深水钻井船临时系泊稳定性设计.pdf

石油天然气学报 江 汉石 油学院学报 2 0 1 1 年 4 月第 3 3 卷第4 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A p r ． 2 0 1 1 V o 1 ． 3 3 N o ． 4 深水钻 井船临时 系泊稳定性设计 王跃 曾 ，唐海雄 ，刘正礼 张新平 ，姜清兆 中海石油 中国 有限公司深 圳分公司， 广东深圳 J ’ 。 。 。 [ 摘要]通过对深水钻井船锚链加钢缆 混合定位方式 的系泊稳定性研 究，得 出系 泊模 型的完整性 与仿 真程 度决定 系泊设计 的精度 ；采用 国际通用设计标 准可 降低 深水 系泊的系统风 险，并通过 历史 资料数据库评 估 钻 井 船和 锚运 船 间载 荷 分 配 等 结 论 ，对 深 水 钻 井 作 业具 有 一定 的指 导 意义 。 [ 关键词]海上油气勘探；深水钻井；系泊；稳定性；模型；防真度 [ 中图分类号]T E 9 2 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 1 0 4 0 1 5 2 一O 3 中国海洋 石油 总公 司计 划在 西非 赤 道几 内亚海 上 利用 S o n g a S a t u r n深 水钻 井 船进 行 3口初 探 井 的 钻 井作业 ，该钻 井船 为锚链 加钢 缆混合 定位方 式 ，每钻 完一 口井后需 要起 锚航 行到 新 的井 位 ，因此属 于 临 时系泊 。Ak e n g - 2 S 一 3 井井 位水 深 6 0 0多米 ，井场 水深 从 4 0 0 8 0 0多 米 ，横 跨 整个 系泊 水域 。 依 据 S o n g a S a t u r n深水钻 井船在 西非 赤道 几 内亚湾 深 水海 域 的 作业 表 现 ，预计 钻 井 船 艏 向为 2 0 0 。 ，采 用传统 8 个锚布锚方式进行锚泊稳定性分析。 系泊 系统模型设 计原则 用来 进行 系泊分 析 的应 用软 件属 于频域 系泊应 用程 序 。该 程序 的应 用须遵 循 的原则 是 ①为 了准确 无误地模拟每一系泊元器件的动力特性 例如长度、重量、直径 、刚度、摩擦力 、阻力以及附加质量 系数 ，设 计 了系泊缆 外形 ；②为 了模 拟海底水 深 以及 坡度 ，设 计 了系泊 系 统 布局 ，以达 到钻 井船 位 置 和 每一锚 位处水 深都被 准确 无误地 设计 ；③ 风 、浪 以及水 流按 照规 范 中的推荐 方法进 行设 计 ，该 推荐 方 法是 AP I R P 2 S K第 3版中推荐的 1 O年一遇 的气象海洋数据；④通过将环境因素强加在船上以及船舶 的 系 白 设 备 ，从船 艏方 向开 始 ，每 次 增加 5 。 ，范 围 为 3 6 0 。 ，从 而 进 行 动 态 和准 静 态 分析 ；⑤ 完 整 以及 损坏 即单 缆系泊 断缆 条件 从船 艏开始 分析 ，在损 坏分 析过程 中 ，所有 8条 系泊缆 在每 种环境 下按顺 序破断，但不同时出现 2根系泊缆同时破断；⑥采用 AP I R P 2 S K第 3版中的临时锚泊设计条件 ；系统 可行性设计基于系泊系统本身的能力 ，以满足临时系泊可行性设计要求，该要求在 AP I R P 2 S K第 3 版 有 明确说 明。 2 约束条件 该系 泊系统 除满 足规 范要求 的标准 之外 ，还必 须满 足 以下 设计边 界条 件 ① 系缆破 断强度 安全 系数 源于设计时规范要求的最低条件 ；②不论在作业状态还是风暴状态下 ，在零 0 环境下 的锚缆张力不 超 出其 对应 锚机 的停转 载荷 ； ③ 系泊绞 车承 载力 为 钢缆 的破 断载 荷 吨 ；④ 锚机 承 载 力 为锚 机额 定 承 载力 吨 ；⑤缆 绳作业 负荷 ≤ 2 0 8 t 4 6 O k l b ；⑥ 在零 O 环境下 ，泊 线在 导引缆 处必 须有 一个 最 小 的垂 向角 以防止锚 缆与钻 井船 的锚架 接触 ；⑦抛 锚船 具备锚 泊作 业 能力 ；⑧泊线 距水 下管 缆或水 下设施 至 少 1 5 2 m 5 0 0 { t 。 [ 收稿日期]2 0 1 1 一O 2 2 3 [ 基金项目] 国家 十二五 科技重大专项 2 0 1 1 Z X 0 5 0 2 6 0 0 1 0 2 。 [ 作者简介] 王跃曾 1 9 6 7 一 ，男 ，1 9 9 1 年江汉石油学院毕业 ，工程师 ，现主要从事海洋钻完井技术研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷第 4期 王跃 曾等 深水钻井船临时系泊稳定性设计 3 数据输人 3 ． 1 位 置信 息 S o n g a S a t u r n深水钻 井 船位 于赤 道几 内亚海 上位 置 的水深 测量 由海 底 调查 服务公 司提供 ，主要 数 据 有 井 位 坐标 ，Xn l E，Ym N；船 中心 处水 深 ，i n f t ；船 艏 向 ， o ； 3 ． 2海洋 气 象数据 风 、浪 以及 水 流按 照规 范 中推 荐 的 内容 进 行 设 计 ，使 用 I S O T C 6 7 ／ S C 7 ， I S o／ F D I s 1 9 9 0 1 1 2 0 0 5 E 提 供 的 1 O年 风暴 数 据 ，题 为 “ 石 油 以及 天 然 气 工 业一 一 海 上 结 构 的特 殊 要 求 第 一 部 分 海 洋气 象数 据 的设计 以及操 作考 虑” 。环 境信 息是 从 设 计 文档 中的基 础 部 分 提取 出来 的 。所 有 采 用 的分析 方法 利用 了相 同的 以及全 方位 的环 境 ，这是 一 种相 对保 险 的做法 。 钻 井船 的水 动力 特性 即绕波 频 率 以及 平 均波 的漂 移 系数 、风 以及 流 压力 系 数 等 内容 以一 个 惯用 的船舶 文件 形式 提供 。 钻 井船 的 8条 系泊缆 绳元 器件 属 性 ，输入 的 内容 如下 1 8个锚 均 为 S t e v p r i s MK 3型拖 拽 埋 人 式 锚 D r a g e mb e d me n t a n c h o r ，重 约 1 0 t ，它 依靠 锚爪 前 端 土壤等 介质 的摩 擦力 实 现 固定 能 力 ，这 种 锚 能够 承 受 的 水 平 拉 力 为 3 5 3 k l b ，但 通 常 不 能 承 载 大 的 垂直拉 力 。 2 OR Q 型锚 链 尺 寸为 2 ． 7 5 i n 1 i n 2 ． 5 4 c m ，每个 锚链 环 的 内部 有 间柱结 构 S t u d l i n k ，这也 是 浮式 钻井装 置 定位 时最 常用 的一 种锚 链类 型 ，平 台共 配备 8条各 2 0 0 0 f t 1 f t 一3 0 ． 4 8 c m 长 的该类 锚 链 ，线 重为 9 6 ． 6 k g ／ m，抗 拉 能力 为 4 0 9 t 。 3 6 X 3 6螺 旋 钢缆 尺 寸为 2 ． 7 5 i n ，与相 同抗 拉 能力 的锚 链相 比 ，锚缆 更 轻 2 4 ． 8 k g ／ m ，具 有更 高的 弹性 ，缺点 是它 比锚 链更 容易 破损 和受 腐 蚀 ，更 换频 率 高 。钻 井船 共 配 备 8条 各 7 8 5 0 f t 长 的该 类 锚 缆 ，抗拉 能力 3 8 5 t 。 4 起抛 锚船 缆绳 接 力 3 8 5 t ，通过 监控 锚运 船 绞车 上 的拉 力测 量设 备来 控 制 深水 系 泊作 业 中的设 备 超 载风 险 。 5 锚链 抗拉 能力 4 0 9 t 。 6 锚链 ／ 钢 缆 Ch a i n ／ Wi r e ／ 缆 环 P C C ／ P WC 锚链 环 P C C 选 择 梨 型 ，可 以使得 锚 链 更 容 易 滑行 通过 。起 抛锚 过程 中不 会造 成锚 链损 坏 ，选 择锚 链环 的 材料 比锚链 软 ，主 要 的磨损 会发 生在 锚链 环 上 。 7 深水 系 泊系统 在 选择操 作 拉力 时防 止 出现锚 垫 接触 。 3 ． 3系缆 系统 结构 设计 的系泊布局以及锚泊位置在系泊布局图中提供 。每一系泊点将使用传统的缆和链的布置方法进 行部 署 。钻井 船 系泊 系统 是在 正常 和生存 2种典 型 的操 作张 力情 况下 使用 的l_ 4 ] 。缆 绳 的布局及 其 相应 的 张 力列 表并 以公 制单位 和 英制 单位 表现 出来 。 4 设计结果 通 过运用 系 泊系统 设 计与 分析 软件 ，对 Ak e n g 一 2 S 一 3 井 位采 用传 统 的 8条腿 的系泊 方法进 行 了分 析评 价 ，基 于系泊 系统 设 计 与 分 析研 究 的结 论 ，S o n g a S a t u r n深 水 钻 井 船 可 以成 功 地 系泊 在 Ak e n g 一 2 S 一 3 油 井位 置 。系泊 分 析 结论 为 最 小 动 态 完 整性 安全 系数 1 0年一 遇 的风 暴 ≥ 规 范 要求 AP I R P 2 S K 的要 求 ；最小 动 态损 坏安 全 系数 1 0年 一遇 的风 暴 ≥ 规 范要 求 AP I RP 2 S K 的要 求 ；保 持锚 及锚 链完 整性 的安 全 系数 1 0年 一遇 的风暴 ≥规 范 要 求 AP I R P 2 S K 的要 求 ；锚 机 同 时配 备 操作 2 ． 7 5 i n锚链 和 锚缆 的功 能 ，其 中锚链 轮 的额 定拉 力值 为 4 2 8 k l b ，锚缆 滚筒 的额 定拉 力值 为 6 4 0 k l b 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 4 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 1 年 4月 5 结 论 1 影 响锚抓 力大小 的安 全系数 能满 足 l 0年一遇 风暴环 境 下的条 件 。 2 根据 S t e v p r i s MK3 锚 的特 性 ，提 前将 8套锚 的锚 角调整 为适 合软地 层 的 5 o 。 。 3 系泊模型 的完整 性与 防真程 度决定 系泊设 计 的精度 。 4 采 用 国际通用设 计标 准可 降低 深水 系泊 的系统 风险 。 5 通 过历史 资料数 据库评估 钻井 船和 锚运船 间载荷 分 配 的计算 结果 是一 种安全 可靠 的评估 方法 。 [ 参 考文 献] [ 1 ]王跃曾 ，刘正礼 ，周红元 ，等 ．海外深水钻井船安全快速动复员方法_ J ]．石油天然气学报，2 0 1 0 ，3 2 5 3 8 3 ～3 8 4 ． [ 2 1刘正礼 ，唐海雄 ，王跃 曾，等 ．深水喷射导管实用设计方法 8 J ]．长江大学学报 自然科学版，2 0 1 0 ，7 1 5 7 ～5 9 ． [ 3 ]张新平 ，夏宏南，王跃 曾，等 ．海上 “ 飞蝶”一新型单体圆柱结构在海洋石 油工程 中的应用 [ 刀 ．长江大学学报 自然科学 版 ， 2 0 1 o，7 2 1 1 9 ～ 1 2 1 ． [ 4 ]张辉 ，高德利 ，唐海雄 ．喷射安装导管作业中喷射 管串力 学分析 [ J ]．西南石 油大学 学报 自然科 学版 ，2 0 0 9 ，3 1 6 1 4 8 ～ 】 5 】 ． [ 编辑] 苏开科 上接 第 1 4 8页 [ 参 考文献 ] [ 1 ]陈家庆，常俊英，王晓轩 ， 等 ．原油脱水用紧凑型静 电预聚结技术 --[ J ]．石油机械 ， 2 0 0 8 ，3 6 1 2 7 5 8 0 ． [ 2 ]Ur d a h l O， Wi l l i a ms T J ，B a i l e y A G，e t a 1 ．E l e c t r o s t a t i c d e s t a b il i z a t i o n o f w a t e r i n 一 0 i l e mu l s i o n s u n d e r c o n d i t i o n s o f t u r b u l e n t f l o w [ J ]．Tr a n s I C h e m E n g ，1 9 9 6 ， 7 4 3 1 5 8 --1 6 4 ． [ 3 ] Ha r p u r I G，Wa y t h N J ，B a i l e y A G，e t a 1 ．De s t a b i l i z a t i o n o f wa t e r i n o i l e mu l s i o n s u n d e r t h e i n f l u e n c e o f a n A ． C ．e l e c t r i c f i e l d e x p e r i me n t a 1 a s s e s s me n t o f p e r f o r ma n c e[ J ]．J o u r h a l o f E l e c t r o s t a t i c s ，1 9 9 7 ，4 0 4 1 1 3 5 ～1 4 0 ． [ 4 ]张黎明，何利民 ， 马华伟 ， 等 ．绝缘紧凑型电破乳器中液滴聚结特性研究 [ J ]．中国石油大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7 ，3 1 6 8 2 ～ 8 6 ． [ 5 ]Ur d a h l O，No r d s t a d K， B e r r y P， e t n ．Th e d e v e l o p me n t o f a n e w c o mp a c t e l e c t r o s t a t i c C o a l e s c e r c o n c e p t[ c]．S P E 4 8 9 9 0 ，1 9 9 8 ． [ 6 ]张黎明，何利民 ，吕宇玲 ， 等 ．高压静 电聚结破乳技术 [ J ]．高电压技术 ， 2 0 0 8 ， 3 4 4 6 8 7 ～6 9 0 ． [ 7 ]徐培瑜 ，彭建萍 ．电脱过程 电能损耗及金属电极板绝缘改造 【 J ]．油气 田地面工程 ， 2 0 0 0 ，1 9 7 3 O ～3 1 ． [ 8 ]C h r i s t i n e N，C h e n J i a q i n g ，C h r i s t i n e D ．E l e c t r o s t a t i c d e mu l s i f i c a t i o n o n c r u d e o i l a s t a t e ～ o f t h e a r t r e v i e w r J ]．S P E 1 0 3 8 0 8 ，2 0 0 6 ． E 9 ]C b i e s a M， Me l h e i m J A， P e d e r s e n A， e l a 1 ．F o r c e s a c t i n g o n w a t e r d r o p l e t s f a l l i n g i n o i l u n d e r t h e i n f l u e n c e o f a n e l e c t r i c f i e l d n u me r i c a l v e r s u s e x p e r i me n t a l o b s e r v a t i o n s口]．E u r o p e a n J o u r n a l o f Me c h a n i c s B ／ F l u i d s ，2 0 0 5 ， 2 4 7 1 7 ～7 3 2 ． [ 1 o ]P e d e r s e n A，I l d s t a d E，N y s v e e n A．F o r c e s a n d mo v e me n t o f w a t e r d r o p l e t s i n o i l c a u s e d b y a p p l i e d e l e c t r i c f i e l d[ C ]．P r e s e n t a t i o n a t t h e 2 0 0 4 Ann u a l Re p o r t Co n f e r e n c e o n El e c t r i c a l I n s u l a t io n a n d Di e l e c t r i c Ph e n o me n a，2 0 0 4 ． [ 1 1 ]Ta y l o r S E ．T h e o r y a n d p r a c t i c e o f e l e c t r i c a l l y e n h a n c e d p h a s e s e p a r a t i o n o f wa t e r - i n o i l e mu l s i o n s r J ]．Tr a n s I C h e m E，1 9 9 6 ，7 4 5 2 6 ～ 5 4 0 ． 口2 ]S c o t t T C，B a s a r a n O A，B y e r s C H，e t a 1 ．C h a r a c t e r i s t i c s o f e l e c t r i c f i e l d i n d u c e d o s c i l l a t i o n s o f t r a n s l a t i n g l i q u i d d r o p l e t s[ J ]，I n d u s t r i a l a n d En g i n e e r i n g Ch e mi s t r y Re s e a r c h，1 9 9 0， 2 9 5 9 01 ～ 9 0 9 ． [ 1 3 ]T a y l o r G I ．D i s i n t e g r a t io n o f wa t e r d r o p l e t s i n a n e l e c t r i c f i e l d[ J ]．P r o c R S o c ，L o n d o n ，1 9 6 4 ，2 8 0 3 8 3 ～3 9 7 ． [ 1 4 ]S a ms G W．Mu l t i p l e f r e q u e n c y e l e c t r o s t a t i c c o a l e s c e n c e[ P ]．Un it e d S t a t e s P a t e n t P u b No ． 7 3 5 1 3 2 0 ． 2 0 0 8 0 4 0 1 ． [ 1 5 ]L u n d g a a r d I E，B e r g G，At t e n P， e t a 1 ．E l e c t r o c o a l e s c e n c e f o r o i l w a t e r s e p a r a t i o n f u n d a me n t a l a s p e c t s[ J ]．S u r f a c t a n t S c i e n c e Se r i e s ， 2 0 0 6 ， 1 3 2 5 4 9 ～ 5 9 2 ． [ 1 6 ]黄正华 ．油水混合介质相对介 电常数的研究 [ J ]．油气 田地面工程 ，2 0 0 0 ，1 9 2 8 ～9 ，1 6 ． r 1 7 ]朱岳麟 ， 冯利利 ，张艳丽 ，等 ．原油高频 电脱盐机理研究E J ]．石油学报 石油加工 ，2 0 0 6 ，2 2 4 6 1 ～6 5 ． [ 1 8 ]朱岳麟 ， 黄欣 ，熊常健 ，等 ．航空油品高频／ 高压电脱水微观机理 [ J ]．石油炼制 与化工 ，2 0 0 5 ，3 6 4 1 9 ～2 2 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m