坐底式鉆井平臺(tái)的研究與應(yīng)用

坐底式鉆井平臺(tái)的研究與應(yīng)用

為了加快渤海灣淺水區(qū)油氣勘探和開發(fā)，中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司決定建設(shè)“3中海3”固定井平臺(tái)。該平臺(tái)由708研究所設(shè)計(jì)，山海關(guān)船廠建造，于2007年5月交付使用。1無冰區(qū)網(wǎng)式井平臺(tái)，也稱旋底國際平臺(tái)圖4該平臺(tái)（圖1）為坐底式鋼質(zhì)非自航石油鉆井平臺(tái)，平臺(tái)結(jié)構(gòu)由沉墊、上平臺(tái)和中間支柱三大部分組成。平臺(tái)尾部設(shè)有7.2m長的固定式懸臂梁和12m寬的井口槽。鉆機(jī)可以縱向和橫向移動(dòng)，平臺(tái)一次坐底可以打16口以上叢式井。該平臺(tái)適用于泥砂質(zhì)或淤泥質(zhì)地基表面承載能力很低（泥面以下1m處的地基許用承載力40kPa）的海域，在無冰區(qū)進(jìn)行鉆井或試油、修井作業(yè)。在平臺(tái)首部設(shè)有3層生活樓，可供110人居住。樓頂設(shè)直升飛機(jī)平臺(tái)。主要技術(shù)參數(shù)：該平臺(tái)入CCS船級。設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范和規(guī)則主要有：《海上移動(dòng)式平臺(tái)與建造規(guī)范》、《海上移動(dòng)式平臺(tái)安全規(guī)則》、《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》、《海上石油作業(yè)安全管理規(guī)定》、《中華人民共和國防止船舶污染海域管理?xiàng)l例》以及《中華人民共和國海洋石油勘探開發(fā)環(huán)境保護(hù)條例》等。2現(xiàn)場強(qiáng)化平臺(tái)設(shè)計(jì)(1)坐底式鉆井平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)比較簡單，投資較小，建造周期較短等優(yōu)點(diǎn)，特別適合在水深淺，海床平坦的淺海區(qū)域進(jìn)行油氣勘探開發(fā)作業(yè)。(2)沉墊型深僅3m，相對沉墊的長度和寬度而言尺度很小，這種薄型沉墊有利于防沖刷。(3)設(shè)置抗滑樁4根，長度為25.3m，最大插深8m，能有效增加抗滑能力，防止平臺(tái)產(chǎn)生滑移。(4)尾部設(shè)計(jì)有固定懸臂梁，長度7.2m，井口槽寬12m，擴(kuò)大了鉆井作業(yè)范圍，平臺(tái)一次坐底可以打16口以上叢式井。(5)鉆臺(tái)下面四角設(shè)置調(diào)平油缸，在平臺(tái)產(chǎn)生傾斜時(shí)能調(diào)整鉆臺(tái)水平度，使鉆井作業(yè)得以正常進(jìn)行。(6)沉墊底部安裝噴沖頭，用于破壞粘結(jié)力和吸附力，以便沉墊起浮。(7)采用交流變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。具有無級調(diào)速的鉆井特性，可提高鉆井效率；柴油發(fā)電機(jī)組始終運(yùn)轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)，節(jié)能降耗效果明顯；隨著功率因素的提高，可節(jié)省無功功率，降低壓降和線損，減少輸電容量；簡化了傳動(dòng)及控制系統(tǒng)，減少了設(shè)備重量，安裝調(diào)整較為容易。(8)采用數(shù)字化控制。發(fā)電機(jī)采用全數(shù)字化矢量控制，速度調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，有功無功可以自動(dòng)均衡，多機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同步，方便操作及維護(hù)，安全可靠性有較大提高。采用現(xiàn)場總線技術(shù)，可將鉆機(jī)動(dòng)力、傳動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程顯示操作，司鉆操作達(dá)到智能化。(9)平臺(tái)設(shè)施齊全，可獨(dú)立完成鉆井、測井、固井、試油及完井作業(yè)。(10)自行設(shè)計(jì)建造，除柴油發(fā)電機(jī)組和部分電控設(shè)備外，均采用國產(chǎn)設(shè)備。3“3”采用的關(guān)鍵技術(shù)3.1防止沖刷和匹沉墊坐落海底后，水流作用產(chǎn)生沖刷和淘空，嚴(yán)重時(shí)造成平臺(tái)傾斜，甚至滑移。如何采取措施防止沖刷和淘空成為坐底式平臺(tái)的一個(gè)關(guān)鍵問題。該平臺(tái)采用薄沉墊，并在沉墊四周1.2m以上做成45°斜坡，使水流比較順暢的通過，以減少?zèng)_刷和淘空。3.2抗滑樁平臺(tái)的設(shè)計(jì)坐底平臺(tái)需承受風(fēng)、浪、流作用產(chǎn)生的巨大的水平載荷，僅靠沉墊底面與海底產(chǎn)生的摩擦力和粘結(jié)力是不夠的。為了抵抗水平載荷以防止滑移，該平臺(tái)在四角的端立柱內(nèi)各設(shè)置一根截面尺寸為2m×1.3m的抗滑樁，樁長25.3m，最大插深8m。用液壓插銷式升降裝置升降。每根樁最大可產(chǎn)生抗滑力300多噸，能有效抵抗滑移。3.3同-垂線同-垂線壓力海床坡度和沉降不均勻會(huì)造成平臺(tái)傾斜，為了使天車、游車、轉(zhuǎn)盤3點(diǎn)保持在同-垂線上，該平臺(tái)在鉆臺(tái)下面四角各設(shè)置一只液壓調(diào)平油缸，缸徑400mm，推力1864kN，油缸柱塞端部為球形結(jié)構(gòu)。調(diào)平油缸可以調(diào)整鉆臺(tái)傾角1°，調(diào)平工作完成后油缸用卡箍鎖緊，以確保安全。3.4水起浮時(shí)發(fā)生困難坐底平臺(tái)沉墊與海底土壤產(chǎn)生粘結(jié)力和吸附力，使平臺(tái)排水起浮時(shí)發(fā)生困難。為了解決此問題，在沉墊底部設(shè)計(jì)安裝了若干個(gè)回轉(zhuǎn)噴沖頭，起浮前先用低壓頭大排量的水流破壞沉墊底部的粘結(jié)力和吸附力，使沉墊起浮變得容易。3.5交流頻域中斷第一次在我國自行設(shè)計(jì)建造的海洋鉆井平臺(tái)上采用交流變頻驅(qū)動(dòng)，在沒有經(jīng)驗(yàn)的情況下，攻克難關(guān)，取得了成功。4渤海灣鉆孔“中油海3”號坐底式鉆井平臺(tái)已于2007年6月在渤海灣南堡油田開鉆，當(dāng)年打完3口探井，并于2008年與澳大利亞RocOil公開合作在渤海灣進(jìn)行鉆探作