基本介紹
- 中文名：浮式鑽進裝置
- 外文名：floating drilling rig
- 定義：浮在海面上進行鑽井作業的裝置
- 別名：浮式鑽井裝置
- 領域：海洋石油工程
- 分類：半潛式鑽井裝置、鑽井船等
浮式鑽進裝置分類介紹,半潛式鑽井,鑽井船,浮式鑽進裝置的作業特點,升沉,搖擺,漂移,浮式鑽進裝置的水下器具,海底井口裝置,防噴器組,隔水管組,控制系統,輔助設備,
浮式鑽進裝置分類介紹
半潛式鑽井
一種可移動的浮動鑽井裝置。其結構主要由上部平台、下浮體和立柱3部分組成。上部平台為安放鑽井設備和各種設旌的工作甲板。下浮體為支撐立柱連線的兩個船舶浮體或多個浮箱，浮體由多個縱橫甲板將其內部分成若干個艙室以供儲存油水和壓載用。船體尾部裝有為自航用的推進機。立柱為連線上部平台和下浮體的支撐圓柱體，起到支撐平台和浮體的作用。
保證整個裝置有足夠的剛性和整體性。作業時，下部船體潛入水中一定深度，上甲板則處於水面以上安全高度，因其水線面積小，穩定性好，抗風浪能力強，工作水深大。用錨泊系統定位，工作水深可達450米，用動力定位系統，工作水深可提高到900~1200米。平台面積較大，自持能力強。
具有自航能力，自航時將整個船體上浮到安全吃水線以減少自航阻力。因其造價昂貴，且要在作業時配合—套複雜的水下器具，使其維持操作費用高於自升式鑽井裝置，但適於自升式鑽井裝置不能達到的更深水域作業。
鑽井船
鑽井船是移動式鑽井裝置中機動性最好的一種，其移動靈活，停泊簡單，適用水深範圍大，特別適於深海水域的鑽井作業。船體安裝有鑽井和航行動力設備，並為工作人員提供工作和生活場所。在鑽井船上設有升沉補償裝置、減搖設備、自動動力定位系統等，可通過多種綜合措施來保持船體穩定定位。自動動力定位是目前較先進的一種保持船位的方法，可直接採用推進器及時調整船位。
浮式鑽進裝置的作業特點
處於漂浮狀態的鑽進裝置，在風浪作用下，船體將產生升沉、搖擺、漂移三種運動，它們對鑽進作業會有不同程度的影響。
升沉
在鑽井時，船體的升沉會帶動井下鑽具也上下運動，因而鑽頭對井底的壓力不能控制，這不但影響鑽進效率，而且鑽具周期性地撞擊井底使鑽桿不斷彎曲，導致疲勞斷裂。
浮式鑽井裝置開始鑽井時，不在海底裝插固定的隔水導管，因為水深，長隔水導管容易彎曲，且船體運動易使固定隔水導管與船井口碰撞。為了使井筒和海水隔開，且使鑽具重返原井孔，同時又能使運動的船體和船井保持相對的位置，就需要有獨特的設備使鑽具通向井底，稱為水下通道器具或通道立管(簡稱水下器具)。
搖擺
船體的搖擺會使鑽桿彎曲，同時，井架內的遊動滑車，井場的鑽桿、套管、井口返出的泥漿等不斷搖晃，都影響正常鑽進。當搖擺的角度稍大時，轉盤的方補心有從補心孔脫出的危險。浮式鑽井裝置的搖擺影響鑽井作業的正常進行，有時雖對鑽井作業影響不大，但人體卻難以忍受。浮式鑽井裝置中，半潛式平台穩定性好，鑽井船穩定性差些。
圖1 抗搖器
圖1 抗搖器為了減少船體的搖擺，常用的減搖措施有：①裝設減搖艙，即在船體設水艙，利用水艙內液體流動的反力矩來減輕船體的搖擺；②裝設減搖罐，通過改變罐內液面高度來調整船體的穩心高度，這樣就改變了搖擺的自然周期，從而減少船體對風浪的反應；③裝設抗搖器，抗搖器是與船體無關的獨立系統，由支船架、浮筒、連線件、抗搖筒組成，見圖1。藉助抗搖筒對海水的反力矩來抵抗波浪運動對船體產生的不穩定力矩，從而減少船體的搖擺。現代的鑽井船逐漸向大型化發展，加大船寬，也有減搖的效果。
漂移
船體的漂移也使鑽具彎曲，特別是在起下鑽具時，不能重新進入原井孔。
圖2 錨泊定位
圖2 錨泊定位浮式鑽井裝置的漂移用各種定位系統來限制。為了控制住井口和水下通道器具，要求浮式鑽井裝置的漂移不超過水深的3%～6%。如能把漂移量限制在水深的3%，鑽井效率就能大大提高。目前採用的方法主要有兩個。
1)錨泊定位
這是一種常用的方法。錨泊定位系統主要由錨機、錨鏈(或錨纜)、導鏈輪、錨等組成，見圖2。在水深三百多米、中等風浪的海區能滿足定位要求。
2)動力定位
為了在深水區鑽井，浮式鑽井裝置需要採用動力定位。動力定位是不使用錨和錨索而直接用推進器來自動控制船位的方法。動力定位由三個主要系統構成：感測系統、控制系統和推進系統，見圖3。
圖3 動力定位系統
圖3 動力定位系統浮式鑽進裝置的水下器具
浮式鑽井裝置到達工作海區用錨系或動力定位後，先要在井位往海底下水下器具。水下器具的主要作用是：隔開海水，形成泥漿循環，提供鑽具下人和提出的通道；封閉井口、控制井噴、放噴和壓井；補償由於風、波、潮、流所引起的浮式鑽井裝置的漂移、升沉和搖擺；承托海底各類套管並保持密封；保持浮式鑽井裝置在升沉狀態中各種水下張緊繩的恆定張力；便於下入和起出鑽井工藝所要求的各種井下器具；在緊急情況下，使浮式鑽井裝置迅速脫離與井口之間的連線，撤離到安全地方，需要時還可以幫助平台(船)尋找井口，重返井位；連線和脫開井口，給下一步採油作業打下基礎。水下器具是浮式鑽井裝置在海上正常鑽井作業和保證平台本身安全的必不可少的設備。雖然水下器具根據各個浮式鑽井裝置的設計要求不同而略有不同，但主要設備基本相同。水下器具主要包括海底井口裝置、防噴器組、隔水管組、控制系統和輔助設備五大部分。
海底井口裝置
海底井口裝置的作用是固定海底井位、懸掛套管、導引鑽具及其他水下設備，主要包括井口盤、永久導向架、套管頭組、專用連線器等。
圖4 水下井口裝置示意圖
圖4 水下井口裝置示意圖井口盤通常是由3m見方或直徑3m左右、高約1m的鋼板和鋼筋焊接而成。中心有直徑約lm的通孔，孔內有鉤銷槽，盤上有兩根臨時導向繩連在船井上。井口盤的作用是確定井位，牽引臨時導向繩並支撐永久導向架。導向架是坐落於井口盤上作為海底井口永久性的導向裝置，它是由鋼板焊成的四邊形的架子，四角有四根高約9m的立柱，柱頂各有一根導向繩和船井口的張緊器相連線。導向架的側面有電視架，通過電視導向繩可使水下電視監視器就位。
防噴器組
防噴器組的作用是封閉井口、防止井噴，以及在緊急情況下切斷鑽桿，還可以放噴和壓井。它由3～5個防噴器串聯組成，還有放噴閥、壓井閥及其管匯、專用液壓連線器、海底電液控制閥及其控制軟管插接器(接頭盒)、框架以及安全閥、卡箍、接頭等。各種防噴器適應井眼內不同鑽具的情況，以保證任何時候都能有效地使用。
隔水管組
隔水管組的作用是隔離海水、引入鑽具、導出泥漿、適應浮式鑽井裝置升沉和搖擺。主要包括分流器(轉噴器)、伸縮隔水管、浮性隔水管、撓性接頭、液壓連線器等。
伸縮隔水管用於隔水管與鑽井平台之間的連線。它的內管與鑽井平台連線，並隨之運動，外管與隔水管柱連線，靠內、外管的滑動來補償鑽井平台的升沉運動。分流器安裝在隔水管頂部，它的作用是分流對井眼具有少量回壓的油流，讓油流向鑽井裝置的兩側。這是在鑽井初期遇到井噴時，封住鑽具、保護井口的一種措施。
浮式隔水管是外層為浮室或浮性物質的隔水管。
撓性接頭的作用是在防噴器組和隔水管組之間提供一定的轉角(通常為10度)，以保證井口和防噴器組的穩定性，以適應浮式鑽井裝置的漂移和搖擺。撓性接頭有球形接頭、萬向接頭等。
液壓連線器用於隔水管組與防噴器組連線和防噴器組與井口裝置的連線。連線器不僅承壓能力強，密封性能好，而且連線和脫離動作靈活、可靠，操作方便。常用的液壓連線器主要有心軸式和爪形兩種。
控制系統
控制系統的作用是控制水下設備各部分的動作，如防噴器的開啟，壓井閥、防噴閥的開啟，以及連線器的連線和脫離等。主要是由主控制板、司鑽控制板、遙控板、液壓動力裝置、儲能器組、高壓控制軟管管匯、絞車、蓄電池及其充電裝置等組成。
輔助設備
輔助設備主要有導向繩張緊器、接頭盒張緊器、隔水管張緊器，以及這些張緊器的儲能器、氣動絞車和專用空壓機組等，還有水下設備的各種下入工具和起吊工具等。
圖5 液壓缸式張緊器的組成和工作原理
圖5 液壓缸式張緊器的組成和工作原理導向繩從海底經船井口的導向輪、張緊器的滑輪，纏在絞車上。張緊器的作用是使導向繩保持拉直狀態。目前隔水管及導向繩張緊系統普遍採用的是帶儲能器的氣壓一液壓缸式張緊器，其組成和工作原理見圖5。張緊器由缸套、活塞、拉桿、滑輪等組成。缸套下腔通氣一液儲能器，儲能器中的油液在高壓氣的作用下對活塞產生一定的推力，使滑輪上頂拉緊導向繩。當浮式鑽井裝置作升沉運動時，張緊器也隨著上下運動，使導向繩的拉力發生變化，拉力大時滑輪壓活塞下行，拉力小時滑輪被活塞頂起，因此導向繩處於恆定的拉緊狀態。
