超深水半潛式鉆井平臺(tái)雙井架鉆機(jī)關(guān)鍵作業(yè)工藝分析

王安義 楊秀菊 樊春明 張 鵬 劉志桐

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司 寶雞721002；2.國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心 寶雞721002）

引 言

超深水半潛式鉆井平臺(tái)已發(fā)展到第七代，典型指標(biāo)為作業(yè)水深達(dá)3 660 m，鉆深達(dá)15 250 m，在系統(tǒng)配置方面的重要特征是配置雙井架鉆機(jī)［1］。雙井架鉆機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)主要是并行作業(yè)和協(xié)調(diào)作業(yè)，由此帶來的雙井架鉆機(jī)關(guān)鍵作業(yè)工藝都不同于常規(guī)鉆機(jī)（即單井架鉆機(jī)）。雖然國(guó)外雙井架鉆機(jī)應(yīng)用相對(duì)成熟［2-4］，但國(guó)內(nèi)對(duì)配置雙井架鉆機(jī)的海洋鉆井平臺(tái)研究甚少，對(duì)雙井架鉆機(jī)的關(guān)鍵作業(yè)工藝的研究同樣很少。為此，結(jié)合國(guó)家工信部“第七代超深水鉆井平臺(tái)（船）創(chuàng)新專項(xiàng)”—“鉆井包集成及部分關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用研究”項(xiàng)目，研究適合超深水半潛式鉆井平臺(tái)的雙井架鉆機(jī)關(guān)鍵作業(yè)工藝，對(duì)鉆機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵裝備的選型具有指導(dǎo)意義。

雙井架鉆機(jī)作業(yè)工藝需要根據(jù)鉆機(jī)的布置不同進(jìn)行具體分析，主要包括鉆桿、套管以及隔水管處理工藝和雙井口鉆機(jī)并行/協(xié)同作業(yè)工藝流程。

1 雙井架鉆機(jī)布置方案

雙井架鉆機(jī)鉆井工藝流程復(fù)雜，多任務(wù)并行操作。涉及鉆桿/套管處理作業(yè)、隔水管處理作業(yè)、BOP和采油樹處理作業(yè)、隔水管張緊系統(tǒng)等。

該鉆機(jī)A、B井口中心距為18 m，右舷為A井口鉆機(jī)，左舷為B井口鉆機(jī)。鉆臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)正下方為月池，月池開口尺寸為42 m×9 m，在月池上方布置隔水管張緊系統(tǒng)及其導(dǎo)軌，張緊系統(tǒng)可以在A、B兩井口之間沿導(dǎo)軌來回滑動(dòng)。平臺(tái)右舷布置BOP處理系統(tǒng)，平臺(tái)左舷布置有采油樹處理系統(tǒng)，鉆臺(tái)后方（平臺(tái)首部）為隔水管立式存儲(chǔ)區(qū)和隔水管吊機(jī)，鉆臺(tái)前方（平臺(tái)尾部）為鉆桿/套管存儲(chǔ)區(qū)及折臂吊和貓道機(jī)，其中A井口前方貓道機(jī)既可以處理鉆桿/套管也可以處理隔水管，井架內(nèi)部布置立根盒、指梁和柱式排管機(jī)。在BOP下放之前，A井口前方貓道機(jī)將隔水管單根運(yùn)送至井口，在井口連接成雙單根立柱后，通過頂驅(qū)及隔水管滑道以及隔水管吊機(jī)排放至立式存儲(chǔ)區(qū)。雙井架鉆機(jī)具體布置如圖1、圖2所示。

圖1 雙井架鉆機(jī)布置立面圖

圖2 雙井架鉆機(jī)布置平面圖

從以上布置可以看出，鉆臺(tái)的前后左右4個(gè)方向形成鉆柱進(jìn)入?yún)^(qū)、隔水管進(jìn)入?yún)^(qū)、采油樹進(jìn)入?yún)^(qū)和BOP進(jìn)入?yún)^(qū)4個(gè)作業(yè)區(qū)域，整個(gè)鉆井作業(yè)可以從鉆臺(tái)的4個(gè)方向平行作業(yè)。

2 雙井架鉆機(jī)鉆桿、套管以及隔水管處理工藝

鉆桿、套管處理設(shè)備主要包括抓管機(jī)、貓道機(jī)、柱式排管機(jī)和鐵鉆工。為實(shí)現(xiàn)雙井架鉆機(jī)并行作業(yè)，2套處理設(shè)備分別布置于A、B兩個(gè)井口。

鉆桿處理工藝流程為：

（1）B井口前方抓管吊機(jī)將堆場(chǎng)內(nèi)3根鉆桿吊起，送入貓道機(jī)；

（2）貓道機(jī)將鉆桿輸送至B井口上方，柱式排管機(jī)提環(huán)下降提升鉆桿，柱式排管機(jī)機(jī)械臂夾持鉆桿并將其下放至井口坐在卡瓦上；

（3）同樣，柱式排管機(jī)提環(huán)下放提升第2根鉆桿，下放與第1根鉆桿中心對(duì)齊，鐵鉆工移動(dòng)到位將兩根鉆桿單根連接；

（4）柱式排管機(jī)提起雙根放入井口坐在卡瓦上；

（5）同樣，第3根鉆桿處理方式與第2根相似；

（6）3根立柱連接完成后由柱式排管機(jī)將立根提起，移動(dòng)到指梁存放。

小直徑套管作業(yè)工藝與鉆桿類似，套管經(jīng)貓道機(jī)輸送至鉆臺(tái)，頂驅(qū)提升放入轉(zhuǎn)盤，鐵鉆工對(duì)接緊扣后，直接下放；大直徑套管作業(yè)需要排管機(jī)機(jī)械臂扶持。

上述鉆桿、套管處理工藝流程在B井口鉆機(jī)進(jìn)行，此時(shí)A井口鉆機(jī)可進(jìn)行隔水管立根連接。

隔水管處理設(shè)備主要包括貓道機(jī)、低位扶正臂、隔水管滑槽、隔水管吊機(jī)、托車、指梁。處理工藝流程為：

（1）平臺(tái)吊機(jī)提升隔水管單根至貓道機(jī)；

（2）貓道機(jī)輸送隔水管單根至A井口上方；

（3）頂驅(qū)將隔水管單根吊起，低位扶正臂配合，使其坐在井口隔水管卡盤上；

（4）同樣，第2根隔水管單根與第1根相似；

（5）頂驅(qū)提升第2根隔水管單根至第1根正上端，低位扶正臂配合，將其連接成立根；

（6）頂驅(qū)提升隔水管立根，低位扶正臂配合，將立根送至隔水管滑槽；

（7）隔水管吊機(jī)吊起隔水管立根，在底部托車的配合下，將立根排放至指梁。

3 雙井架鉆機(jī)鉆井作業(yè)工藝流程分析

目前，單井作業(yè)是超深水半潛式鉆井平臺(tái)的主要方式［5］，在進(jìn)行單井鉆井時(shí)，雙井架鉆機(jī)可以并行組裝和拆卸井下組件、鉆具和管子立根，還可以在鉆表層時(shí)下放套管及防噴器等。通過A、B井口鉆機(jī)及平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)的相互配合，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)井口鉆機(jī)的并行作業(yè)工藝流程。

以目標(biāo)平臺(tái)作業(yè)水深3 660 m、鉆深15 250 m，井身結(jié)構(gòu) 42″×30″×24″×17-1/2″×12-1/4″為例，介紹單井鉆井作業(yè)基本施工工序，其具體作業(yè)工藝流程如表1所示。

表1 雙井架鉆機(jī)鉆井作業(yè)工藝流程

續(xù)表1

續(xù)表1

從上述分析可知，A井口鉆機(jī)與B井口鉆機(jī)在隔水管和防噴器安裝前、后兩個(gè)階段處于并行作業(yè)流程。隔水管和防噴器安裝前，A井口鉆機(jī)進(jìn)行下36″導(dǎo)管并固井、下26″表層套管并固井、下20″技術(shù)套管、下放防噴器和采油樹。而此時(shí)B井口鉆機(jī)正在進(jìn)行鉆42″井眼、30″井眼、24″井眼、下放20″技術(shù)套管并固井。拆卸隔水管和防噴器時(shí)，A井口鉆機(jī)進(jìn)行回收隔水管和防噴器，B井口鉆機(jī)正在進(jìn)行采油樹安裝和試油作業(yè)。

在防噴器安裝、測(cè)試結(jié)束后，A井口鉆機(jī)按順序進(jìn)行鉆井作業(yè)。此時(shí)B井口鉆機(jī)在準(zhǔn)備立根和小尺寸套管或處于待機(jī)狀態(tài)。

4 結(jié) 語

（1）鉆桿、套管處理工藝與立根盒的布置位置有關(guān)，隔水管處理工藝與隔水管的布置形式有關(guān)。因此，不同的雙井架鉆機(jī)布置方式對(duì)應(yīng)不同的鉆桿、套管以及隔水管處理工藝。

（2）從雙井架鉆機(jī)鉆井作業(yè)工藝流程分析可知，其配置的雙井架作業(yè)鉆機(jī)在隔水管和防噴器安裝前、后兩個(gè)階段處于并行作業(yè)流程，可明顯提高作業(yè)效率。

（3）所探討的超深水半潛式鉆井平臺(tái)雙井架鉆機(jī)作業(yè)工藝流程是基于特定的井深結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的，對(duì)于不同的井深結(jié)構(gòu)應(yīng)依據(jù)具體的鉆井井眼參數(shù)、鉆柱組合、套管規(guī)格等進(jìn)行作業(yè)工藝流程設(shè)計(jì)。

（4）所探討的超深水半潛式鉆井平臺(tái)雙井架鉆機(jī)作業(yè)工藝流程分析可用于指導(dǎo)A、B兩井口鉆機(jī)作業(yè)過程的載荷計(jì)算，從而為雙聯(lián)井架的設(shè)計(jì)計(jì)算提供最大靜載荷的輸入。