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海洋钻机关键设备快速发展

2024-02-20 15:41     来源:海洋石油装备与材料     海洋钻机
随着海洋石油作业深度的加大,世界各国海洋钻井公司纷纷加大了深水平台钻机的建造规模,其关键设备如绞车、井架、管子处理设备、转盘、顶驱、钻井泵、升沉补偿装置等也得到了快速发展。

(1)井架 井架的发展是以适应钻井承包商的要求而不断发展的,前期的钻井作业的水深不是很深,井架多为塔式,随着钻井作业水深的加大及钻井深度的提高,为了在井架内摆放更多的钻具,必须增大井架二层台的宽度,井架由原先的塔式转变为瓶颈式。在20世纪末,海洋钻井工程人员提出了双联井架钻井系统的理念,即在同一平台上配备两套钻井系统。在2005年3月交付使用的GSF(GlobalSantaFe)公司的Development Driller I&Ⅱ第六代深海半潜式钻井平台配置了主辅井口双联井架作业系统。

在深海钻井作业过程中,大部分时间用于组装、拆卸钻杆及下放、回收水下器具等作业。通过双联井架并结合两套提升系统、旋转系统以及钻井液循环系统,可实现主、辅双井口作业方式,将一些准备工作与正常钻井同步进行,大大提高钻井效率。虽然双联井架系统增加了深水钻机的成本,但是其对钻井效率的提高是非常显著的。在2005年3月交付使用的GSF(GlobalSantaFe)公司的Development Driller Ⅱ第五代深海半潜式钻井平台配置了主辅井口双联井架作业系统,在Aconcagua海洋气田钻探时大约节省了25%的作业时间,目前双联井架供应商主要为NOV公司和AkerMH公司。

(2)钻井绞车 钻井绞车是半潜式钻井平台钻机设备中的关键设备,其主要功能是起下钻具、套管、隔水管、水下器具及悬持全部钻具和钻头等。随着海洋石油的钻探和开采向深水推进,对钻井绞车的提升能力和钻深能力提出了更大的要求。

世界上比较知名的钻井绞车供应商NOV公司,对于深海半潜式钻井平台所需配置的站井绞车功率至少要2237kW(3000hp)以上。NOV生产的2040-UDBE绞车,采用直流电动机驱动,额定功率2983kW(4000hp)。NOV生产的AHD-750/1000绞车,采用交流变频电动机驱动,额定功率858kW×6(1150hp×6),其主动补偿绞车技术集成了控制和机械方面的最新技术,使用主动补偿绞车可以省去钻柱运动补偿器。此外,绞车刹车所产生的能量重新利用并反馈给钻井电控系统,提高了钻井效率,比传统钻井绞车的应用范围更为广泛。

(3)转盘 转盘的通径及额定的静载荷能力是转盘的主要参数,也是钻机设备配置中的一个重要参数。随着钻井作业水深的加大,转盘的通径越来越大,NOV公司转盘的通径已经达到1536.7mm(601/2in),额定静载荷达到11120kN(1135t)。

(4)顶驱 由于顶部驱动系统具有比常规转盘更高的钻井效率,目前海上钻井平台几乎全部配备了顶驱。美国Varco-BJ公司、挪威的Maritime Hydraulic公司、法国的ACBBretfor 公司和Trinten公司、美国的NOV公司、加拿大的Canrig公司和Tesco公司等都研制顶驱。对于深海半潜式钻井平台,NOV公司生产的TDS-1000具备8896kN(907t)提升能力。

(5)钻并泵 在深海半潜式钻井平台上,交流变频驱动的钻井泵已经完全取代了直流电驱动的钻并泵。由于井下双动力钻具和强动力钻具的出现以及深井、高压喷射钻井的需要,大功率(2200~2500hp)以及高工作压力(34.5~51.7MPa)的钻井泵在深井和超深井的钻机上已配套使用。NOV公司开发的HEX240钻井泵,输入功率1894kW(2540hp),采用圆柱凸轮机构实现往复运动,冲程300mm,最高冲数212r/min,两台交流变频驱动电机驱动,六个缸套,与传统三缸钻井泵相比具有输出流量稳定、超高压、超大流量、尺寸小等特点,目前已经在海洋平台上推广应用。

由此可见,随着海洋钻探和开发工程技术的不断进步,深水的概念和范围的不断扩大也对深水技术提出了更高的要求。国外油气开发向深水、超深水延伸,钻井工作水深不断加大,钻深能力增强,关键配套装备更加先进。

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