帶雙井口區(qū)的四腿平臺(tái)布局設(shè)計(jì)的安全考慮

王紅紅，王魁濤

(中海油研究總院,北京 100028)

帶雙井口區(qū)的四腿平臺(tái)布局設(shè)計(jì)的安全考慮

王紅紅，王魁濤

(中海油研究總院,北京 100028)

目前中海油常規(guī)的獨(dú)立四腿井口平臺(tái)無(wú)法在設(shè)置32個(gè)井槽、生活樓和修井機(jī)模塊的同時(shí)采用常規(guī)鉆井船開(kāi)展鉆完井作業(yè)。在渤海某油田開(kāi)發(fā)工程中，為實(shí)現(xiàn)上述全部功能設(shè)計(jì)了一種雙井口區(qū)的新型四腿井口平臺(tái)。四腿平臺(tái)空間有限。為使修井機(jī)在鉆井船就位后可以安全避讓，并允許平臺(tái)吊機(jī)合理休息，在平臺(tái)布局設(shè)計(jì)中進(jìn)行了充分的安全考慮。通過(guò)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)找到解決措施，使得帶雙井口區(qū)的四腿井口平臺(tái)順利投產(chǎn)。

井口平臺(tái)；四腿平臺(tái)；布局設(shè)計(jì)；安全

0 引 言

出于降本增效的考慮，在油藏儲(chǔ)量動(dòng)用較低、井控儲(chǔ)量較大、井網(wǎng)不完善、周邊沒(méi)有可有效依托的海上設(shè)施等情況出現(xiàn)的時(shí)候，為了解決生產(chǎn)瓶頸，需要挖掘油田潛力并實(shí)現(xiàn)區(qū)域擴(kuò)邊開(kāi)發(fā)。常規(guī)的井口平臺(tái)通常無(wú)法滿足此類需求。擬新建的渤海某井口平臺(tái)必須突破常規(guī)設(shè)計(jì)，才能達(dá)到以上目的。

該獨(dú)立井口平臺(tái)需要設(shè)置32個(gè)井槽，同時(shí)設(shè)置生活樓和修井機(jī)模塊，并采用常規(guī)鉆井船開(kāi)展鉆完井作業(yè)。到目前為止，中海油還沒(méi)有一座此類井口平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)上述全部功能。對(duì)于該平臺(tái)的設(shè)計(jì)，可選的常規(guī)方法[1-6]如下。

(1) 通過(guò)棧橋連接其他平臺(tái)，省去生活樓或直升機(jī)甲板，釋放出平臺(tái)面積。這種做法的缺點(diǎn)是：依托已建平臺(tái)可能會(huì)使新建平臺(tái)的位置遠(yuǎn)離油田區(qū)塊理想開(kāi)發(fā)位置，導(dǎo)致大位移井，成倍增加鉆井費(fèi)用和難度；若位移過(guò)大，鉆完井技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，則導(dǎo)致油田區(qū)塊根本無(wú)法開(kāi)發(fā)。

(2) 做成六腿甚至八腿平臺(tái)，增加面積以實(shí)現(xiàn)功能。這種做法將導(dǎo)致平臺(tái)面積增加、結(jié)構(gòu)件增加、鋼樁增加、用鋼量增加、投資費(fèi)用增加。

(3) 犧牲部分井槽后期調(diào)整井或側(cè)鉆的功能。這種做法的缺點(diǎn)是：可能導(dǎo)致油田后期調(diào)整困難，新增產(chǎn)能無(wú)法有效釋放；若想有效釋放，只能采取新增外掛井槽、新建平臺(tái)或動(dòng)用大尺度懸臂梁鉆井船進(jìn)行調(diào)整井作業(yè)，造成原來(lái)井槽資源的浪費(fèi)和后期油田調(diào)整成本的增加。同時(shí)需要考慮的是，大尺度懸臂梁鉆井船資源匱乏。

(4) 設(shè)置成單筒雙井，減少井槽數(shù)量。這種做法的缺點(diǎn)是：實(shí)施單筒雙井方案較常規(guī)井增加了表層鉆井的工期及費(fèi)用、固井難度增大，對(duì)鉆井平臺(tái)覆蓋能力要求高；初期導(dǎo)管架鉆井時(shí)，對(duì)鉆井船就位精度要求很高，后期組塊調(diào)整井需非常規(guī)的大尺度懸臂梁鉆井船才能滿足要求，然而此類鉆井船資源匱乏。此外，由于單筒雙井的布置需要考慮平臺(tái)上部的操作維修空間和井間距等因素，在有限的平臺(tái)面積下，限制了井口的數(shù)量。

為了達(dá)到降本提質(zhì)增效的目的，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，并結(jié)合以往項(xiàng)目的優(yōu)缺點(diǎn)，創(chuàng)新性地采用帶雙井口布置的四腿井口平臺(tái)。該方案不僅能有效避免其他方案的缺點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了井口區(qū)分AB兩側(cè)布置的設(shè)計(jì)，可滿足之前提到的所有功能。但由于四腿平臺(tái)空間有限，修井機(jī)在鉆井船就位后可能無(wú)法安全避讓。本文闡述該平臺(tái)布局設(shè)計(jì)的安全考慮，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)并提出解決措施，使得帶雙井口區(qū)的四腿井口平臺(tái)順利投產(chǎn)。

1 平臺(tái)布局

新型四腿井口平臺(tái)包括三層甲板，如圖1所示，由上至下依次為上層甲板、中層甲板和下層甲板。

圖1 平臺(tái)立面圖Fig.1 Elevation view of the platform

圖2 平臺(tái)俯視圖(上層甲板)Fig.2 Vertical view of the platform (upper deck)

上層甲板高程26 m，規(guī)格為47.5 m×28 m，32個(gè)井槽。如圖2所示，井口區(qū)分為井口A區(qū)和井口B區(qū)，A側(cè)A區(qū)井槽排列3×4，B側(cè)B區(qū)井槽排列5×4，井口A區(qū)和B區(qū)之間相距10.2 m。管子堆場(chǎng)最遠(yuǎn)邊距井口B區(qū)最外側(cè)一排井口距離為13.5 m(見(jiàn)圖2)，滿足修井機(jī)作業(yè)距離要求。樁腿間距為24 m×22 m，平臺(tái)東側(cè)設(shè)置HXJ135修井機(jī)，平臺(tái)西側(cè)設(shè)置一座40人生活樓，樓頂設(shè)置直升機(jī)甲板，平臺(tái)A側(cè)作為靠船側(cè)，設(shè)置一臺(tái)吊機(jī)，采用預(yù)鉆井方式，后期調(diào)整井采用常規(guī)鉆井船再就位形式。

如圖1所示，中層甲板高程17.5 m，規(guī)格為42 m×28 m，西側(cè)布置兩層的房間，東側(cè)布置井口采油樹(shù)(其中隔水導(dǎo)管由此延伸至海底)以及工藝處理設(shè)備。下層甲板高程12 m，規(guī)格為31 m×28 m，主要布置公用系統(tǒng)設(shè)備，包括柴油系統(tǒng)設(shè)備、開(kāi)排系統(tǒng)設(shè)備、閉排系統(tǒng)設(shè)備以及淡水系統(tǒng)設(shè)備等。

圖3 鉆井船A側(cè)就位時(shí)修井機(jī)避讓位置示意圖Fig.3 Collision avoidance location of workover rig when the drilling ship is on side A

當(dāng)鉆井船在平臺(tái)A側(cè)就位時(shí)，修井機(jī)[7]需要在平臺(tái)B側(cè)避讓。如圖3所示，當(dāng)鉆井船需要鉆A側(cè)井口A區(qū)最內(nèi)側(cè)一排井時(shí)，修井機(jī)在平臺(tái)B側(cè)的極限避讓位置。在平臺(tái)吊機(jī)的吊臂下方凈空間不小于11 m時(shí)，若修井機(jī)避讓B側(cè)極限位置，則其距A側(cè)井口A區(qū)最近井口距離為12.6 m。當(dāng)鉆井船在平臺(tái)B側(cè)就位時(shí)，修井機(jī)需要在平臺(tái)A側(cè)避讓。如圖4所示，當(dāng)鉆井船需要鉆B側(cè)井口B區(qū)最內(nèi)側(cè)一排井時(shí)，修井機(jī)在平臺(tái)A側(cè)的極限避讓位置。在平臺(tái)吊機(jī)的吊臂下方凈空間不小于11 m時(shí)，若修井機(jī)避讓A側(cè)極限位置，則其距B側(cè)井口B區(qū)最近井口距離為10.5 m。總之，當(dāng)鉆井船在一側(cè)就位時(shí)，修井機(jī)模塊在另一側(cè)避讓，雙井口區(qū)之間留出了足夠的安全距離。

圖4 鉆井船B側(cè)就位時(shí)修井機(jī)避讓位置示意圖Fig.4 Collision avoidance location of workover rig when the drilling ship is on side B

2 方案技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

該新型四腿平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的最大技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)在于，在渤海地區(qū)首次實(shí)現(xiàn)了該規(guī)模井口平臺(tái)具備以下全部功能，而不需像以往項(xiàng)目犧牲某方面的利益：(1)全部32個(gè)井槽均可使用渤海常規(guī)鉆井船后期鉆調(diào)整井或側(cè)鉆，且無(wú)一單筒雙井；(2)帶40人生活樓及直升機(jī)甲板[8]；(3)帶修井機(jī)；(4)四腿導(dǎo)管架；(5)上部組塊海上一吊安裝。

這種創(chuàng)新性雙井口布置有以下主要優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)了一吊完成海上安裝，大大節(jié)省工程投資；(2)避免了類似規(guī)模的四腿井口平臺(tái)鉆完井的局限性；(3)不需采用單筒雙井方案；(4)鉆井時(shí)，不需要非常規(guī)大尺度懸臂梁鉆井船，中海油自己的常規(guī)鉆井船完全滿足要求；(5)井槽區(qū)采油樹(shù)排列規(guī)則，后期操作比較便利。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)及解決措施

如前所述，該平臺(tái)修井機(jī)在鉆井船就位后可能無(wú)法安全避讓，存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。新型井口平臺(tái)為了實(shí)現(xiàn)AB兩側(cè)都能滿足鉆井船停靠鉆井要求，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)考慮，并解決了關(guān)鍵問(wèn)題。

(1) 滿足鉆井船就位后懸臂梁的空間要求。以往平臺(tái)上有兩個(gè)井口區(qū)的布置設(shè)計(jì)時(shí)，一般用在浮托平臺(tái)上(一般是八腿導(dǎo)管架)，兩個(gè)井口區(qū)之間的距離非常大，互相沒(méi)有影響。此次雙井口區(qū)要布置在四腿井口平臺(tái)上，井口區(qū)之間的距離就成了敏感因素。如果距離很大，會(huì)影響整個(gè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)重量和吊裝方式，最終影響投資。如果距離很小，由于井口平臺(tái)上還設(shè)置了修井機(jī)模塊，鉆井船在一側(cè)就位作業(yè)時(shí)，會(huì)與修井機(jī)模塊發(fā)生碰撞，輕則無(wú)法作業(yè)，重則損壞設(shè)備。

常規(guī)40英尺(1英尺≈30.48 cm)鉆井船懸臂梁至少長(zhǎng)8 m，45英尺懸臂梁長(zhǎng)達(dá)8～10 m，因此鉆井船在平臺(tái)一側(cè)就位時(shí)，平臺(tái)另一側(cè)的修井機(jī)模塊不能與鉆井船的懸臂梁發(fā)生碰撞，應(yīng)保持至少1 m左右的安全距離。因此，平臺(tái)上兩個(gè)井口區(qū)之間至少保持8 m的間距。目前為了能滿足45英尺的鉆井船進(jìn)行鉆完井作業(yè)的要求，平臺(tái)上兩個(gè)井口區(qū)之間的距離至少達(dá)到10.2 m。

(2) 滿足鉆井船和修井機(jī)在平臺(tái)同時(shí)就位的最小距離要求。平臺(tái)上設(shè)置了修井機(jī)模塊，在鉆井船就位時(shí)，兩者需要避讓。由于平臺(tái)空間有限，修井機(jī)只能沿平臺(tái)AB向的滑軌避讓。此外平臺(tái)只在A側(cè)設(shè)置了單側(cè)吊機(jī)，修井機(jī)在吊機(jī)側(cè)避讓時(shí)，還要考慮避免和吊機(jī)臂發(fā)生碰撞。因此本平臺(tái)在沒(méi)有吊機(jī)的B側(cè)按照常規(guī)鉆井船一次就位覆蓋最大井?dāng)?shù)20口井進(jìn)行設(shè)計(jì)，其余12口井設(shè)置在平臺(tái)A側(cè)，并且平臺(tái)上層甲板的滑軌向A側(cè)外延一段距離，從而滿足修井機(jī)和鉆井船同時(shí)在平臺(tái)就位的最小距離要求。

(3) 解決了吊機(jī)、修井機(jī)和鉆井船三者碰撞問(wèn)題。以往井口平臺(tái)井口區(qū)布置在一側(cè)，吊機(jī)在另一側(cè)[9]，因此基本不會(huì)出現(xiàn)鉆井船、修井機(jī)和吊機(jī)互相碰撞的情況。但由于本平臺(tái)設(shè)置了兩個(gè)井口區(qū)，兩井口區(qū)之間距離較近，同時(shí)平臺(tái)上還設(shè)置了常規(guī)吊機(jī)，因此上述三者的碰撞問(wèn)題變成了敏感問(wèn)題。

這里主要考慮兩處的避讓問(wèn)題：一個(gè)是吊機(jī)休息臂和修井機(jī)模塊的碰撞；另一個(gè)是當(dāng)鉆井船在吊機(jī)側(cè)就位時(shí)，懸臂梁與吊機(jī)的碰撞。

修井機(jī)在吊機(jī)側(cè)(平臺(tái)A側(cè))最外側(cè)避讓鉆井船時(shí)，修井機(jī)模塊上部作業(yè)設(shè)備可能與吊機(jī)臂發(fā)生碰撞，導(dǎo)致吊機(jī)臂無(wú)法放置在休息臂上。經(jīng)過(guò)計(jì)算后，如圖3所示將吊機(jī)休息臂設(shè)置在修井機(jī)模塊邊界和平臺(tái)上層甲板的邊緣處，有效解決了吊機(jī)臂休息的問(wèn)題。

另外，由于四腿平臺(tái)上層甲板面積比較小，鉆井船在吊機(jī)側(cè)(平臺(tái)A側(cè))就位時(shí)，鉆井船的懸臂梁和吊機(jī)操作臺(tái)之間可能發(fā)生碰撞。設(shè)計(jì)人員采取的解決辦法是：在管子堆場(chǎng)區(qū)增加一處吊機(jī)休息臂。當(dāng)鉆井船在吊機(jī)側(cè)(平臺(tái)A側(cè))就位時(shí)，吊機(jī)操作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°，將最短邊面向鉆井船懸臂梁，保證吊機(jī)操作臺(tái)和鉆井船懸臂梁至少1 m的安全距離。此外，平臺(tái)上的兩個(gè)休息臂只設(shè)置固定基座，休息臂上部做成可拆卸移動(dòng)式，平臺(tái)無(wú)需準(zhǔn)備兩處吊機(jī)休息臂的放置空間，同時(shí)也提高了休息臂的使用率。

(4) 優(yōu)化管子堆場(chǎng)的空間布置。由于設(shè)置了兩個(gè)井口區(qū)，管子堆場(chǎng)也相應(yīng)設(shè)置了兩個(gè)，中間空出的區(qū)域還可以放置修井設(shè)備，空間不浪費(fèi)。

(5) 優(yōu)化上層甲板布置，保證中下層甲板吊貨區(qū)的正常作業(yè)。由于修井機(jī)的避讓，導(dǎo)致上層甲板外延；鉆井船就位后，兩者之間需要預(yù)留一段安全距離。所以本平臺(tái)上層甲板面積已經(jīng)大于一般平臺(tái)上層甲板面積。此外，結(jié)構(gòu)因素導(dǎo)致平臺(tái)的中層和下層甲板的吊貨甲板不能向外延伸太多，這樣就無(wú)法布置中層和下層甲板的吊貨甲板，影響正常吊貨作業(yè)。

設(shè)計(jì)人員采取的解決辦法是經(jīng)過(guò)精確的結(jié)構(gòu)計(jì)算后，在上層甲板結(jié)構(gòu)滿足修井機(jī)荷載重量之后，將上層甲板A側(cè)的兩個(gè)修井機(jī)滑軌之間開(kāi)凹型槽，同時(shí)將中層和下層甲板上的吊貨甲板設(shè)置在凹型槽正下方，保證中層和下層甲板正常的吊貨作業(yè)。

(6) 解決了平臺(tái)結(jié)構(gòu)偏心問(wèn)題。如果單側(cè)布置井槽可能導(dǎo)致平臺(tái)結(jié)構(gòu)偏心嚴(yán)重。本平臺(tái)采取井槽區(qū)AB兩側(cè)分布，結(jié)構(gòu)偏心情況好轉(zhuǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

新型井口平臺(tái)的創(chuàng)新布置解決的關(guān)鍵技術(shù)難題在于：以獨(dú)立存在的四腿井口平臺(tái)的規(guī)模，實(shí)現(xiàn)了原先只有通過(guò)新建六腿甚至八腿井口平臺(tái)、或者通過(guò)棧橋連接依托已建設(shè)施而新建的井口平臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)20口井以上數(shù)量的油田開(kāi)發(fā)模式。此外，采用中海油自己的鉆井船就能實(shí)現(xiàn)后期對(duì)平臺(tái)上所有井槽的調(diào)整井作業(yè)，而不需要?jiǎng)佑么蟪叨葢冶哿恒@井船，從而滿足要求的鉆井船資源充足，優(yōu)化了投資預(yù)算。

新型井口平臺(tái)還具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：(1)可以作為超過(guò)20口井槽的獨(dú)立井口平臺(tái)的開(kāi)發(fā)模式樣本；(2)如果將南北兩個(gè)井口區(qū)四個(gè)角的單井改為單筒雙井的方案，則該規(guī)模的平臺(tái)可擴(kuò)展鉆井?dāng)?shù)量達(dá)到42口，基本等同于一個(gè)中心平臺(tái)的可鉆井?dāng)?shù)目；(3)所有的井均可使用普通鉆井船作業(yè)，避免了單一資源對(duì)鉆井工期的限制。此外，新型四腿井口平臺(tái)已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家實(shí)用新型專利，并獲得專利證書(shū)。

總之，該新型四腿井口平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案是綜合考慮了多方因素后優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了邊際油田區(qū)塊開(kāi)發(fā)降本增效的目的，并且該設(shè)計(jì)可作為標(biāo)準(zhǔn)化模板，指導(dǎo)渤海以及我國(guó)其他海域井口平臺(tái)設(shè)計(jì)及邊際油田的開(kāi)發(fā)。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì). 海上固定平臺(tái)安全規(guī)則[S]. 2000.

[2] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋石油工程平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2007.

[3] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋石油工程設(shè)計(jì)概論與工藝設(shè)計(jì)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2007.

[4] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋石油工程安裝設(shè)計(jì)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2007.

[5] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋石油工程邊際油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2010.

[6] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋石油工程機(jī)械與設(shè)備設(shè)計(jì)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2007.

[7] 中國(guó)海洋石油總公司. Q/HS 2007.1—2013. 海上石油平臺(tái)修井機(jī). 第1部分：設(shè)計(jì)發(fā)布[S]. 2013.

[8] 中國(guó)海洋石油總公司. Q/HS 4023—2011. 海洋石油直升機(jī)甲板起降規(guī)范[S]. 2011.

[9] 中國(guó)海洋石油總公司. SY/T 10003—1996. 海上平臺(tái)起重機(jī)規(guī)范[S]. 1996.

SafetyConsiderationsinLayoutDesignofFour-LegWellheadPlatformwithTwoWellheadAreas

WANG Hong-hong, WANG Kui-tao

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

At present, CNOOC's conventional independent four-leg wellhead platform cannot simultaneously meet the requirements of arranging 32 well slots, living quarter, and workover rig module, and using general drilling ship to carry out drilling and completion operations. To achieve all of the above functions, a new type four-leg wellhead platform with two wellhead areas is designed in Bohai oilfield development project. Considering that the space on the four-leg platform is limited, when the drilling ship is on site, there is potential risk of collision between the ship and the workover rig. Through risk identification for the layout plan of the wellhead platform, the layout design result successfully solves the problem, and allows reasonable rest for the platform crane. This platform has produced its first oil.

wellhead platform; four-leg platform; layout design; safety

2016-11-12

王紅紅(1969—)，女，高級(jí)工程師，主要從事安全評(píng)價(jià)相關(guān)工作。

U674.38+1

A

2095-7297(2016)06-0385-04