固定海洋钻采平台塔型井架安装方式探讨

由于海洋钻井的复杂环境和作业条件,要求海洋钻井井架结构具有强度高、稳定性高、底部开档宽及良好的司钻视野等特点,大多选用塔型整体结构井架。因资源、环境条件、工期及施工费用等因素,塔型井架在固定钻采平台上的安装是一个复杂的课题。针对可能的塔型井架海上安装方案,通过分析各种影响因素,提出井架海上分段吊装的安装方式,并成功应用于海上平台的安装,为环境条件恶劣的东部或南部海域钻采平台使用塔型井架提供了很好的安装借鉴。     

基于SAFI的海洋塔形井架的拖航计算分析

由于海洋环境恶劣,为了保证自升式平台配备的塔形海洋井架的结构安全,除了静载工况外,研究井架在拖航运输过程中的载荷变化过程很有必要。用SAFI软件对海洋塔形井架的拖航运输工况进行了计算分析,包括拖航过程惯性载荷和动态分析。该方法还可为深海钻井平台上的动态海洋井架设计提供借鉴。     

5000kN海洋半潜平台动态井架的研制

为满足勘探三号半潜式钻井平台改造升级要求,研制了5 000 k N海洋半潜平台动态井架。该井架采用横截面为矩形的可拆卸、栓装封闭式钢结构,其主体为双锥塔形结构。井架最大额定静钩载5 000 k N,有效高度56 m。有限元分析计算和最大钩载试验结果表明,井架的结构设计符合规范要求,井架的安全可靠性得到了保证。井架在勘探三号半潜平台上安装顺利,沿用设备与井架预留安装接口均能成功对接。5 000 k N海洋半潜平台动态井架的研制成功提高了平台在更广海域钻探作业及迁徙时应对恶劣环境的能力。     

关于钻井井架总体结构型式的述评

随着钻井速度的迅速提高,四十年代的塔形钻井井架的根本缺点(安装工作量大)显得十分突出。它远远不能适应快速打井的要求。因此,国外自五十年代中期以来就逐渐用地面组装、整体吊升的各类组合式井架(其中包括开式塔形、A形、W形和单桅杆型等)来取代塔形井架。到目前为止,除了超深井和一些海上钻井井架仍用塔形井架之外,几乎都采用了开     

基于API标准的浮式平台塔形井架有限元计算

半潜式钻井平台的塔形井架承载大、高度高、工况恶劣,需重点校核其变形和应力。以某塔形井架结构及海洋环境数据为对象,建立井架有限元模型,采用API Spec 2C—2004规范确定井架的等效计算载荷,通过ANSYS软件模拟计算设计载荷作用下井架的变形位移及应力分布。结果表明,井架可满足正常作业工况下的强度要求;但在设计生存工况下井架的最大变形发生在井架顶端,达到30.28mm,最大应力发生在井架地脚与平台连接处,达到305 MPa,接近材料的屈服极限,需要引起高度关注。研究结果可为半潜式钻井平台井架设计计算与安全评定提供一定的参考。     

海洋修井机井架有限元分析及结构优化

为了将海洋修井机改造成可钻调整井的钻修井机,必须依据现有修井机的设备能力和已具备的顶部驱动钻井装置,针对钻调整井的钻井参数,对其支撑系统等进行校核计算。利用ANSYS软件对某海洋修井机井架进行了三维有限元分析,得到了位移及应力分布。分析结果表明,几种极限工况下的强度不能满足要求,必须对井架采取结构加强。提出了井架结构优化和顶驱系统安装方案,通过有限元计算和结构干涉模拟,方案满足安全使用要求。     

张力腿平台模块钻机井架设计及风动力学分析

针对流花油田TLP平台示范开发工程项目,开展了张力腿平台模块钻机关键设备应用研究。在分析3 150 kN井架设计要求的基础上,确定了井架的主要技术参数和结构方案,即采用单斜瓶颈式塔形结构,有效高度46.6 m。应用SACS有限元分析软件,在钻井作业工况、风暴载荷和拖航工况3种工况下对井架的强度和稳定性进行计算分析。结果表明,在钻井作业工况下,UC值最大为0.96,位于绞车侧井架上部立柱,小于允许值1.0。井架材料的综合利用率较高,结构设计满足API SPEC 4F规范要求。利用SACS软件对井架进行模态分析,井架低阶固有频率超过1 Hz,不属于风敏感结构。当风暴作用频率接近3.2 Hz 时,可能对井架产生共振破坏。     

海洋钻机井架技术现状及发展趋势

为推动海洋钻井技术向深水和超深水方向发展,进一步探索大型海洋钻机井架设计与制造技术,详细分析了目前海洋钻机井架的结构、制造技术和防腐技术,以及新形势下海洋勘探开发对海洋钻机配套设备的要求,提出了未来海洋钻机井架结构发展趋势:一是发展自升式K形特种井架;二是发展瓶式塔形海洋井架;三是发展带有钻柱运动补偿结构的井架;四是完善井架配套结构,提高井架适应性。最后建议发展海洋钻机井架新材料与新工艺。     

海洋钻机井架振动检测及评估——以ZJ50/3150DB钻机为例

渤海某海洋平台配置的ZJ50/3150DB海洋钻机在钻井作业时井架振动幅度较大,为了评估井架在钻井作业时的安全性,对井架进行了振动检测,并建立了井架结构有限元模型,结合现场检测数据和模型计算结果分析井架振动对井架结构安全的影响。分别进行了井架固有频率检测、钻进作业工况井架幅频响应检测、井架振动幅值检测和井架振动加速度检测;依据井架图纸及现场井架实际情况,采用ANSYS软件建立了井架结构有限元模型。使用该模型计算出的井架第1阶固有频率为0.555 8 Hz,与现场检测结果较吻合,验证了模型的正确性。分析现场检测数据和模型计算结果发现:顶驱转速为36 r/min时,井架易发生共振;井架C型开口抗扭强度低;井架底座2个前撑杆为关键构件,其结构安全性影响整个井架安全;各种工况下的井架振动和顶驱通过二层台时引起的井架冲击振动均符合安全要求。     

Weatherford公司推出用于海上作业的“无钻机”简易钻井系统

正美国Weatherford公司为应对世界石油业不景气形势,同时也为降低海洋钻井与修井成本,推出一种无常规大型井架,名为"35/1000无井架轻型钻井起下设备",该设备可安装在海洋生产平台进行起下钻柱作业。这种简易钻井系统可作为常规海上生产平台的钻机、修井机或"不压井"设备的可选择替代设备。     

勘探三号海洋钻井井架动力特性测试与安全评估

为了准确地评估海洋钻井井架安全承载能力，提高海上石油钻探过程中钻井作业的安全，以勘探三号海洋钻井井架为例，提出了海洋钻井井架动力特性测试理论与技术。利用海洋波浪脉动激励反应来识剐井架结构模态参数，根据模态参数与物理参数之间的关系，分析井架物理性态，进而评估井架当前实际状态，定量确定井架实际承载能力。识别结果与计算结果比较，其误差不超过6％。此方法可应用于海洋平台上大型钢结构动力特性测试、承载力预测及安全评价。     

双节套装液压自升式K型井架设计

本文通过对某海洋固定式钻井平台修井机项目中HJJ180/33-TZ型井架的设计介绍,对目前海洋钻井平台上比较常用的双节套装K型井架结构进行分析,可为海洋井架设计工作者提供参考。     

非海洋平台环境下海洋双井口井架载荷试验装置设计

通过对海洋双井口井架的设计原理、使用工况和功能特点进行分析,设计了非海洋平台环境下海洋双井口井架载荷试验装置。该试验装置包括安装底座、双井口加载系统和控制系统。介绍了双井口井架加载试验装置主承载部件的结构设计特点和强度计算。双井口载荷试验装置可用于非海洋平台环境下双井口井架在满载工况下的型式试验研究。     

9000kN深水钻机井架设计与试验

深水钻机井架在作业过程中不仅要承受环境载荷和操作载荷,还要承受由于平台运动而产生的动力载荷。在分析9 000 kN深水钻机井架设计要求的基础上,确定了井架的主要技术参数和结构方案,即选择单斜瓶颈式塔形结构,有效高度64 m;同时应用有限元分析软件SACS对井架进行了计算分析,并依据相似原理设计了井架的缩放模型,对模型井架进行了动态载荷和最大钩载荷联合加载。分析结果表明:井架在操作工况和风暴工况下的最大UC值分别为0.984和0.933,满足API Spec 4F规范;模型井架的最大Von Mises应力为126.12 MPa,结构的安全系数为1.67,验证了有限元计算的正确性。所得结论为我国的海洋井架设计提供了参考。     

9000m自升式海洋井架的研制

针对深海深层油气资源的勘探开发不断深入,海洋勘探对深海工程装备的勘探井深要求提高的现状,研制了9 000 m自升式海洋井架。该井架采用直立无绷绳、多节套装、自升式、K形结构,自带起升绞盘,安装方便且占地面积小。井架采用小模块设计,每个模块总质量小于17t,满足海洋平台现场吊装要求。井架本体及关键受力部件采用热喷铝防腐处理及喷涂海洋防腐油漆工艺,满足海洋环境防腐要求。井架载荷试验结果表明,在最大试验载荷6 750 k N时,井架最大应力部位的应力值为148.2 MPa,该部位井架材料屈服强度为325.0 MPa,由此得井架的安全系数为2.19,大于API Spec4F所要求的安全系数1.67,因此井架强度满足要求。9 000 m自升式海洋井架的成功研制,将进一步推动深海深层钻井装备的国产化。     

ZJ90DB海洋平台钻机井架的设计及分析

针对海洋平台钻机工作环境海风大、大气腐蚀性强及作业面积小等特点,研制了ZJ90DB海洋平台钻机井架。该井架采用具有一定大门高度的单斜塔形结构,井架体横截面为长方可拆卸、栓装封闭式钢结构框架。井架整体构件均经热浸锌防腐处理,增强了井架的抗腐蚀能力。通过对井架结构建立力学分析模型,借助于ANSYS软件对井架进行了有限元分析计算,分析结果表明,3种计算工况下ZJ90DB海洋平台钻机井架的最大应力均发生在井架主立柱大腿单元,最大应力满足API标准要求。     

套装式井架在TLP平台的动态适应性分析

TLP海洋钻井平台的升沉运动和摇摆运动会对井架产生动态载荷,影响井架的安全性能。为了保证钻井作业的安全,以流花油田为例,在作业工况(风速为36m/s)、2种风暴工况(风速分别是51.5m/s,55.4m/s)条件下,采用ANSYS软件分析了5 000m套装井架的强度和稳定性能。分析结果表明,当考虑TLP平台附加的动载荷时,按照AISC(335-89)规定的校核公式对井架各单元进行校核,强度和稳定性的综合校核值已接近校核系数的极限值,存在安全隐患。因此,对于TLP平台上的钻井套装井架,在结构件选型设计时必须对局部结构进行加强,并进行严格的安全评估。     

国外超深水钻井新技术

目前国外超深水钻井采用双井架钻机技术和高效钻机技术。分别介绍了这2种钻井技术的设备配置和钻井过程,并对双井架钻机中的A形双井架平台和塔形双井架平台做了简要分析。对2种钻机的对比分析表明,双井架钻机钻井效率相对较高,但高效钻机具有协同作业的特点,其设备配置简单,操作空间大;这2种钻井技术与传统钻井技术相比,通过设备与钻机的协同和并行作业,可以省去普通钻井作业过程中的非关键钻井作业,提高钻井效率,节省钻井时间。     

浅海平台修井机井架设计

鉴于浅海修井作业工况与陆地修井作业工况存在较大差别，在设计浅海修井机井架时需考虑其特殊性。在对浅海平台修井机井架的工况特点和使用要求进行分析的基础上，采用了具有一定大门高度的三段式塔形井架结构，并用船舶甲板油漆涂料进行防腐。论述了此类井架的静强度计算方法和稳定性计算方法，以及电算试验方法。对计算结果和试验结果进行了对比，结果相吻合。     

9000m海洋钻井模块方案分析

CP-300自升式钻井平台配备了ZJ90/6750DB海洋钻井模块。介绍了该钻井模块的总体设计方案。为了达到功率大、尺寸小、质量轻的要求,JC90DB型绞车采用单轴单级齿轮传动方案。针对作业工况和载荷,采用SESAM软件分析了钻台的应力分布,采用高强度板材,实现结构质量控制目标,通过试验得到了D550高强度板材焊接的工艺程序。采用SACS软件分析了井架的受力和位移,达到强度和稳定性要求,并提出了井架的吊装方法。