中海油能源发展股份有限公司装备技术分公司 天津市 300452
摘要：随着海洋石油工业的大力发展，采用模块钻机钻井的方式越来越多，规模也越来越大，增加生产效率的同时也暴露出许多钻井相关的问题。模块钻机主要采用液压滑移系统带动上部模块滑移的方式进行不同井位的移动作业，滑轨以及上部模块基座通常采用船用高强度钢板，移动时直接接触滑移，在滑轨面及基座底面产生不同程度的划痕现象，严重时影响海上作业。本文基于自安装技术在海洋模块钻机上的应用展开论述。
关键词：自安装技术；海洋模块；钻机上的应用
引言
随着人类社会的进步和全球经济的发展，世界各国对于石油资源的需求也变得越来越大，石油资源却在日趋减少，再加上油气田开发的难度不断增大，钻井工程领域同样如此，从而促进了石油钻机技术的加速发展。
1模块钻机
模块化钻机就是将石油钻机按照模块化功能和安装便捷的要求分别安装在不同的底座上，使得石油钻机的运输和安拆更加高效快捷。模块化钻机以其高度的集成化和便捷化优势得到快速推广，加速了海洋石油钻井领域的发展和进步。尤其是与移运式钻机相比，它的安拆、运输和操作方面的优势体现的更加明显，模块化钻机除了移运上稍逊移运式钻机外，它在适应环境、钻井性能以及机动灵活方面更是无可比拟。除此之外，而模块钻机不需要使用柴油机，这就使得模块钻机的性价比更高。
2钻机结构
从各个模块相对位置划分，模块钻机钻井设备模块分为下底座、钻台面和井架三部分。下底座通过4个主立柱将上部模块重量传递至滑轨上，下底座基座与滑轨为面接触。滑移垫板通过螺栓固定在基座底板上，通过棘爪式爬行器带动钻机沿滑轨滑移，垫板与滑轨上表面直接接触，垫板磨损严重，达到更换限值时需要及时更换，根据模块钻机结构形式可在立柱两侧增设顶升加强结构。
3钻井支持系统主要构成
（1）作为支撑钻井支持模块的主结构，其顶部为管子堆场，用以安装猫道和存放钻杆、套管、井下工具。（2）泥浆循环系统的泥浆罐、搅拌器、泥浆泵组、灌注泵、混合泵及混料漏斗等；（3）动力及传动系统的发电机组、柴油罐和日用油箱、电传电控系统、变压器、谐波滤波器、空压机及配套的干燥器和储气罐；（4）散料系统的散料间、叉车、灰罐和吹灰系统、缓冲罐等；（5）钻井水罐、备件房、机修间和其它辅助设施。（6）在北方的模块钻机还需配置用于保温的蒸汽系统，主要包括：锅炉、锅炉燃料油罐、锅炉水罐和锅炉给水单元；（7）上述相关系统和设备配套的管、电、仪、通讯线缆，消防、安全、通风、空调等系统。此外，还有作为钻完井作业第三方服务内容的固井、测井、录井、泥浆回收和处理等设备，通常通过平台吊机单独上平台，在本文的技术研究中，可不纳入模块钻机技术方案的研究范畴，仅在实施总体布置时考虑其摆放的位置和空间。
4吊机选型及安装
为减少模块钻机的分块数量、节省总工作量，模块吊机的理想吊装能力为600～800kN。然而，受制于平台原有吊机能力，大吨位吊机分块难以拆分为150kN以下，大吨位吊机底座结构也需要更大。同时，难以找到符合项目要求的大吨位模块吊机。经过调研，最终确定模块吊机的吊装能力为450kN。模块吊机临时位置处采用2条2m高的组合梁作为支撑，而永久位置处采用2条2.2m高的组合梁。由于吊机底座需多次移动，因此采用框架式设计，有别于传统将军柱形式，为国内海洋工程界首创。这一设计可有效提高底座强度和刚度，最大限度地解决吊机底座在较大集中荷载作用下的强度和吊机顶部水平位移问题。根据结构受力特点，采用拼接组合梁以达到合理利用材料，减小质量的目的。
同时通过ANSYS有限元软件进行分析，尤其对框架底座在临时作业位置的工况做局部强度校核，保障了吊机操作时安全。新增的2台模块吊机由吊机基座模块、回转轴承模块、液压动力及驾驶室模块、A字架、吊臂(共分4段)，走道平台模块等6部分组成。模块间全部采用销轴连接，采取了以下创新措施。1)主钩和副钩绞车布置为实现在吊机A第2次移位时耗时最少，吊臂为整体拆卸及再安装。由于主钩海上拆卸及再安装穿钢丝绳时间较长，模块吊机将主钩和副钩绞车布置在吊臂基段上。这种布置实现了吊机A在第2次移位时能将整个吊臂包括大小钩、绞车及钢丝绳整体吊装，减少了海上安装的工作量和时间。2)无线传输测力仪、角度仪为减少吊臂上电缆的数量，主副钩的测力仪、限位器、吊臂的角度仪及风速仪等全部采用无线传输技术，无须电缆连接。
5机理分析
基座底面与滑轨表面是一对滑动摩擦副，模块钻机在滑移过程中，基座与滑轨之间相互挤压和搓动，不可避免造成滑轨的磨损失效。其中伴随着复杂的能量损耗。1)摩擦副之间存在金属杂质，重载下移动时对摩擦副材料表面的产生犁沟作用和塑性挤压变形，造成滑轨的损伤。2)钻机滑移启动时，基座与滑轨之间油膜尚未形成，造成局部高温发生粘着/剪切效应，造成滑轨粘着损伤。对于相同材质的摩擦副，互溶性好，极易发生粘着损伤。通过以上分析，由于环境条件、模块规模以及建造精度控制等原因，对于钢－钢接触的摩擦副，因为设计无法从根本上消除滑移损伤，这是造成滑轨划痕普遍性的主要原因。
6海洋平台模块钻机滑移技术优化设计
1)从实际应用效果看，增设滑移垫板后滑轨表面光滑无损伤，垫板的硬度低于钢材，硬质夹渣被垫板吸收从而避免滑轨的损伤。另外，由于滑移摩擦系数大幅降低，减少启动时粘结力，滑移启动瞬间运行更加平稳，无顿挫感，体现了该工程合金塑料垫板摩擦性能的优越性。2)以往的研究主要是从滑轨结构形式出发，增加滑移结构的刚度、保证滑移接触面积，减少局部应力集中，减轻滑轨的损伤，而没有从根本上解决滑轨损伤问题。从摩擦机理出发，通过改善摩擦副的性能避免滑轨损伤，垫板的磨损可通过更换保证持久性，实际应用表明该方法效果更加明显。3)该方案的成功应用减少模块钻机大量的海上修补作业工作，降低海上生产运营成本，提高生产效率。近年来，海洋模块钻机的应用越来越广泛，本方案可为后期模块钻机滑移系统设计提供技术参考和实际应用保证，具有推广价值。
结束语
海上石油固定平台模块钻机安装方式，由于平台组块自身尺寸及重量均较大，海洋钻机需要单独进行海上运输和海上吊装。而对此种安装方式，海洋钻机需要单独装船、海运、进行海上吊装。海洋环境条件（包括水深、风、波浪、海流、海冰等海况条件）以及离岸远近，影响海洋钻机的安装作业，需要对海洋钻机安装过程进行详细设计和计算，确保安装方案的可行性、安全性和可靠性。
参考文献
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