典型钻井平台管路模块化设计应用

田学贵，时英翠

（烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东烟台 264000）

典型钻井平台管路模块化设计应用

田学贵，时英翠

（烟台中集来福士海洋工程有限公司，山东烟台 264000）

钻井平台D90是目前作业水深和钻井深度最大的半潜式双塔双钻平台，其月池及钻台舾装工作量巨大，如何提高生产设计的模块化水平，并保证平台的建造进度是一项非常关键的工作。文章通过对钻井平台D90的月池区管路模型设计进行分析，总结出平台钻井模块管路设计的优点，为今后平台管路的设计提供参考。

钻井平台；模块设计；管路系统

0 引言

钻井平台D90“阿尔法”号的管子超过40 000支，其中钻井区管子就超过30%，没有中间产品[1]的成组装配施工的模块化设计，很难保证平台的建造进度。布置密集的管子主要集中在液压、泥浆、固井等系统，这些区域应该进行重点分析。对比已建项目D90“发现者”号和“中海油服兴旺”号的设备类型和整体布局，在此基础上进一步对管路布置进行配置与优化，以达到模块化设计的效果。下面从几个常见的模块加以说明。

1 HPU液压模块

1.1 D90“发现者”号HPU的特点及缺陷

D90“发现者”号HPU的显著特点主要有：2个小HPU并联组合在1个整体基座上，2个小HPU并联后引出4个环路供应钻台、井架上的常规动力设备。主、副井的塔架提升系统、丝绳补偿系统分别来自1个小HPU。HPU管子接口多，需要布置的管子细而密。

其缺陷有：房间空间有限，2个小HPU的板冷只能布置在房间外的走廊内。由于HPU房间上方是BOP房间，液压管通过上方房间直接到达钻台的近路被阻断，只能通过套管区再向上布置，再到达钻台。具体如图1所示。

1.2 D90“阿尔法”号采取的主要措施

D90“阿尔法”号采取的主要措施如下：

1）设备选型时，HPU做成整体的，管子接口由44个减少到21个[2]，减低模块化设计的难度；

2）调整BOP房间的位置，把BOP房间移到2#机舱的上方，方便液压管向上延伸，直接到达井架；

3）HPU上方的房间布置成上下两层，上层布置塔架提升蓄能器瓶组，下层布置HPU房间的风机、兼做液压管的通道。

1.3 模块化设计效果

经优化设计的HPU及其管路具有以下特点：

1）管路布置精炼、清晰，管子接口少；

2）如图2所示，形成2个附加的模块。

2 套管、张紧器软管模块

半潜式钻井平台的张紧器系统，一般采用有导向钢丝绳或无导向钢丝绳方案进行解决[3]。无钢丝绳方案张紧器系统直接作用于液压缸补偿，需要配备液压软管。套管系统的软管因不同的张紧器系统方案，其布置方案各有缺点。

2.1 分析已建项目的不足

1）第五代钻井平台，以“中海油服兴旺”号为例

套管的5支软管（节流/压井2支，液压2支，泥浆1支），其上接口终止于底甲板以上，软管需要穿过双层底分段的2层甲板，为防止船体结构磨损软管，穿舱型式采用加大很多的钢管，且钢管2段需要采用双曲线扩口型式。

张紧器采用导向钢丝绳，没有采用软管。

设备本身重量大、安装重心高，占用大量甲板面积，对结构要求高等都是无法克服的难点。

2）第六代钻井平台，以D90“发现者”号为例

套管的5支软管与张紧器的6支软管分2组，分别下穿井心首、尾的双层底甲板，软管接口布置在双层底内部，2层甲板均采用自由孔穿舱型式。因DN250的液压管弯头过大，张紧器的6支软管需要自带90°弯头。

不足之处是，在净空只有1 000 mm的空间内拆装软管的接头不方便；联合自由孔的穿舱型式，也给检修维护等带来高空跌落的安全隐患。

2.2 D90“阿尔法”号优化方法及效果

1）套管与张紧器的软管接口位置调整到双层底下，并加设维修吊架，方便维护、检修等操作；

2）考虑到套管的5支管压力较高，穿舱型式采用套管加密封胶型式；张紧器的6支油气管采用腹板加套管的穿舱型式，以规避开敞式的联合自由孔，消除跌落风险；

3）优化设计后的效果如图3所示。

3 排舷外模块

对于多数钻井平台而言，钻台及井架的设计工作往往整体外包。例如，D90“阿尔法”号的分流器属于NOV的界面，但与其连接的多数管路系统属于船厂界面。

对于这类问题，在详细设计阶段，既要理清界面节点，也要优化模型布置，力争做到界面清晰、出图简便、施工快速。

分流器的放泄管，从月池区高高的“舷墙”向下，穿双层底接三通阀排向左右舷。三通阀自重3.7 t，模块化设计时需要充分考虑其吊装方案，以保证吊装的安全性，提高吊装的质量和速度[4]。

同样，节流压井管汇的泥浆排舷外，其吊架强度需要符合船级社规范的要求[5]。

二者组成排舷外模块，整体设计，并利用上船体下水前，在驳船上的时间快速施工，充分体现模块化设计施工的优越性。其设计效果如图4所示。

4 第三方设备模块

第三方设备（如ROV设备等）由船东采购，但一般情况下没有详细的三维模型，并且前期的详设图纸中往往没有这些设备的信息。

这些设备主要布置在月池区的甲板上，其中涉及到的管路主要有海水、通用冷却、仪表空气等系统。在管路施工设计时，需按照成组技术[6]的指导思想统筹考虑，防止遗漏，并及时送船东签字认可。

5 结论

模块化技术的优点主要在于节约成本、提高质量、缩短建造周期[7]。以上几个模块的优化设计过程足以说明这一点。

将模块化设计技术广泛应用于钻井平台的管路设计，还有下列优点：

1）化多类型、少批量的平台建造为少品种、大批量、机械化生产的模块制造过程[8]；

2）化繁为简、优化布置，降低施工难度；

3）提高系统的整体性布置等。

Application of Piping Modular Design on Typical Drilling Rig

TIAN Xuegui, SHI Yingcui

(Yantai CIMC Raffles Offshore Ltd., Shandong Yantai 264000, China)

The drilling rig D90, which has the largest operation depth and drilling capacity in the world, is designed with dual derrick rigs. Due to the huge outfitting work in moon pool and drill floor areas, how to improve the level of the production modular design and how to ensure the construction schedule become a very critical work. The piping modular design in moon pool on the drilling rig D90 is analyzed. The advantage of piping modular design of drilling rig is summarized. Reference is provided for future rig piping design.

drilling rig; modular design; piping system

U664.84

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.008

田学贵（1978—），男，研究方向：钻井平台、游艇等设计研究。