海洋钻井平台井架安装工艺探讨郭健

海洋钻井平台井架安装工艺探讨郭健

郭健

太重（天津）滨海重型机械有限公司天津市300450

摘要：随着我国经济的发展，能源短缺问题日益突出。为走出这一困境，我国的石油勘探开发行业正朝着深海领域快速发展。对于海洋油田而言，其主要的组成部分就是海洋钻井平台。相对于陆地钻机而言，海洋钻机具有更加复杂的结构设计以及更加恶劣的工作环境。对于海洋钻机而言井架的安装将直接关系着海洋钻井平台的稳定性。本文首先对目前几种常见的海洋钻机井架的结构特点及其适应的工作环境进行了讨论分析，并对海洋钻井平台的井架安装工艺进行了详细的讲述和讨论分析。

关键字：海洋钻井平台；海洋井架；安装工艺

引言：据统计近10年来，全球总共开发的大型油田当中，有60％以上处于海洋当中。另外，在最近10年间，我国的新增石油产量其中53％来自海洋。伴随着海洋油气开采行业的高速发展，我国的海洋钻井技术、石油开采技术、海洋油气管道技术也得到了高速的发展。近年来我国在海洋钻井平台井架安装施工市场也在不断的开发和发展，每年新建的在建的海洋钻井平台的越来越多。对于海洋钻井平台而言，其结构、施工要求都不同于陆地井架，存在较大的区别，海洋井架的安装和施工对现场都具有较高的要求。因此，本文综合国内外相关的先进工程经验对海洋钻进平台的分类及其适用范围和特点进行了论述，并对自升式海洋钻井井架施工的结构组成以及安装和施工工艺进行探讨分析[1]。

1.海洋钻井平台分类

海洋的油田开采，都是基于海上钻井平台为基础开展作业的。海洋钻井平台是集装钻井、动力、通讯、导航等设备以及安全救生和人员生活设施，为一体的海上钻探井的结构物。海洋钻井平台的发展拥有较长的历史和发展过程，从最初的浅海已经发展到如今的数千甚至上万米的深度，伴随着这一过程钻井平台在形式上、数量上,以及平台的性能上都发生了质的飞跃和变化[1]。

众所周知，在海上环境是千变万化的，作业环境十分复杂。因此，对于海上钻井设备而言，必须要根据其具体的作业环境和地点进行专门的设计制造，以克服在海上作业的困扰。不同于陆地的油田钻井平台，海上钻井平台具有安全、成本较低、满足钻井、采油、测试等各项作业的特点。整体上来说，目前市场上的海上钻井平台的结构形式可以大致分为移动式平台和固定式平台两大类。而这两大类的钻井平台又可以细分为以下几种平台类型。

1.1固定式钻井平台

固定式钻井平台是是最为常见和应用最为多的一种钻井平台。对于固定式钻井平台而言，又可以大致分为桩基式、重力式、绷绳塔式、张力腿式等多种形式。通常来说，固定式平台的自身结构并不复杂，正是由于这种相对简单的结构特性导致了固定式钻井平台具有钻井风险小、制造成本低、受海风海浪等环境因素影响小的特点,另外其应用范围也比较广，一般可以兼顾前期钻井以及后期采油等多个阶段。

1.2坐底式钻井平台

坐底式钻井平台又被称为钻驳或插桩钻驳式平台，这种平台的应用范围有限，通常被应用于深度小于30m以下的浅水域，同时对海底的基础的承载力和平坦度也具有较高的要求，因此这种平台发展缓慢。

1.3自升式钻井平台

自升式钻井平台由平台、桩腿和升降机构组，其升降方式主要为甲板升降式以及桩腿升降式两种升降模式。这种平台由于可以自由升降，因此不会受海底地形的限制，具有较好的移动性，同时由于其造价较低，而在我国的大多是海洋油田当中被采用。

1.4半潜式钻井平台

半潜式平台由上部工作甲板和下部为船体组成，上下部分之间通过支撑立柱连接。半潜式钻井平台本质上是由自升式钻井平台演变而来的，具有工作水深大，移动灵活的特点，但是由于其结构比较复杂，同时也具有造价较高，维持费用高的缺点。

1.5钻井船

钻井船是浮船式钻井平台不同于半潜式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。通过船舶的锚泊或动力定位系统来进行定位钻井。

2.自升式海洋钻井平台井架的结构特点和组成部分

海洋钻井平台使用自升式井架时需要的安装空间小，不用大型吊机配合安装，可利用钻台面的绞车完成井架的起升工作。并且井架可进行模块化设计，实现拆装快速化及海运方便等优点，节省了作业资源、工期和费用。目前这种井架已在9000米钻深的海洋钻井平台得到应用。但是这种井架的整体刚度和稳定性相对较差，而且它的结构域陆地钻机的井架结构相似，立根盒位于井架空间的外面，影响司钻观察坡道上的作业情况。海上作业环境对井架的防腐蚀性要求高，这种模块化设计的井架要求进行防腐措施，对井架的各模块设计的尺寸有限制要求，因此对于海洋的特深井钻机来说，使用自升式井架还要从结构稳定性，制造工艺性及安装效率等几方面综合考虑。

一般而言海洋自升式钻井井架对结构要求较高。因此通常都会采用高强度或特殊钢材桁架式结构来提高整体强度和稳定性。自升式井架的结构之间通常采用高强度的结构螺栓连接，在井架的安装建造过程中具有大量的质量控制点，施工难度较大，施工周期长，安装工艺要求高等特点。

3.自升式海洋钻井平台井架安装施工工艺

对于海洋自升式钻井平台而言，其施工活动场地是很小的。这就需要对海洋钻井平台井架的安装工艺流程进行详细的规划和安排。目前采用较多的安装作业方法有场地单件吊装法、分段地面面装法、扒杆吊装法。单件吊装法是将井架部件逐一吊装，这种作业方法的主要适用范围是，一般适地面场地有限的场地。对于这种作业方法而言，具有安装精度较低以及施工速度慢的缺点。分段地面面装法，其施工模式为“分片地面组装，分段井架安装”，这种工艺能够快速完成场地安装工作要求，但是这种安装方法对场地和吊机具有较高的要求。扒杆吊装法，顾名思义是通过扒杆来完成完成井架部件逐件组装的吊装施工，这种施工方法比较适用于场地狭小，大型吊机受限严重的地方，通常被采用在井架在平台的安装作业当中。目前在我国，由于分段地面面装的施工方法具有施工速度快，吊装要求低，控制精度高等优点而被广泛采用，笔者根据自身多年的海洋井架安装施工经验对此法进行介绍和探讨[3]。

3.1分段地面面装施工工艺

海洋井架的分段地面面装的施工方的施工模式为“分片地面组装，分段井架安装”，这种方法一般将井架主体分三段进行地面整体组装，于此同时将井架天车及人字架作为一个整体在地面进行组装，最后的整体对接组装在悬臂梁上完成。

3.2螺栓的安装

对于井架的安装过程鹅软螺栓安装不可否认是最为关键的一个环节，一般在实际施工中，主要采用的施工方法为扭矩法和转角法两种，并根据实际情况选择合适的方法。最后并提供最终的螺栓紧固报告。

3.3井架校正作业方法

对于井架的校正的方法为天车中心应与转盘中心为于同一垂线上进行校正调整作业。

3.4顶驱导轨调整

顶驱导轨调整是井架安装中难度较大的一个环节。井架的安装对顶驱导轨调整的垂直度有很高的要求，特别是要与天车中心与井口中心的连线保持平行，在调整时，以天车中心与井口中心的连线为对中基准线，在井架校正作业完成后，对导轨进行井架前后和左右位置进行细致调整作业。

结束语

近年来，我国在海洋石油勘探和开采领域得到了飞速的发展。这这一过程当中，我国的海洋钻井平台的井架安装经验也得到了快速的积累和应用发展。对于海洋钻机而言井架的安装将直接关系着海洋钻井平台的稳定性。本文首先对目前几种常见的海洋钻机井架的结构特点及其适应的工作环境进行了讨论分析，并对自升式海洋钻井平台的井架安装工艺进行了详细的讲述和讨论分析。

参考文献

[1]向小荣，赵世刚，庞世强.海洋钻井平台井架应用及发展浅谈《机械研究与应用》,2015,28(6):192-194

[2]范晓，宋林松，段梦兰，等.实现离线操作的自升式平台钻台面改造设计[J].石油机械，2013，41(8):47－51.

[3]杨秋荣，范白涛，宋林松.钻井平台增加井口辅助作业平台可行性分析[J].石油矿场机械，2014，43(7):16－19.