錦州9-3CEPD鉆修機避讓設計計算

孟凡貴，王曉雷，李 浩

(中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452)

錦州9-3CEPD鉆修機避讓設計計算

孟凡貴，王曉雷，李 浩

(中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452)

海洋平臺鉆井時，鉆井船靠平臺施工，平臺上的鉆修機需要讓出井口區避讓鉆井船。由于長時間不使用鉆修機，并且鉆修機過高，鉆修機避讓多采用放倒井架的方式。錦州9-3CEPD鉆修機避讓時鉆井船靠船方向不同，鉆修機井架不能放倒，并且自身模塊重量較大，同時鉆修機距離平臺火炬臂較近，導致傳統的鉆修機避讓方式不能滿足要求。根據錦州海域的環境情況，選取各工況下的環境條件進行計算分析，火炬對鉆修機井架結構及油漆、鋁層不造成破壞，確定鉆修機避讓時不放倒井架。

海洋鉆修機 避讓 火炬臂 溫度

0 引 言

海洋平臺鉆井經常使用鉆井船靠平臺鉆井，鉆井時平臺上的鉆修機需要避讓鉆井船。鉆修機由于自身模塊重量較大，不能使用平臺吊機吊裝，需要搬遷時必須使用浮吊配合駁船作業，成本高、風險大。鉆修機的避讓設計為沿導軌方向移動到平臺邊緣，讓出鉆井船的覆蓋區域。由于長時間不使用鉆修機，并且鉆修機過高，其避讓都采用放倒井架的方式。錦州9-3CEPD鉆修機避讓時鉆井船靠船方向不同，鉆修機井架放倒后與鉆井船的舷邊干涉，因此鉆修機避讓時井架不能放倒，只能移動到平臺邊緣位置。且海洋平臺上有一個火炬臂，井內的廢氣通過火炬臂燃燒。由于鉆修機距離平臺火炬臂較近，因此需要對鉆修機避讓位置進行設計計算。

1 鉆修機避讓鉆井船問題分析

海洋鉆修機由上底座總成、下底座總成、井架總成3大撬疊加組成，安裝在海洋生產平臺頂甲板上。由于各撬重量超過25t，無法用平臺吊機吊裝，只能自身沿導軌移動。由圖1可見，平臺鉆井時，鉆修機需要自井口中心讓出11m之外，移動到平臺一側避讓鉆井船停靠平臺鉆井。

圖1 海洋石油923鉆井船在錦州9-3CEPD平臺就位圖Fig.1Schematic diagram of Offshore Oil 923 drilling ship taking its place at JZ 9-3CEPD platform

2 鉆修機與火炬臂問題分析

海洋鉆修機大井架放倒，井架升出平臺邊緣11m。根據圖1顯示，鉆井船靠平臺時，鉆井船邊緣距離平臺邊緣只有3.1m。在此情況下，鉆修機井架無法放倒，只能將大井架直立。如圖2所示，大井架直立狀態下，與火炬臂火炬頭基本平齊，距離火炬中心33m，平臺火炬過大情況下，存在對于井架結構、油漆、電纜等的破壞可能。需要對該位置情況進行計算確認。

圖2 鉆修機避讓位置圖Fig.2 Schematic diagram of avoiding locations for the drilling machine

3 火炬影響區域計算

根據錦州9-3CEPD平臺火炬擴散模型以及錦州海域環境條件，選取風速分別為1m/s、10m/s、40.4m/s時的火炬模型進行分析。如圖3～5可以看出，不同風速條件下，火炬模型不同，對周圍環境的熱量擴散也不一樣。因此，需要對各工況條件下火炬的熱影響狀況進行計算，以確認各種工況下對鉆修機是否產生影響。

圖3 環境風速1m/s的火炬模型Fig.3 A model under a wind speed of 1m/s

圖4 環境風速10m/s的火炬模型Fig.4 A model under a wind speed of 10m/s

4 火炬對于鉆修機的設計計算

鉆修機主體及配套設備情況如下：

4.1 電纜情況

考慮到是夜間施工，在鉆修機的各主體部分布置了相應的燈具及船用電纜，根據電纜的性能參數及120℃耐熱溫度，鉆修機安裝電纜的環境溫度不能高于該值。

圖5 環境風速40.4m/s的火炬模型Fig.5 A model under a wind speed of 40.4m/s

4.2 井架噴鋁、噴漆技術條件

考慮到海洋環境的濕度和鹽霧天氣，海洋鉆修機涂層體系采用環氧和聚氨酯復合涂層，隨著輻射強度的增高和溫度的升高，就近似于提高了腐蝕環境等級，將會加快漆膜、鋁膜防腐功能的損失。一般而言，溫度和輻射強度每升高10℃，防腐蝕壽命會縮短一半，對于超出漆膜、鋁膜正常使用溫度的部位，其壽命縮短更快。環氧和聚氨酯涂層在干燥的情況，要求溫度不超過120℃。

4.3 火炬輻射及溫度計算

根據錦州海域環境條件，結合ODP報告規定，選取該海域兩個條件下進行計算，分別為一般泄放條件和緊急泄放條件。在鉆修機設備上，選取典型的3個感受點，即高度0m，位于鉆修機底部；高度9m，位于鉆修機鉆臺；高度29m，位于鉆修機井架上端距離火炬頭最近處。對處于避讓位置的鉆修機井架和鉆臺的感受點經FLARESIM模擬計算，結果為：

4.3.1 一般泄放條件

一般泄放條件，指該情況為錦州9-3CEPD平臺火炬長期工況下的火炬泄放，持續時間長，需要重點考慮。在該環境條件下，分別選取該海域的3種風速條件進行計算，分別為：1m/s、10m/s、40.4m/s，計算出3個感受點的輻射值及溫度，如表1～3所示。

表1 風速1m/s環境下Tab.1 Under a wind speed of 1m/s

表2 風速10m/s環境下Tab.2 Under a wind speed of 10m/s

表3 風速40.4m/s環境下Tab.3 Under a wind speed of 40.4m/s

4.3.2 緊急泄放條件

緊急泄放條件，指該情況為錦州9-3CEPD平臺火炬長期工況下的火炬泄放，持續時間長，需要重點考慮。在該環境條件下，分別選取該海域的3種風速條件進行計算，分別為：1m/s、10m/s、40.4m/s，計算出3個感受點的輻射值及溫度，如表4～6所示。

表4 風速1m/s環境下Tab.4 Under a wind speed of 1m/s

表5 風速10m/s環境下Tab.5 Undera wind speed of 10m/s

表6 風速40.4m/s環境下Tab.6 Under a wind speed of 40.4m/s

5 計算結果分析

根據建模分析計算結果，由表1～6可以看出，一般泄放條件下對鉆修機的各部分沒有影響，均在合理范圍之內。緊急泄放條件下，只有在風速為10m/s和40.4m/s時，感受點3在火炬的輻射值超過設計允許值，即該條件下，鉆修機井架上不允許人員施工。同時，在風速為1m/s狀態下，感受點3的溫度值達到了107.4℃，超過漆膜的正常工作溫度，此工況不能長期存在。

根據錦州9-3CEPD平臺ODP報告所提供的數據，緊急泄放狀態為平臺應急情況，不會出現長時間緊急泄放的情況。所以，鉆修機在避讓位置與火炬臂的火炬是安全的，鉆修機可以不放倒井架避讓鉆井船。

6 結 語

結合錦州海域環境條件，以及錦州9-3CEPD平臺ODP報告所提供的數據，對火炬與鉆修機避讓工況的干涉情況進行計算。要求鉆修機生產廠家在設備使用說明書中特別強調避讓工況下，井架上不得施工，并且要求在井架下方特別增加不銹鋼標識牌說明。

［1］ 呂事桂，楊立，李偉華. 船用橡膠電纜整體老化剩余壽命研究[J]. 船海工程，2010(4)：37-39.

［2］ 中國船級社工業產品部. 中國船級社船用電纜認可和檢驗驗船師須知[Z]. 2001.

［3］ 馬永峰，康濤，楊漢立，等. 撬裝模塊鉆機[M]. 北京：石油工業出版社，2004.

Collision Prevention of JZ9-3CEPD Drilling Machine：Design and Calculation

MENG Fan’gui，WANG Xiaolei，LI Hao
(CNOOC Ener Tech Equipment Technology Co.，Ltd，Tianjin 300452，China)

When an offshore platform is operating，the platform drilling machine needs to leave some space for the drilling ship in the wellhead area as the latter is next to the platform．As the drilling machine is usually left unused for a long time and considering its height，the derrick is often laid down for collision prevention．However，the collision prevention direction of JZ9-3CEPD drilling machine and direction of the drilling ship are different. In addition，the drilling machine derrick is heavy and close to the flare boom of the platform and cannot be put down．So the traditional collision prevention mode cannot meet the requirements．According to environmental conditions in the Jinzhou sea area，environmental conditions under various working conditions were calculated and analyzed to make sure the flare boom do not constitute a threat to the derrick’s structure，paint and aluminum coating and the derrick do not put down in case of collision prevention of the drilling machine.

ocean drilling machine；collision prevention；flare boom；temperature

TE951

：A

：1006-8945(2015)08-0026-03

2015-07-06