超深水半潜式钻井平台双井架钻机关键作业工艺分析

王安义 杨秀菊 樊春明 张 鹏 刘志桐

（1.宝鸡石油机械有限责任公司 宝鸡721002；2.国家油气钻井装备工程技术研究中心 宝鸡721002）

引 言

超深水半潜式钻井平台已发展到第七代，典型指标为作业水深达3 660 m，钻深达15 250 m，在系统配置方面的重要特征是配置双井架钻机［1］。双井架钻机的作业特点主要是并行作业和协调作业，由此带来的双井架钻机关键作业工艺都不同于常规钻机（即单井架钻机）。虽然国外双井架钻机应用相对成熟［2-4］，但国内对配置双井架钻机的海洋钻井平台研究甚少，对双井架钻机的关键作业工艺的研究同样很少。为此，结合国家工信部“第七代超深水钻井平台（船）创新专项”—“钻井包集成及部分关键设备应用研究”项目，研究适合超深水半潜式钻井平台的双井架钻机关键作业工艺，对钻机系统的设计及关键装备的选型具有指导意义。

双井架钻机作业工艺需要根据钻机的布置不同进行具体分析，主要包括钻杆、套管以及隔水管处理工艺和双井口钻机并行/协同作业工艺流程。

1 双井架钻机布置方案

双井架钻机钻井工艺流程复杂，多任务并行操作。涉及钻杆/套管处理作业、隔水管处理作业、BOP和采油树处理作业、隔水管张紧系统等。

该钻机A、B井口中心距为18 m，右舷为A井口钻机，左舷为B井口钻机。钻台钢结构正下方为月池，月池开口尺寸为42 m×9 m，在月池上方布置隔水管张紧系统及其导轨，张紧系统可以在A、B两井口之间沿导轨来回滑动。平台右舷布置BOP处理系统，平台左舷布置有采油树处理系统，钻台后方（平台首部）为隔水管立式存储区和隔水管吊机，钻台前方（平台尾部）为钻杆/套管存储区及折臂吊和猫道机，其中A井口前方猫道机既可以处理钻杆/套管也可以处理隔水管，井架内部布置立根盒、指梁和柱式排管机。在BOP下放之前，A井口前方猫道机将隔水管单根运送至井口，在井口连接成双单根立柱后，通过顶驱及隔水管滑道以及隔水管吊机排放至立式存储区。双井架钻机具体布置如图1、图2所示。

图1 双井架钻机布置立面图

图2 双井架钻机布置平面图

从以上布置可以看出，钻台的前后左右4个方向形成钻柱进入区、隔水管进入区、采油树进入区和BOP进入区4个作业区域，整个钻井作业可以从钻台的4个方向平行作业。

2 双井架钻机钻杆、套管以及隔水管处理工艺

钻杆、套管处理设备主要包括抓管机、猫道机、柱式排管机和铁钻工。为实现双井架钻机并行作业，2套处理设备分别布置于A、B两个井口。

钻杆处理工艺流程为：

（1）B井口前方抓管吊机将堆场内3根钻杆吊起，送入猫道机；

（2）猫道机将钻杆输送至B井口上方，柱式排管机提环下降提升钻杆，柱式排管机机械臂夹持钻杆并将其下放至井口坐在卡瓦上；

（3）同样，柱式排管机提环下放提升第2根钻杆，下放与第1根钻杆中心对齐，铁钻工移动到位将两根钻杆单根连接；

（4）柱式排管机提起双根放入井口坐在卡瓦上；

（5）同样，第3根钻杆处理方式与第2根相似；

（6）3根立柱连接完成后由柱式排管机将立根提起，移动到指梁存放。

小直径套管作业工艺与钻杆类似，套管经猫道机输送至钻台，顶驱提升放入转盘，铁钻工对接紧扣后，直接下放；大直径套管作业需要排管机机械臂扶持。

上述钻杆、套管处理工艺流程在B井口钻机进行，此时A井口钻机可进行隔水管立根连接。

隔水管处理设备主要包括猫道机、低位扶正臂、隔水管滑槽、隔水管吊机、托车、指梁。处理工艺流程为：

（1）平台吊机提升隔水管单根至猫道机；

（2）猫道机输送隔水管单根至A井口上方；

（3）顶驱将隔水管单根吊起，低位扶正臂配合，使其坐在井口隔水管卡盘上；

（4）同样，第2根隔水管单根与第1根相似；

（5）顶驱提升第2根隔水管单根至第1根正上端，低位扶正臂配合，将其连接成立根；

（6）顶驱提升隔水管立根，低位扶正臂配合，将立根送至隔水管滑槽；

（7）隔水管吊机吊起隔水管立根，在底部托车的配合下，将立根排放至指梁。

3 双井架钻机钻井作业工艺流程分析

目前，单井作业是超深水半潜式钻井平台的主要方式［5］，在进行单井钻井时，双井架钻机可以并行组装和拆卸井下组件、钻具和管子立根，还可以在钻表层时下放套管及防喷器等。通过A、B井口钻机及平台动力定位系统的相互配合，实现两个井口钻机的并行作业工艺流程。

以目标平台作业水深3 660 m、钻深15 250 m，井身结构 42″×30″×24″×17-1/2″×12-1/4″为例，介绍单井钻井作业基本施工工序，其具体作业工艺流程如表1所示。

表1 双井架钻机钻井作业工艺流程

续表1

续表1

从上述分析可知，A井口钻机与B井口钻机在隔水管和防喷器安装前、后两个阶段处于并行作业流程。隔水管和防喷器安装前，A井口钻机进行下36″导管并固井、下26″表层套管并固井、下20″技术套管、下放防喷器和采油树。而此时B井口钻机正在进行钻42″井眼、30″井眼、24″井眼、下放20″技术套管并固井。拆卸隔水管和防喷器时，A井口钻机进行回收隔水管和防喷器，B井口钻机正在进行采油树安装和试油作业。

在防喷器安装、测试结束后，A井口钻机按顺序进行钻井作业。此时B井口钻机在准备立根和小尺寸套管或处于待机状态。

4 结 语

（1）钻杆、套管处理工艺与立根盒的布置位置有关，隔水管处理工艺与隔水管的布置形式有关。因此，不同的双井架钻机布置方式对应不同的钻杆、套管以及隔水管处理工艺。

（2）从双井架钻机钻井作业工艺流程分析可知，其配置的双井架作业钻机在隔水管和防喷器安装前、后两个阶段处于并行作业流程，可明显提高作业效率。

（3）所探讨的超深水半潜式钻井平台双井架钻机作业工艺流程是基于特定的井深结构进行分析的，对于不同的井深结构应依据具体的钻井井眼参数、钻柱组合、套管规格等进行作业工艺流程设计。

（4）所探讨的超深水半潜式钻井平台双井架钻机作业工艺流程分析可用于指导A、B两井口钻机作业过程的载荷计算，从而为双联井架的设计计算提供最大静载荷的输入。