张力腿平台钻井隔水管张紧器总体布置方案研究

唐宇光(中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452)

0 引言

张力腿平台(Tension Leg Platform, TLP)是深海油气开发的关键设备之一，适用于水深300～1500m 范围，通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重外，剩余浮力与预张力平衡。由于TLP 在我国深水作业中仍然处于空白，因此有必要选择一种适用于TLP 的钻井隔水管张紧器来满足钻完井作业需求。

1 张紧器的作用和组成

张紧器通常安装于距离平台边缘较近的位置，隔水管系统通过张紧器提供的垂直方面的张力来控制隔水管横向移动和其本身的压力荷载。当遇到比较恶劣的钻井工况时，将会产生纵向或者竖直方向的运动张紧器将给隔水管提供轴向上的张力来保证隔水管的稳定性。张紧器系统主要由张紧器的数量、最大张力、长度、刚度以及与立管的夹角和效率等组成。

2 常用浮式钻井装置张紧系统类型

隔水管张紧器利用高压压缩气体使液压缸的活塞运动，产生的推力或拉力通过钢丝绳及导向滑轮/液压缸为隔水管提供轴向张力的。目前浮式钻井装置隔水管张紧系统有两种，一种是传统的钢丝绳型式，一种是液压缸直接作用式。

传统的钢丝绳型式隔水管张紧器系统利用滑轮组和钢丝绳使整个系统升沉补偿的行程变为液压缸行程的N 倍，但是张紧器随着钻井井深的增加将占用更多的空间且滑轮和钢丝绳的布置不利于其他钻井作业。液压缸直接作用式的张紧系统液压缸直接悬挂于钻台面的下面，不占用钻台的空间，通过直接控制隔水管反冲可有效减轻重量，降低成本，延长使用寿命。通过对传统张紧器和钢丝绳张紧器的研究，进行如下对比，详见表1。

3 张紧器总体布置

根据国内外厂家调研分析，张紧器总体布置情况总结如下：(1)张紧器分为钻井隔水管张紧器和生产立管张紧器(如图1所示)；(2)钻井隔水管张紧器一般布置于BOP 平台或主甲板平台，油缸数量为6；(3)生产立管张紧器布置于采油树平台或生产平台油缸数量为4；(4)结构形式上既有悬挂式盒式结构也有坐地式盒式结构。

表1 两种张紧器系统对比表

图1 悬挂式张紧器布置情况

TLP 平台中张紧器的布置情况如图2所示。悬挂式盒式结构与坐地式布置方案相比，重量轻、占用平台空间少、制造工艺简便。故推荐悬挂式布置方式。

根据总体需求，经过设计计算布置方案如下：(1)钻井隔水管张紧器油缸数量6，悬挂式盒式结构，悬挂于BOP 平台；(2)生产立管张紧器油缸数量4，悬挂式盒式结构，悬挂于采油树平台；(3)二种张紧器单个油缸模块相同，盒式结构可通用；(4)张紧器每套气瓶组所占用总空间应小于8000×5000×3500。

图2 张紧器于钻井包、采油树、BOP等布置关系示意图

4 结语

通过以上对比分析，悬挂式盒式结构的液压缸直接驱动式张紧器适用于TLP 钻井平台。由于张紧器与海洋工程立管紧密相连，在目前的API、DNV 等相关标准中还没有独立的标准、规范对张紧器的设计、生产和检验等进行规范性要求。部分相关内容主要在与立管相关标准的部分章节中有体现。张力腿平台钻井隔水管张紧器作为升沉补偿和张紧系统中的一部分，其设计、生产、制造和检验等首先要以相关最新版标准中的相关内容为出发点，逐步展开。