浅水超多井槽导管架井口平台设计探讨

石油工程建设　工程设计Ｉ　浅水超多井槽导管架井口平台设计探讨　刘明，侯金林，谭越　中海油研究总院，北京１　０００２７　ｄｏｉ：１　０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１　００１－２２０６．２０１　４．０４　００８　摘要　对于钻井密度不断加大的海洋油气田开发，采用超多井槽平台可能成为经济性更优的方案。文章探究了超多井槽平台　的主要配置，对比了井槽集中式布置与分离式布置的优缺点，进行了平台总体布置的选型。结合总体形式和平台尺　度，从结构设计角度研究了该类平台的构造特点与设计要求，并就其对钻井、海上施工等的影响及解决措施进行了分　析。结合设计实例进行了在位和施工的计算分析，得到了该类平台的结构受力特点，并针对桩基支反力差异、吊装重　心偏移等特点提供了解决方案。最后，从平台整体规划、专业统筹布置、结构差异化设计等方面提出了应用超多井槽　平台的建议，并总结了该类平台的应用范围和注意事项。　关键词　Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｍｏｒｅ　ｗｅｌｌｓ，ｉｔ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｍｏｒｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗｉｔｈ　ｍａｓｓｉｖｅ　ｗｅｌｉ　ｓｌｏｔｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗｉｔｈ　ｍａｓｓｉｖｅ　ｗｅｌｌ　ｓｌｏｔｓ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｗｅｌＩ　ｓｌｏｔ　ｚｏｎｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ　ａ　ｒｅ　ｃｏｍｐａ　ｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉＳ　ｇａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｏｕｔｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｍａｉｎ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｕｃｈ　ｐｌａｔｆｏｒｍｓ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ａｎｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ。ｔｈｅ　ｉｎ－ｐｌａｃｅ　ａｎｄ　ｐｒｅ—ｓｅｒｖｉｃｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｅｘｅｃｕｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｐｉｌｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙ　ａｎｄ　ｈｏｉｓｔｉｎｇ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｃｅｎｔｅｒ　ｓｈｉｆｔ　ａ　ｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｏｎ　ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｇｅｎｅｒａｌ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｃｏｐｅ　ａｎｄ　ｎｏｔｉｃｅｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｗｅｌｌｈｅａｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｍａｓｓｉｖｅ　ｗｅｌｌ　ｓｌｏｔｓ；ｆｌａｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　水深却仅为１　６．１　ｍ。该平台的形式与结构设计呈现了典　型的区别于以往常规井数井口平台的特点，是超多井槽　据统计，国内现有单个固定式平台中井槽数量最多　为５Ｏ口。其中，井槽数量较多的平台主要集中在相对　井口平台设计的新探索。　较浅的海域，比如渤海湾、涠洲湾，这主要是基于地质　构造、油藏特征及单井成本较低等原因。近年来，随着　油气田开发井密度的加大，增加单个平台井槽数量逐渐　成为油气田开发的一种趋势。目前正在建造的渤海某井　口平台，井槽数量大幅超过已建平台，达到了８８口，　在海洋工程领域，对井口平台的井槽数量并没有统　一的要求，通常是根据油气田开发、钻采、回注以及预　留的规划方案以及工程设施，综合技术可行性、安全生　产和投资经济性等多方面的要求，确定油气田开发的平　第４Ｏ卷第４期３３■＿　＿工程设计　建８８井槽井口平台的方案。　１．１　主要配置　石油工程・建设　（千）　一台数量、平台位置及单个平台所需配置的井槽数量。经　过多方面的研究比选，渤海某油田的开发最终选择了新　酱　ｔ　６－｛ｅＯ－－特ＬＩｅ。０－　；｛　◆　寸　Ｉ●　童　Ｉ　Ｉ　靠船面　、◆卜．Ｏ－Ｉ●◆　●　●　●卜．　、、　●　【’　霉皇ｌ里　ｌｒ，６　．　　Ｉ｝　Ｉ　　Ｉ基于选定的８８井槽井口平台方案，进一步确定了　以下主要配置：　一　Ｔｆ　９＂Ｊ’０－　曙　Ｊ　ｒ’ｈ．　　、　１．０１－ＩＩ，●ｈ．ｔ　０－１０．　０－Ｉ，０　Ｏ－Ｉ－Ｏ　６－！ｏ、　ｒ　、　中＿’　＿呷，ｌ，ｒｌ’．　Ｉ、Ｉ　靠船面　（１）模块钻机。由于井槽数量很多，平台钻井、修　井与后期调整的工作量大，配备一次性投资较高而后期　运行费用大幅低于钻井船的模块钻机，综合经济效益非　常显著，模块钻机的主要模块位于井槽区及其临近区。　（２）工作房间。由于井槽数量众多，与生产配套　的开关柜、电潜泵控制、电潜泵变压器的数量比常规井　口平台更多，开关间、电潜泵控制间及电潜泵变压器间　的面积也比常规平台更大，分别为２２４、３０１、３５０　ｍｚ。　（３）生活楼。由于该平台毗邻中心平台且有栈桥　连接，可与中心平台共用生活楼，故而未单独设置生活　楼。但对于不具备共用条件的超多井槽数量的井口平　台，为满足模块钻机作业人员和平台工作人员的居住需　求，至少需要配置一座能容纳９Ｏ人的生活楼。　（４）导管架平台结构形式。尽管未配备生活楼，　但由于井槽数量多，井槽区面积大，平台配套工作房间　面积大，并基于危险区与安全区分列平台两侧的安全原　则，确定导管架采用８条主腿。　１．２井槽区布置　出于安全和逃生的考虑，导管架平台井槽区布置　于平台的危险区一侧，并与安全区之间通过防火墙分　隔开。在井槽的具体布置上，常见方式有两种：集中　式布置和分离式布置（见图１、图２），二者在形式　上的主要区别在于所有的井槽是否位于平台结构的一　个主框架内。　：黹带　蒂：　‘带带帮带’　‘带带脊带　ｌ　ｌ　Ｉ　Ｉ　－酱姆钱磐・　・酱踏袋＊－　、，　’　！，　危险区寸　ｃ＝＝　安全区　靠船　图１　井槽集中式布置示意　分离式布置需增３ＤｇＩ，Ｉ．￣Ｕ桩腿以形成对主框架外置井　槽的保护，造成结构钢材、建造和海上安装工作量的增　加，且其外伸部分增加了船舶停靠的风险，在恶劣天气　●●３４　２０１４年８月　危险区　ｊ　ｃ　安全区　图２井槽分离式布置示意　风险更大；而集中式井槽布置的平台可提供平整的靠船　面，便于船舶安全停靠。基于海上油田作业人员对于非　平面靠泊的反馈意见和对于作业安全的重视，能够提供　平整的靠船面越来越成为平台型式的优先选择要素，因　而井槽分布选择集中式布置。　由于平台井槽数目众多且集中分布，加之检修空间、　走道空间等，导致井槽区主框架尺度巨大。该渤海平台　的主框架南北向跨度远超常规，主框架水平尺度达到了　２０　ＦＦＩ×３２　ｍｏ　导管架框架及内部结构设计见图３，由于水深较浅　（该渤海平台工作水深仅为１　６．１　ｍ），导管架的高度与井　槽区水平跨度之比（ｈ磬Ｉｂ）远小于常规平台。对于上　部组块（见图４），由于井口平台处理设备一般较少，　在井槽区外对于甲板面积的需求不多，由此导致了甲板　层数较少（该渤海平台主甲板为２层），甲板的高度与　井槽区水平跨度之比（　甲，６）也远小于常规平台。　９　６　９　９　９　图３导管架大扁平框架及内部结构设计　甲Ｉｌ　大扁平框架　Ｉｌ　ｎ　图４组块大扁平框架及内部结构设计　ｌ工程设计　石油，ｉｌ程建设　（１）相比少数超多井槽平台，平台数量的增加增　（２）导管架和组块整体吊装的重心偏移较大。按　照施工的规范要求，平台吊装重心相对吊点形心的偏离　不应超过吊点间跨度的１，６。由于井槽数量的增加，井　强了工程和生产调整的灵活性。更多的小型建造场地、　驳船、浮吊可供选择进行建造、安装，生产中也可以　使用更多钻井船对各平台进行分别的钻井调整，分散　槽区尺度的相对庞大，造成整体上的不对称性，因而造　成更大的重心偏移，甚至难以满足控制范围的要求。针　对这一情况，可以采取以下措施：　布置的多个平台可以覆盖更大的区域，为后期再开发　预留潜力。　（２）随着井槽数量的大幅增加，钻井避让难度随　之增加，在选择方案前需进行细致的钻井方案的研究，　确认规避钻井风险是保障超多井槽方案得以顺利实施的　前提。　ａ．调整导管架、组块的吊点位置，甚至调整吊点到　主腿、主立柱之外（见图６），并对连接结构进行必要　的加强。　ｂ．对组块分块吊装，将井槽区与非井槽区分割吊装。　ｃ．在导管架、组块上增加临时外部重量，如水泥压　块等，调整吊装重心位置。　ｄ．调整组块的设备位置，调换轻、重设备位置。　ｅ．使用吊装框架等。　×　×　×　国６导管架吊装吊点示意　基于对该渤海８８井槽井口平台的规划、设计和研　究，可以得到以下结论和建议：　（１）在预采用超多井槽井口平台的方案选择阶段，　加强平台的整体规划，综合考虑建造、安装、生产各阶　段的特殊问题，确保方案的可行性。　（２）综合钻井、工艺、总图、电气、安全等平台各　系统，专业统筹布置平台设备，加强重量控制，减少由　于井槽区域过大而导致的平台载荷的分布差异。　（３）在平台的结构设计上突破对称设计，采用差　异设置。针对不同的应力情况，采用不同的杆件、钢桩，　提高钢材的使用效率。如能进一步减少钢材用量，不仅　可以节省建造费用，减ｄ＼平台重量，也可以降低在海上　安装作业中对稀缺大型浮吊资源的依赖性，并节省安装　费用。　尽管在渤海某油田开发项目中，采用超多井槽平台　相比采用两个井槽数量较少的平台节省了近１　０亿元工　程投资，但并非在所有的油田开发中平台数量越少越　好，也并非井槽数量可以无限增加。　一３６　２０１４年８月　（３）对于超多井槽数量井口平台，目前仍处于工　程建设阶段，尚缺乏足够的生产经验。对井槽数量大幅　增加可能导致的系统风险和生产风险尚认识不够，将来　仍然需要足够的风险研究和生产经验以完善超多井槽平　台的设计与应用。　…臧全斋．大型固定式平台整体化建造技术【Ｊ】石油工程建设，　２００３。２９（２）：８—１６．　Ｉ２】郭洪升．７Ｏ　ｍ水深主桩式导管架平台结构设计及其技术特点［Ｊ】．石　油工程建设，２０１３，３９（１）：１７—２１．　Ｉ３】陈卫江．海洋平台加挂井槽研究Ｉ　Ｊ】ｌ石油工程建设，２０１１，３７（４）：　２２－２３　【４】许滨，申仲翰海洋导管架平台的极限强度分析【Ｊ】．海洋工程，　１９９４。１２（３）：８—１６．　作者简介：　刘明（１９７７一），男，河北保定人，工程师，１９９９年毕业于天津大　学海船专业，硕士，从事海洋工程研究与设计工作。　收稿日期：２０１３－１　１—２７；修回日期：２０１４—０６—１９　十一一—＋一“—－十一・・——卜”—卜”—　卜”—＋一”—・卜”—十－“—’一”—卜一＋“—－＋一“——十一＊—－十一”－－卜”＋一—卜一十一＋一＋一十一—＋＿　图片报道：渤海超多井槽（８８井槽）井口平台导管架