原有生產平臺開始大量實施調整井作業，大量原有設備設施的升級改造工作隨之開始實施。CB-B平臺原K400修井機已經報廢拆除，需要新配置一套大噸位海洋修井機實施調整井作業。而公司在近兩年內沒有新建造鉆修井設備的計劃，其他平臺在役修井機由于修井作業任務繁重，不能臨時搬遷至CB-B平臺滿足其長期的鉆修井作業需求。HXJ180MB海洋修井機為機動設備，作業能力強，不僅可以完成修井作業任務，還能夠進行調整井作業。該套修井機已經在渤海QK17-2平臺成功實施調整井作業任務，作業性能全面符合作業要求。然而QK17-2平臺為單井區內叢式井群，而CB-B平臺為錯位雙井區叢式井群，在CB-B平臺上安裝應用HXJ180MB海洋修井機，存在的技術難度較大，問題有多方面：需要對平臺承載能力進行評估，并對平臺進行加固改造；為滿足兩錯位井口區作業要求，需要對修井機平臺滑移導軌承載梁進行改造；HXJ180MB海洋修井機下底座支撐腿跨距與平臺導軌跨距不匹配，需要進行適應性改造；為實現修井機在兩井區之間整機移運，需進行縱橫滑移功能及滑移結構適應性改造；需對修井機移運結構及性能進行評估，對兩井區作業配套設施進行技術改造等。這些工程歷經近半年時間，已經圓滿完成，HXJ180MB海洋修井機已經在CB-B平臺上順利投入使用，改造后的技術性能全部符合使用要求。

1 HXJ180MB海洋修井機概況

1.1 主要特點與功能

HXJ180MB海洋修井機是中國海洋石油有限公司天津分公司渤海油田配置的一臺機動、可搬遷、用于不同平臺的海洋修井機，由第四石油機械廠于2009年制造。該臺設備整體結構為模塊化組合裝配形式，模塊之間采用耳板與銷軸配合連接，其主要特點和功能如下：

結構特點：修井機的設計適用于7 m、9 m、10 m、11 m、13 m、14 m平臺導軌中心跨距安裝要求。可應用于QHD32-6礦區內各平臺、JZ9-3E、SZ36-1A&B&J、 SZ36-1Ⅱ 期 C&D&E&F&G&H、BZ34-1B、JZ21-1、QK17-2、QK 17-3等不同導軌跨距的海洋平臺。下底座跨距調節如圖1所示，通過左支撐腿由左至右移動間隔1m或倍數后與橫梁連接，即可實現不同跨距值調節。用于滿足不同平臺的任一口井的修井作業，整機可實現垂直式布置和平行式布置兩種裝配形式，能根據每座平臺的具體要求確定其布置形式。

圖1 下底座跨距調節示意

主要參數：最大鉤載為1 800 kN，修井深度為3 000 m，井架凈空高為33 m，整機移動方式為液壓機械移動。

設備功能：整機可作縱向移動，上底座總成可作橫向移動，能覆蓋各適用平臺所有井口進行對中作業；用油管或者鉆桿進行作業；TCP射孔作業；礫石充填防砂作業；下生產管柱作業；水平井回收橋塞作業；下電泵/自噴管柱作業；常規修井作業；能滿足后期油田開發需求，進行新鉆調整井及其防砂完井作業；滿足實施增產措施作業等。修井機還具備小井眼的油水井側鉆能力；設備結構全部模塊化，便于海上搬移拆裝工作。

1.2 設計使用范圍

HXJ180MB海洋修井機的使用范圍基本覆蓋渤海油田全部海上有需求的原油生產平臺。但是由于某些原因，設備初始設計時并沒有考慮CB-B平臺的安裝應用需求。

1.3 整體裝配設計

HXJ180MB海洋修井機設計理念為模塊化，模塊間通過耳板與銷軸的形式實現連接，使之形成一個有機整體。其下底座、上底座結構及裝配型式如下：

下底座總成：為門式雙梁框架結構，各結構部件采用螺栓及銷軸等連接成一體，如圖2所示。

圖2 HXJ180MB修井機下底座主結構示意

上底座與下底座連接形式主要為滑靴結構連接，上底座總成可進行相對滑移。經過對上述整體結構及裝配型式的分析可知，該類型式的結構及裝配連接型式的設計，對于結構的建造公差及裝配公差要求較寬松，但結構橇塊裝配后，相互間的自由度限制不夠嚴格，自由度較大。會導致修井機結構的位移自由度及旋轉自由度增大，不能滿足整機縱橫導軌滑移形式的要求。

2 渤海油田CB-B平臺基本概況

2.1 CB-B平臺設計建造與海上安裝模式

由于CB-B平臺是早期開發建設的，一些基礎設計與建造數據已不能有效獲取。根據海上現場實際調研情況分析得知，CB-B平臺原設計建造及海上安裝模式為三座單體組塊在海上實施焊接組合形成一座兩井口區錯位布置的整體平臺，如圖3所示。三座單體小組塊海上實施組合安裝后，整體平面度公差較大。根據海上實際測量結果顯示，平面度最大公差值近40 mm。這導致修井機平臺導軌改造需要的平面度保障難度系數加大。

2.2 CB-B平臺井區布置及導軌設計尺寸

CB-B平臺共設計有兩個叢式井口區，井口區為上下錯位布置，如圖3所示。每個井口區設計有修井機整機滑移導軌，導軌中心距均為8 250 mm，導軌總長度為15 500 mm，滿足井口區內任一井口對中作業需求。平臺原導軌設計只能滿足修井機在井區內整機縱向滑移。因早期平臺修井機在兩井口間作業搬移是采用平臺吊機進行的，原配套K400修井機設計時，結構單橇吊裝質量均小于15 t，而HXJ180MB海洋修井機單橇吊裝質量設計值為50 t。因此，平臺現有吊機不能滿足新修井機的搬移工作需求，平臺已有的導軌需要重新設計改造。

圖3 CB-B平臺井區設計及導軌分布示意

2.3 CB-B平臺原配置K400修井機概況

CB-B平臺原配置修井機型號為K400，1988年產于加拿大KREMCO公司，至2010年止，已經服役22年。其主要技術參數為：最大鉤載40 t；修井深度2 000 m；總體結構型式為垂直式；井架凈空高33 m；整機移動方式為液壓機械移動；下底座跨距為8 250 mm，不可調節。K400修井機設計結構單橇質量≤15 t，可用CB-B平臺吊機實現兩井區間的搬移組裝工作。

2.4 CB-B平臺吊機概況

CB-B平臺原配置起重設備的起重能力為5 t/32 m及30 t/16 m，1988年與平臺一同投入使用，至2010年止，已經服役22年。其起重能力與技術參數符合CB-B平臺K400修井機在東西兩井區間搬移時的起重能力要求，但不能滿足HXJ180MB修井機在CB-B平臺上進行兩井區間的搬移起重能力需求，因為HXJ180MB海洋修井機結構及設備單橇設計質量為≤50 t，單橇質量已經遠超出平臺吊機的起重能力。

3 HXJ180MB海洋修井機在CB-B平臺安裝時需要解決的技術問題

本次CB-B平臺安裝應用HXJ180MB海洋修井機改造工程中，平臺與修井機都是已有的設施與設備，其自身的全部技術參數是確定的，為了使修井機與平臺能夠匹配應用，修井機及平臺都存在改造工作量大、難度大的問題。因此，只有找出平臺與修井機改造工作的平衡點才能達到最佳效果。雖然HXJ180MB是一臺可搬遷式海洋修井機，可適用于多座平臺，但其最初的設計未考慮CB-B平臺。因此，包括修井機下底座跨距在內的一系列固定參數不滿足CB-B平臺兩井口區的作業使用要求，改造的主要技術難點在于CB-B平臺結構及其承載能力與HXJ180MB修井機整體結構型式及功能的相互適應問題，主要工作內容在機械結構專業方面，其他控制系統、輔助系統專業的工作，由于早期設計具備可拓展性，工作難度相對較小。平臺與修井機改造后要符合各種作業的功能要求，并在安全性能方面達標，主要內容分述如下。

3.1 渤海油田CB-B平臺方面

（1）平臺承載能力不足。由于CB-B平臺1988年建成投產，平臺原配置修井設備作業功能簡單，鉤載能力僅為40 t，設備自身質量為80 t，其配套固控系統濕質量最大為100 t。而HXJ180MB海洋修井機鉤載能力為180 t，自身質量為200 t，其配套固控系統濕質量最大為400 t，新設備質量超過原設備質量近4倍。因此，平臺承載能力及安全系數需要重新進行評估認證并作結構加固工作。

（2）平臺井區分布情況對導軌滑移范圍的要求超出修井機移運設計能力。CB-B平臺為錯位雙井區叢式井群，井區分布與常規平臺不同。原設計中兩井區之間沒有可用于移運的導軌及導軌承載梁，但兩井區又需要共用一套修井機來完成作業任務。因此，需要根據HXJ180MB修井機的實際結構情況，確定CB-B平臺頂甲板井區間是否有移運導軌的安裝位置，該位置是否具有承載梁等。實際分析的結果是有移運導軌的安裝位置，但其下方并無導軌承載梁結構。

（3）頂甲板新增應急發電機組妨礙修井機極限井位作業及移運。由于CB-B平臺在運行過程中電力負荷發生變化，原電力資源不足，在頂甲板一側井區端面位置增設了一臺應急發電機組，機組操作間高度過高，妨礙修井機極限井位作業及移運。

（4）平臺導軌承載梁形位公差嚴重超標。CBB平臺原設計建造模式為三座分體組塊海上組合焊接形成一座整體平臺，三座平臺海上安裝后整體平面度公差較大，造成修井機平臺導軌安裝平面度改造難度大。修井機在CB-B平臺安裝使用時，需要在兩井區間進行橫向及縱向十字交叉滑移，才能滿足兩井區的作業需求。平臺導軌安裝時，如只考慮橫向或縱向滑移，形位公差比較容易實現，但是如果要滿足縱橫兩個方向的形位公差和修井機的滑移要求就有較大的難度。因平臺結構中沒有在兩井區間安裝滑移導軌所需的承載梁，需要重新加裝，平臺是由三部分組成的，承載梁加裝時并不能有效保證導軌安裝所需的形位公差要求，所以新增導軌安裝設計及施工難度大。

（5）兩井區間移運導軌安裝位置下方無承載梁。CB-B平臺和HXJ180MB海洋修井機為已有，平臺已有的一些結構梁不能被有效利用，在兩井區間安裝滑移導軌所需的平臺承載梁需要重新加裝。

（6）原平臺導軌承載梁強度不夠及長度不足。由于修井機整體需要實現縱橫滑移功能，在4個滑移方向需要限位，而平臺已有的導軌長度不足，超出原導軌安裝范圍，沿導軌延長方向相應位置亦無相應的承載梁，且已有導軌承載梁強度由于新設備的自重及工作載荷增加較多而不足，需要重新考慮加強與增設。

（7）平臺原配導軌強度不足。平臺兩井口區側原配套導軌承載能力是滿足鉤載40 t修井機承載能力的，而新安裝應用的是HXJ180MB修井機，鉤載能力為180 t。因此，原有導軌承載能力不足，需要重新進行設計、計算及實施改造加固工作。

3.2 HXJ180MB海洋修井機方面

（1）HXJ180MB修井機原設計結構型式不具備整體縱橫滑移功能。設計建造時只考慮了單井區作業的需求，其整體結構由多個小模塊組成，模塊之間通過銷軸連接。其下底座支撐腿設計有8個單體承載支點 （常規修井機通常設計有4個支點），這些結構設計型式不利于整機縱橫滑移操作。

（2）HXJ180MB修井機滑移系統部件與CB-B平臺原配導軌數據不符。由于HXJ180MB修井機設計時并沒有考慮CB-B平臺的相關應用關聯數據，因此，修井機滑移系統中滑靴、固定限位塊、步行器、步行孔、連接結構等不能與平臺導軌相匹配，需要進行適應性改造。

（3）HXJ180MB修井機下底座跨距與CB-B平臺井口區導軌跨距不符。修井機下底座支撐腿跨距原設計是能夠通過調節適應多個平臺多種導軌跨距值的，但是其中并未考慮CB-B平臺8 250 mm跨距值。因為CB-B平臺為較早期由外國設計公司設計的，其跨距值多不為整數值，而國內所設計的跨距值基本上全部為整數值。HXJ180MB修井機搬遷至CB-B平臺之前，是應用于渤西油田QK17-2平臺上的，考慮項目成本、進度要求等因素，HXJ180MB修井機是從QK17-2平臺直接搬遷至CB-B平臺上的，其間并不返回陸地做任何的調整，這給跨距調節適應性改造工作增加了很大的難度。

（4）HXJ180MB修井機單橇設計吊重與CB-B平臺吊機性能不符。HXJ180MB修井機單橇塊質量≤50 t，而CB-B平臺原配置起重設備起重能力為5 t/32 m及30 t/16 m，不能完成將HXJ180MB修井機由西井區搬移至東井區的吊裝任務 （CB-B平臺原K400修井機是這樣操作的），需要考慮另外一種途經來完成兩井區之間的移運，以達到共用一臺修井機作業的要求。

（5）HXJ180MB修井機在井區內滑移時為8支點，而井區間移運時為4支點，存在滑移結構卡阻。HXJ180MB修井機下底座與常規修井機的不同之處是設計有8個支點，每兩個支點組成一組，在單一方向上進行滑移時穩定性較強，但該結構不適宜進行縱橫兩向滑移操作，此時將會有4個支撐點處于懸空狀態，雖然在移運時結構強度及穩定性符合要求，但是滑移時結構會有較強的卡阻現象，由于導軌制作及安裝存在一定公差，而支撐點在懸空情況下，又會產生一定的形變，兩方面不利因素結合，使得實際移運卡阻情況十分嚴重，以致無法完成移運操作。

4 工程中主要技術難題解決方案

4.1 CB-B平臺方面技術問題解決方案

（1）平臺頂甲板導軌承載梁加固處理。針對平臺原有導軌承載梁的情況，提出了安裝HXJ180MB修井機時所需要的載荷數據及安裝導軌時所需要的承載梁結構要求，由具備資質的專業設計單位進行強度設計校核，由專業施工單位對平臺導軌承載梁實施加固工作，使其達到了安裝HXJ180MB修井機所需要的承載力技術要求。

（2）增設平臺移運導軌承載梁，增設并改造修井機平臺移運導軌。針對平臺吊機不能滿足HXJ180MB修井機兩井區間搬移的工作要求，經過綜合分析研究，最終確定最佳方案為：改造平臺導軌及修井機的主體結構，以達到可縱橫滑移的能力，從而實現兩井區共用一臺修井機的目的。據此，改造設計中制訂了加固、增設、延長平臺導軌承載梁及增設并改造平臺修井機移運導軌等措施，使HXJ180MB修井機能夠自行沿導軌在兩井區間移運。改造后的平臺導軌布置如圖4所示。

圖4 CB-B平臺改造后的導軌布置

（3）對應急發電機組操作間實施改造，修井機上底座調轉方位安裝。經過幾方面多次技術溝通，考慮到修井機主體結構改造的難度及影響較大，最終確定對應急發電機組操作間頂部結構及附屬設施進行改造，而修井機上底座總成安裝方位調轉180°與下底座裝配，將外伸結構尺寸較大一側調換至另外一側，從而減少與應急發電機組相互的妨礙程度，滿足HXJ180MB修井機極限井作業及井區間移運滑移操作的空間需求。調轉方位裝配雖導致上下底座之間配套及輔助設施整改工作的出現，但減少了發電機組的改造工作量，使得問題得以解決。

（4）修正平臺導軌主承載梁形位公差。由于CB-B平臺海上建造組裝工藝的特殊性，造成三座小平臺組合后，相互之間的主承載梁平面度存在較大誤差，而依靠承載梁加固改造時調整相關平面度也存在相當大的難度，因承載梁加固時梁與梁之間的連接都是依據上面找平原則，而不是調整整體平面度。針對平臺頂甲板承載梁形位公差超標較大已不符合導軌安裝及修井機正常使用的情況，采取了承載梁上翼板面局部敷板的工藝措施。在保證結構強度的前提下，局部位置鋪設鋼板條并施以塞焊工藝，以找平平面度誤差。相關措施以理論計算校核作為依據，通過該方法消除了平臺組裝時的形位公差給修井機安裝和應用帶來的影響，保證了工程下一步工作的順利實施。

4.2 HXJ180MB修井機方面技術問題解決方案

（1）HXJ180MB修井機整體滑移結構改造。經過查閱HXJ180MB修井機原始設計資料及對海上設備的實際調研，確認HXJ180MB修井機整體只具備井區內滑移功能，不具備井區之間縱橫滑移結構。為實現修井機在過渡導軌上整體橫向滑移功能，需要對下底座橫向滑移整體結構進行改造。因此，結合下底座的安裝形式，在下底座每側支撐腿的外側底部增設油缸連接耳板，并對耳板焊接位置進行局部加強。在保證耳板強度的基礎上，對下底座整體穩定性進行提升，由于每側兩支撐腿之間只通過主梁上部的螺栓連接，移動過程中單個液壓油缸的最大推力可達到1 000 kN，造成結構穩定性不足，為保證下底座同側兩支撐腿的穩定性及移動的一致性，設計新增加了兩組連接梁及連接點。液壓油缸連接耳板及連接梁安裝位置如圖2中序號7、8、9所示。

（2）HXJ180MB修井機整體滑移配套設施改造。針對HXJ180MB修井機下底座步行器壓塊、步行器棘爪、滑靴壓塊等滑移配套部件與CB-B平臺導軌截面尺寸不匹配的情況，對相關關聯部件進行了測繪與設計，以上改造部件設計文件經第三方審批后進行制作并安裝，實現了聯接匹配。

（3）下底座跨距與平臺導軌跨距匹配改造。CB-B平臺井區內導軌跨距 （8 250 mm）是不可變更的，因此，只能對HXJ180MB修井機下底座結構實施跨距適應性整改工作。據此，進行了下底座橫梁跨距調整開孔設計，在修井機下移動底座橫梁下翼板上重新加工螺栓連接孔48處，孔徑為43mm，調整后修井機下底座左支撐腿安裝在距離下底座橫梁邊緣3 000 mm的位置，右支撐腿安裝在距離下底座橫梁另一端6 750 mm的位置，滿足了CB-B平臺8 250 mm跨距的要求。考慮跨距調節后下底座的強度及穩定性要求，需要更換兩只新的支撐腿（新支撐腿為早期設計制作完成，作為備用部件一直未安裝過）。由于跨距調節開孔工作及更換安裝兩只新支撐腿工作都需要在海上平臺現場完成，實施難度較大，這直接導致了HXJ180MB修井機建造誤差、改造誤差與現場裝配誤差重疊出現而不能消除，最終使一端新換的支撐腿裝配誤差值較大，與原有支撐腿中心間距差值為+35 mm，遠大于建造誤差值，更大于裝配要求公差值25 mm，直接影響到修井機與平臺導軌的配裝、修井機滑移受力分布及穩定性等。

（4）整機移運時支點結構改造，解決滑移卡阻現象。當HXJ180MB修井機由一井區導軌向移運導軌換向滑移時，其下底座與導軌的支點由8支點變成4支點，此時下底座8個支點內側的4個支點處于懸空狀態，由于同端面兩支撐腿之間的結構梁均為銷軸連接，而上底座與下底座之間連接形式為壓板限位及導向結構，也即下底座4條懸空腿在向下的方向上具有很大的位移自由度。因此，下底座懸空支點勢必會在上部結構重力的作用下，向下移位。當懸空支點滑靴底板移動至需經過的縱向導軌時，由于懸空支點向下的位移，造成懸空支點滑靴底板無法穿越縱向導軌。據此情況，可以從以下幾方面解決該問題：減少由于銷軸鉸接形式帶來的較大裝配公差導致的位移自由度，加強支點滑靴底板與支撐腿立柱根部的連接結構，減少滑靴底板結構的變形量，將支撐腿兩立柱結構和支點滑靴底板進行加強與一體化處理，使其形成一個整體，以便滑移時使兩支點同步，最終使卡阻問題得以解決。下底座支撐腿改造如圖5所示。

圖5 下底座支撐腿立柱及滑靴板改造示意

（5）修井機廠內建造誤差與現場裝配公差修正。在圖1中下底座左右兩支撐腿結構，由于在進行下底座跨距值調節時，其中一端的支撐腿結構需全部更新，并且根據實際情況，兩端面的兩個支撐腿原連接位置均進行了換位置安裝。修井機廠內建造過程中已經存在建造誤差，相關誤差在廠內進行總裝配及在第一次海上應用安裝時根據導軌情況進行了修正，而本次施工過程由于全部是在海上進行，造成制作誤差與裝配公差同時需要修正的情況。換位安裝及換新部件后，一端的支撐腿裝配間距值已經達到7 035 mm，而設計值為7 000 mm，超差為35 mm，此累積誤差值導致其與平臺導軌不能裝配，滑移配套結構均不能正常工作。針對此情況，改造設計中對滑移壓塊及導向結構進行了修正設計，并將原有圓形連接孔設計為長條形連接孔，從而消除了誤差的影響，保證了修井機橫向的正常滑移功能。

5 結束語

改造后的CB-B平臺結構方面的問題得到有效修正，HXJ180MB海洋修井機具備了在十字交叉導軌上的整機移運能力，可在新增設及改造后的縱向及橫向導軌上順暢地滑移，滿足了CB-B平臺兩個井口區的作業需求，解決了平臺吊機起重能力不足的問題。由于改變了之前CB-B平臺利用吊機在兩井區間采取拆卸安裝方式搬移修井機的模式，使設備在兩井區間移動作業時大大節省了作業前的準備工作時間。

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Implementation Scheme Analysis and Experience Summary of Offshore Workover Rig Modification Project

GUAN Shuang-hui（CNOOC Energy Technology&Services-Oilfield Construction Engineering Co.,Tianjin 300452）,DING Hui,Wu Yong-qing,et al.

In general design,the offshore workover rig is a kind of movable modular structure and thus could be used in different platforms.The original K400 workover rig on Bohai CB-B platform of CNOOC was discarded as useless,so a new heavy workover rig HXJ180MB was installed on the CB-B platform.Because the wellhead zone layout and interface designs of platform had different features,the adaptive modification of the workover rig was complicated.This article summarizes the characteristics and solutions of such project by analyzing the implementation scheme of installing HXJ180MB movable workover rig on the CB-B platform.Because this modification project covered all the adaption or modification work on rig and platform and was typical,it could be an example for similar projects.

offshore platform;offshore workover rig;upgrading modification

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.05.003

關雙會 (1975-)，男，黑龍江人，工程師，1999年畢業于哈爾濱工程大學，現從事海洋工程及海洋石油鉆修井設備的設計及技術管理工作。

2011-08-26；

2012-07-02