D90半潜式平台简介

新型半潜钻井平台D90韩明良，尹仕傲，李敬高，王媛媛（烟台来福士海洋工程有限公司，烟台264000）摘要：首先回顾了石油钻井平台的进化过程，然后分船舶和钻井两部分，介绍了新型第六代半潜钻井平台D90 的各系统的组成、作用、主要设计参数，也提及新的合拢工艺.0 引言随着世界油价的不但攀升和陆地原油不断枯竭，石油开采也从陆地一步一步向深水海洋发展，分别经过了从陆地钻井、潜入式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台到钻井船等几个阶段[1].海上钻井是在追踪陆地油田在海底延伸的过程中开始的.1920 年，美国在委内瑞拉的马拉开波湖进行石油普查钻井.到了上世纪60 年代末期，欧洲许多国家在北海海域陆续开始油气勘探，并使北海成为世界上油气勘探开发最活跃的地区；上世纪70 年代初，全世界有75 个国家在近海寻找石油，其中有45 个国家进行海上钻探，30 个国家在海上采油；上世纪80 年代，全世界从事海上石油勘探开发的国家或地区超过100 个.目前，世界各国在海上寻找石油、天然气的活动正在向深水、超深水发展.半潜平台的分级为6代，分级的最主要标准是作业水深.第5 代的作业水深在1 524 m（5000英尺）左右，第6 代则达到3 048 m（一万英尺）甚至更多.半潜石油钻井平台是高技术、高附加值、高投入和高产出的海上油田重要装置，是船舶工业和海洋工程工业的结合物.由于它包括船舶和钻井两部分，而造船的工程师往往不懂钻井，钻井的工程师往往不懂造船，所以海洋平台显得比较神秘.本文以新型第六代半潜钻井平台D90为例，予以系统的介绍，希望能对我国致力于海洋石油钻井平台工程方面的人士以参考.1 D90 半潜式钻井平台本体D90是半潜式钻井平台中的第六代，它的工作水深3048 m（截止到2008年7月1日，能达到这一水深的在建半潜式石油钻井平台世界只有3艘），入DNV船级社，船东是意大利的Saipem，平台服务于墨西哥湾，挂利比里亚国旗，计划交船日期是2009年11月5日.D90基本参数：平台总长115.0 m、型宽78.0 m、管架甲板高度42.4 m，浮筒长110.0 m、宽16.0 m、高11.6m，立柱长16.0 m、宽16.0 m、高22.0 m，上层平台长74.0 m、宽74.0 m、管架甲板长77.0 m、宽78.0 m，工作吃水23.6m，排水量52 932 t.工作环境温度-20℃~40℃，海水温度0℃~35℃.图1是D90平台的模型图.相比于钻井船，半潜式钻井平台的抗风浪能力、深水时稳性和人员的生活舒适性都是最佳的，D90的设计建造按照在风速70 kn和浪高14.5 m的环境下能正常工作.1.1 船体方面船体方面包括浮体、立柱和上层平台甲板.1）浮体提供浮力，保证整个平台要能半潜在海洋中.D90 浮体设计两个平行的浮筒，浮筒为简洁的长方形结构，只有首尾设计成圆弧型.浮筒的内部结构由若干个纵横隔舱组成，以保证其结构的水密性和强度，每个浮筒的纵中都设有管隧，管隧高度设计为2.44 m、宽度2.54 m.浮体内部分别布置有压载水舱、钻井水舱、饮用水舱、燃油舱、基油舱、泥浆舱、泵舱、锚链舱和推进器舱等.推进器舱每个浮筒设4个，且每端的推力器都错位布置，以达到减少互相干扰提高效率的目的.2）立柱一方面是将上层平台支撑在浮体上，另一方面在平台处于半潜状态时，提供一定的水线面，使平台获得稳性.D90 设计为四根立柱，除常规的设有管路和电缆外，每个立柱内都设有电梯和楼梯.左右立柱间分别安装两个圆桶撑杆，撑杆内部进行结构加强.3）上层平台甲板在水面以上，布置着几乎全部钻井机械，平台操作设备，物资储备和生活设施.包括主甲板、中间甲板、管架甲板、第四甲板、第五甲板和直升飞机平台甲板.（1）主甲板和中间甲板主要布置发电机组及相关配套系统设备，液压动力单元、水泥、泥浆、盐水和重晶石等舱室.（2）管架甲板的中心设计为钻井月池，长42 m，宽8 m，月池上安装钻塔，围绕钻塔的工作区，统称钻井区，包括钻杆套管（RISER）存放区，采油树存放区、采油树行吊，防井喷装置（BOP）存放区、防井喷装置行吊和相关舱室；钻杆的存放区、相关吊车，以及钻井工具存放区.（3）管架甲板、第四甲板和第五甲板布置有上层建筑，主要为三层生活区，定员160 人.上层建筑在艏部左右对称布置，远离钻井区和机舱，设计为一人或两人间，力求安全、舒适和人性化.另外为平台工作用的会议室、海图室、无线电室和控制室等也布置在上层建筑内.上层建筑上部还设计有直升飞机平台，飞机平台按满足M18 直升飞机和EH101 直升飞机的起降设计.（4）救生设备：设计有四个全封闭柴油驱动的救生艇，能够达到320 人的救生需要，分别布置在平台的艏艉，14 个容量为25 人的救生筏，还有足够的救生圈和救生衣等，另外配备了满足SOLARS 要求的一艘6 人快速搜救艇，安放在船尾.还有其他满足平台要求的烟火探测和灭火设施.1.2 轮机方面轮机方面包括柴油发电机组及辅助系统、其他系统和推进器.1）柴油发电机组选用八台瓦锡兰柴油机，机舱数目设为4个，这样的设计可以有利于降低总装机容量和单个发电机的容量，提高安全性，保证满足DP-3的要求.2）辅助系统包括启动和控制用压缩空气、进排气、燃油、滑油、冷却水和自动控制系统等.燃油系统采用4台螺杆泵，每台容量40 m3/h.3）船舶其他系统包括压载水、舱底水、锅炉、消防和通风空调系统.4）推进器选用8 台全回转电驱动不可伸缩的定距桨，每台桨包含4个叶片，功率4.3MW，每台有独立的液压动力单元控制，能够满足平台的工作需要.1.3 电气方面动力装置采用8 台发电机组并车运行的模式，每台容量5 400 kW，11 000 V，60 Hz，720 r/min，0.8 pF.配电板分为11 000 V屏、690 V 屏、440 V屏、230 V屏和钻井设备专用屏.本平台采用ALSTOM提供的DP-3 模式，即动力定位系统，它由计算机控制，可以使钻井平台在水中不管风、浪和水流有多大，都始终保持在一个位置上，相对于DP-2，DP-3 提高了动力定位的冗余，保障单个故障情况下的平台定位要求，对钻井作业的安全性、可靠性和作业效率非常有利.1.4 舾装方面采用2 台主钩100 t、辅钩15 t的50 m长吊臂的360°旋转式吊车，安装在平台的左右舷侧正中它不仅满足供应要求，也能够有能力执行起吊所有螺旋桨的功能.锚泊系统为4 台双鼓绞车.平台另外还装有一套拖曳设备.2 D90 的钻井设备、工作流程及各系统的作用D90 石油钻井平台配备了目前最先进的钻井设备和液压双塔系统，既能深水钻井又有较高的作业效率.包括钻井、管路操作、泥浆泵、钻井水和水泥系统，仪表与司钻房、井控设备、测井设备和采油树等1）钻井系统的核心是钻井塔，塔高55.3 m，拥有所有的钻井功能，主要包括钢结构井架、绞车、天车、游车、顶驱装置、泥浆直管、水泥直管、液压管路、正常照明和航空警告灯等.钻井动力上部来自两台液压顶驱装置，下部动力来自主甲板安装的旋转平台，平台既可以顺时针也可以逆时针旋转，旋转平台由两台液压泵驱动，每台扭矩46 kN·m，转速0~20 r/min.双塔钻井系统的工作流程：主系统首先采用36in钻头，当钻井深度在150 ft~400 ft左右，主系统钻头退出，辅系统下放30 in套管，套管到位后，启动水泥系统将套管固定；主系统改用26 in钻头，当钻井深度在500 ft~1 500 ft左右，主系统钻头退出，辅系统移动BOP防井喷装置并与RISER管相连，主系统下放20 in套管，套管到位后，启动水泥系统将套管固定，辅系统下放并安装BOP，随后安装RISER管缩紧定位装置；主系统改用17½英寸钻头，当钻井深度在2 000 ft~4500 ft 左右，主系统钻头退出，辅系统下放13⅜in套管，套管到位后，启动水泥系统将套管固定；主系统改用12¼in钻头，当钻井深度在5 000ft~12 000 ft左右，钻头退出，辅系统下放9⅝ in套管，套管到位后，启动水泥系统将套管固定；钻井达到预定深度，停止钻井，下放安装采油树并安装相应管路开始采油作业.2）管路操作系统主要是垂直管路、水平管路和RISER管路操作系统.管路主要有三种：钻井管（下接钻头上连顶驱装置）、套管（由水泥固定在地下，钻杆在套管内工作）、RISER管（上连接平台、下通过BOP等与套管连接）、套管和RISER管共同组成密闭区域，使钻杆隔离了海水.D90管路系统的操作完全采用自动作业系统，钻井工程师只需在司钻房内通过手柄、触摸屏和显示屏进行钻井作业的监视和控制，用机械替代人的双手，用程序控制机械的动作，实现作业区域无人化.为了实现这一自动化，特增加了下列主要设备和系统：关节吊（吊装甲板上的钻杆）、猫道机（水平运输钻杆）、鹰吊（将钻杆从水平位置变为垂直位置）、垂直排管系统、铁钻工（钻杆拆/接）、鼠洞、液压动力卡瓦、防碰撞系统、CCTV系统和钻井视图等.3）泥浆泵系统的主要作用是为钻杆冷却和为钻头润滑，并防止其他液体进入钻孔.主要过程是由泥浆泵将泥浆池中的泥浆通过标准管路、软管和钻杆通道输送到钻头顶部，回流的泥浆经过振动筛过滤，进入沉淀舱、除沙脱气后，而后进入泥浆舱.D90 选用了四台AKMH产的泥浆泵，每台2 200HP.见图2.4）钻井水系统选用两台防爆离心泵，每台容量100 m3/h.5）水泥系统由两台驱动用柴油机，搅拌柜、管路、阀件和仪表组成.6）仪表与司钻房：司钻房设置在平台中心部位，内部布置舒适的工作环境，配备空调、太空座椅、监控和操作台，几乎是所有的钻井、泥浆、RISER管和油气探测信息等都能通过相关仪表和液晶屏幕监控，所有的操作都可以自动和手动两种操作模式.见图3.7）井控设备.包括BOP 的一整套防井喷设备.8）测井设备设有两套燃烧塔，塔的长度为84 ft，带燃烧头，内管和相关的控制器.燃烧塔通过铰链和平台甲板联系在一起，分别布置在艉部的左右.9）另外设计有6 个RISER管的拉紧和调节装置，它是可以抵抗波浪运动的升沉补偿装置，是D90 平台的关键设备，每套拉紧装置16.8 m，242 t.3 建造中的新工艺因为主甲板就高达35.40 m，每天12 层楼高以上的高空作业将给生产和安全造成很大的困难，为省时省力，建造时改革了常规的平台从下到上逐步合拢的方式，采取分上层平台甲板以上为上模块，浮体、立柱为下模块的两大模块的合拢工艺，此举完全颠覆了传统的造船合拢模式，将达到安全、高效、事半功倍的效果.另外，为进行此合扰工艺特别建造了世界上最大的门吊“泰山”，起吊能力达20 000 t.5 结束语本文对新型第六代半潜钻井平台D90 做了详细介绍，可以看出这个平台相比普通平台更加先进、系统更加复杂，设计建造要求更加严格.目前海洋能源正在全球化，类似的技术密集型的海洋工程产品正得到蓬勃的发展，拥有了这方面的经验和能力，就有充足的信心相信我国的造船业必然能取得更加骄人的成绩.。