渤中34-1N钻井帽在锦州9-3油田井口平台上的应用

高建新，祖 巍，宋双祥

(1.中海油能源发展股份有限公司油田建设工程分公司 天津 300452；2.中国船级社天津分社 天津 300457)

0 引 言

锦州9-3油田位于辽东湾北部海域，距葫芦岛市约 50,km，距海岸线最近距离约 15,km，油田范围内水深 6.5～10.5,m。本次锦州 9-3油田综合调整项目新建1座4腿井口平台和1座8腿中心平台以及相关平台的改造(见图1、2)。

渤中34-1N钻井帽于 2009年建造完工，原计划用于渤中 34-1N油田。因项目后期钻井船资源紧张的局面得到缓解，选用了悬臂式钻井船进行钻完井作业。因此，钻井帽被闲置在建造场地。为实现公司资产的再利用，曾在其他项目中考虑过应用，但均因平台型式、项目进度等原因未能应用。本文针对钻井帽进行适应性改造后能否成功应用在锦州 9-3油田井口平台进行论述。

图1 锦州9-3井口平台立面图Fig.1 Vertical view of JZ9-3 wellhead platform

图2 钻井帽结构模型图Fig.2 Structural model of the drilling cap

1 钻井帽适用性分析

渤中 34-1N钻井帽在原设计阶段考虑与渤海5号配合使用。在钻完井作业期间，渤海 5号上的钻机通过滑移轨道移至钻井帽上的滑移底座上方，而滑移底座坐落在钻井帽顶层甲板上的 3条滑轨上方。滑移底座与钻机下底座上均设有液压滑移机构，以实现钻机对平台上的每口井进行钻完井作业。

1.1 结构型式

为确保渤中 34-1N钻井帽在锦州 9-3油田井口平台上实现应用，需要对钻井帽的结构型式与井口平台组块的结构型式进行初步分析。钻井帽与目标平台的结构参数对比如表1所示：

表1 结构参数对比表Tab.1 Comparison of structure parameters

通过对钻井帽与井口平台组块的结构型式及作用在导管架上的荷载进行对比，结论如下：

① 钻井帽与平台组块在结构型式上除主腿的间距不同外，其余关键参数均相同。

② 对作用在钻井帽上的所有垂向荷载进行有限元分析，钻井帽 4个主腿处的最大垂向荷载约为2,800,t，而井口平台仅组块的吊装重量即达到了2,800,t。考虑到平台上方的生活楼荷载、修井机荷载等，在生产作业期间作用在导管架上的操作荷载远大于钻井作业期间的垂向荷载。由此推论，导管架的承载能力可以满足钻井帽的使用要求。

1.2 靠船位置

根据锦州9-3油田总体开发方案中的论述，钻井船在井口平台的北侧靠船，利用钻井船上的悬臂将钻机悬跨于导管架上方进行钻完井作业。但是采用“渤海5号钻井船＋钻井帽”的钻完井作业模式，钻井船的靠船位置将会发生变化，其原因是钻井帽与渤海5号相对位置固定，即渤海5号钻井船需要在新建平台的西侧靠船。

由于钻井帽井口区位置发生了改变，钻井帽甲板上的振动筛房、泥浆返回槽、服务臂、气动绞车等设备及相关配套系统均需要进行移位。

在锦州9-3油田总体开发方案中，在平台西南侧布置有 1根混输管线、1根注水管线和 1根海底电缆。根据海上油田建设的经验，该位置通常不会选择靠泊钻井船，主要考虑在钻井船靠泊期间，可能对海管或海缆造成破坏，影响油田开发进度。

为实现钻井船在平台西侧靠船，需要对油田开发计划进行调整，即首先进行钻完井作业，作业结束后再铺设海管或海缆，既保证了油田开发进度，也实现了钻井帽的应用。

2 改造方案

2.1 总体方案论证

对渤中 34-1N钻井帽能否成功在锦州 9-3油田井口平台上得到应用，从3个方面进行了较为详细地论述。

2.1.1 井口区尺寸

根据钻井帽的总体布置图纸，钻井帽井口区的预留开孔尺寸为14.9,m×11,m，开孔尺寸可以满足井口区呈 5×4排列的井口布置要求，而井口平台井口区也呈 5×4排列。通过对井口区布置形式进行初步分析，钻井帽井口区的开孔尺寸可以满足井口平台的井口布置要求。

2.1.2 井口区位置(见图3)

钻井帽井口区的开孔位于右下方，井口平台井口区位于右上方，井口区位置不匹配。综合分析了钻井帽的结构框架型式与相关系统改造的工作量，将钻井帽上的井口区进行移位的方案可行，即将钻井帽井口区上移，以满足与井口平台井口区相匹配的要求。

图3 钻井帽井口区布置图Fig.3 Layout drawing of drill cap in wellhead area

由于钻井帽井口区位置发生了改变，钻井帽甲板上的振动筛房、泥浆返回槽、服务臂、气动绞车等设备及相关配套系统均需要进行移位(见图4)。

图4 导管架平面布置图Fig.4 Layout plan of jacket

2.1.3 轴线间距

钻井帽结构的主腿间距为 19.8,m×17.9,m，井口平台导管架工作点间距为 18.5,m×18,m，两者间距不匹配，导致钻井帽无法直接放置在导管架上方。为实现钻井帽在导管架上应用，初步考虑在导管架与钻井帽之间设置异型过渡段，通过过渡段结构弥补轴向间距不匹配的问题。

通过对作用在钻井帽上的重量荷载、设备荷载、钻井荷载等进行分析，并利用有限元软件对钻井帽结构进行计算分析，提取钻井帽在操作工况和极端工况下的支点反力数据，利用该支点反力对异型过渡段结构进行校核，结果显示异型过渡段可以满足各种工况下的强度要求(见图5)。

图5 钻井帽就位示意图Fig.5 Schematic diagram of the position of drilling cap

2.2 结构改造方案

通过对钻井帽总体改造方案进行论证分析，对渤中 34-1N钻井帽进行适应性改造具备可行性，从以下两方面进行论述：

2.2.1 结构改造工作量

为实现钻井帽在井口平台上应用，根据总体改造方案，对钻井帽需要进行如下改造：

①将钻井帽上的井口区进行移位，即将原井口区北侧&B轴以南的甲板切除，切除尺寸为 14.9,m×6.9,m，并在原井口区位置铺设甲板结构。

②井口区向北侧移位后，钻井帽北侧的甲板面积不足，不能满足布置泥浆返回槽和安全通道的要求，故需要考虑外延部分甲板，外延甲板尺寸为29.3,m×3.6,m。

③拆除原泥浆返回槽。振动筛房移位至南侧后，原泥浆返回槽不能满足使用要求，需要沿甲板边缘新建泥浆返回槽，便于钻井作业期间的返出泥浆可以进入渤海5号钻井船的泥浆净化池进行处理。

④拆除原A轴&1轴交点位置处的吊耳，根据钻井帽改造后的实际重心位置，调整该位置吊耳的角度，避免吊装作业期间因吊绳力过大导致吊耳结构强度不满足要求，造成重大的安全事故。

其余附属结构应根据钻井帽改造的整体方案进行适应性改造。

2.2.2 结构改造用钢量

通过对钻井帽进行适应性改造，可以极大地减少钢材使用量，节省建造工期，从而降低油田开发成本。钻井帽改造方案与新建方案的用钢量对比见表2。

表2 结构用钢量对比表Tab.2 Comparison of usage amount of different steels

2.3 其他

渤中 34-1N钻井帽除对结构进行相关改造外，机械、电气、配管等专业也应进行相关系统的改造。改造原则是尽可能利用旧材料，减少设备、电缆等材料的采办。通过对钻井帽上所有设备、电缆及管系等进行检测、评估，利用旧方案可行。

3 装船方案

在原钻井帽尚未完工时，对渤中 34-1N油田钻完井方案进行了调整，不再采用“渤海 5号＋钻井帽”的方案。为确保场地资源不被占用，钻井帽被放置在远离码头前沿的位置。

本次钻井帽改造后吊装重量为 965,t，如何将钻井帽移至码头前沿进行装船成为首要问题。本文对3种装船方案进行了对比，最终确定了钻井帽的装船方案。

3.1 吊装装船

原钻井帽装船方案是采用浮吊进行吊装装船。经核实，钻井帽距离码头前沿较远，且吊装重量大，小型浮吊不能满足装船要求，需要选用吊装能力较大的浮吊，但租用大型浮吊的费用较高，此方案极不经济。

3.2 拖拉装船

拖拉装船是海洋工程结构中较为常见的装船方式，技术成熟且费用较低。但摆放钻井帽的场地无滑道，如将钻井帽拖拉至码头前沿，不仅需要铺设临时滑道，还要核实滑道下方的地基承载能力是否满足要求。经核实，场地承载能力虽能满足要求，但铺设临时滑道距离较长，还需要建造 4个滑轮，费用较高，此方案不经济。

3.3 运输装船

运输装船的原理是采用小型平板拖车将结构物运输至指定位置，小车的选取需要考虑结构物的重量重心，小车运输装船已在国内外应用较多，但小车资源需要提前锁定。由于前两种方案的费用较高，小车运输装船成为首选。

通过对钻井帽的吊装重量及钻井帽主体结构型式进行分析，最终选用 3组小车进行装船，在小车上布置 9个支撑结构。通过对钻井帽的结构强度进行校核，校核结果显示，钻井帽结构强度满足要求。在运输过程中小车对地平均压力不超过 50,kN/m2，场地承载能力满足要求，该方案技术可行，且租用小车费用较低。

4 结 论

通过对渤中 34-1N钻井帽进行适应性改造，采用“渤海5号＋钻井帽”的钻完井方案，可以满足锦州9-3油田井口平台的钻完井要求。该方案不仅有效地降低了锦州 9-3油田开发的投资，也实现了渤中34-1N钻井帽的再利用。

［1］ 胡晓明，尹汉军，张艳芳，等. 秦皇岛32-6钻井帽在渤中 25-1开发项目中使用的可行性分析[J]. 中国海上油气，2004，16(1)：55-58.

［2］ 徐田甜. 渤海7号钻井船与渤中26-2平台适应性改造工程中的滑轨设计[J]. 中国海上油气，2004，16(2)：126-128.

［3］ 徐甜甜. 钻井用导管架帽的改造利用[J]. 中国海上油气，2005，17(1)：132-134.