探讨海洋模块钻机井架提升系统安装

探讨海洋模块钻机井架提升系统安装

徐志源

中海油能源发展股份有限公司装备技术分公司

摘要：海洋石油模块钻机应用越来越多，模块钻机在建造时，井架提升系统的安装是钻机设备安装的重点和难点。本文介绍钻机建造安装井架提升系统的过程，并根据施工积累的经验提出些建议，方便现场安装，达到节约工时、降低成本以及减少安全风险的目的。

关键词：海洋模块钻机；井架提升系统；安装技术

1、概述

在海洋模块钻机中，井架包括井架、顶驱装置、二层台指梁装置、钻杆扶正台、天车游动系统、工作爬梯、工作台、照明设备和满足正常作业所需其他设施等。钻台设备还包括钻井绞车、钻井大绳滚筒和死绳固定器、转盘、液压猫头及气动绞车、钻杆立根盒、高压泥浆管汇、固井管汇、压井放喷管汇及控制系统、泥浆气体分离器、司钻房设备和设施等。在海洋模块钻机建造项目中，井架、钻井绞车、钻井大绳滚筒设备安装过程是相关的、连续的，因此，在这里将这些设备安装称为井架提升系统安装。目前，海洋模块钻井主要为5000米或7000米钻机，使用自升式的井架。因此，本文主要围绕这种型式的井架进行论述。

井架提升系统的安装是模块钻机设备安装中最复杂、安全风险高、持续作业时间最长的一项工作，需要做好相应的计划和准备。井架提升系统安装过程需要占用较多场地、人力、吊车、叉车等资源，合理安排施工进度和工序，能有效降低资源占用率，从而降低成本。另外，熟悉安装过程，了解安装过程中存在的安全隐患，才能降低安全风险。

2、井架提升系统的安装准备

由于井架提升系统设备多，安装时间长，做好设备安装前的准备非常有必要。合理的计划，充分的准备，能够使得安装过程安全、顺利。

（1）井架提升系统设备安装主要是井架、天车、游车、钻井绞车、倒绳机、钻井大绳、顶驱等，涵盖了钻台面的主要设备，安装顺序为钻井绞车、井架、钻井大绳穿绳，顶驱安装。对钻台面的其他设备，如司钻房、转盘、气动绞车、液压猫头、高压管汇系统等设备的安装也有一定影响和联系。在将井架吊装到钻台面之前，应该先把转盘、司钻房、倒绳机和钻井大绳装好，而钻台面的气动绞车、液压猫头等因为会妨碍井架安装，应该先不安装。

（2）在井架到货前，应该规划好井架存放和安装的场地。由于井架为了方便运输，散装到货，存放和地面组装都要占用场地。场地的存放和安装位置应为方便安装、方便吊车作业以及方便吊上平台的原则。安装位置合理，能有效减少吊车走车时间，提高吊车利用率，节省安装时间。

（3）在安装开始之前，应该先清点设备物资。设备散件特别多，建议设备厂家在发货装箱时，分类装箱，做好零件对应标识。

（4）准备安装机具。提前计划落实吊机资源，计算吊机的起重能力、吊机覆盖范围和吊装高度。提前准备装钻井大绳的引绳和连接件等工具。

（5）由于起升井架需要用到平台液压站，因此，安排计划时，应先完成液压站的安装调试以及液压管的安装。

（6）在装钻井绞车前，应先完成绞车底部集污盒的工作。在钻台装井架之前，最好将转盘装好，避免增加拖拉设备的工作。

3、井架提升系统的安装

井架提升系统安装工序为：首先安装钻井绞车，同时在地面组装井架，接着在钻台面安装和起升井架，再装游车和钻井大绳，最后安装顶驱。

钻井绞车重量大概40吨左右，大部分钻井绞车安装，都是下沉式安装，底座下沉到钻台面以下，用螺栓将绞车和结构梁连接固定。绞车底下为集污盒，装螺栓时需要爬到集污盒里面紧固螺栓，因此，在装绞车之前，需要开好人孔。将绞车固定好后，连接与司钻房的液、气管线以及电缆，并调试好绞车，在装钻井大绳和顶驱时，需要使用绞车。

井架一般为自升式井架，总高约46米，分为6段，包括上段、中上段、中段、中下段、下段以及基段。其中基段大约50吨，上段加天车的话重量也将达到25吨，其他段分别为12吨左右。

首先，在地面组装井架，将井架各段的组装起来，形成完整的一段，总共6段，天车和上段连接在一起。其中，井架基段是地面组装的重点工作。

组装基段有两种方法，第一种，将基段两半分别吊到钻台面，与底座连接好，用撑杆撑住，再将基段连接起来，安装走道和操作台等附件。另外一种是在地面将基段放倒，将两片基段连接起来，安装附件，最后翻转立起来，吊装到平台上面。后面一种方面可以减少空中安装工作量，通常采用这种办法。

井架各段在地面组装好后，吊到钻台面安装。井架自带一台或者两台液压绞车，用于每段井架的起升和下放。安装的顺序一般先装基段，然后由上到下安装其他各段。在起升一段后，安装上一段的笼梯、走道、操作台、二层台等。

在使用液压绞车起升井架过程中，存在一定风险，需要注意液压系统的压力，如果系统工作压力超过规定压力时必须停止起升。如果井架采用两台液压绞车起升，还应注意两台绞车是否同步。

井架起升好后，连接钻井大绳，用大绳将绞车、天车、游车连接在一起。在穿绳过程中，在引绳和大绳接头处有脱落风险，应做好人员隔离。

装完大绳后，最后安装顶驱。安装顶驱时，需要将顶驱立起来，跟游车连接。以往项目用的顶驱为国外进口，没有安装架，安装时用两根吊带前后绑住，将顶驱立起来，这种方式由于顶驱不能完全直立，使得游车和顶驱很难连上，并且存在风险。另一种方法是，制作一个安装架，便于吊装时将顶驱直立起来。

如果在海上吊装模块钻机，由于井架妨碍钻机吊装，还需要将井架拆除。步骤与起升相反，依次是井架下段、中下段、中段、中上段、上段、基段。拆除后运输到海上，再重新装回来。

在海上安装过程中，由于笼梯等附件在井架外围，人在高空中作业，而且海上吊机位置置固定，有些安装位置吊不到，使得作业比较困难，存在风险。

4、井架提升系统安装施工经验

在井架现场安装过程中，积累一些现场施工经验，这些经验对于减少现场施工困难，优化设备有帮助。

第一、在组装基段时，井架厂家在厂里面将两片基段在钻台上立起来，安装和连接。而实际上，先将基段在地面放倒，再将两半连接起来，安装附件，然后将基段整个翻转，最后吊装到钻台上面。这种方式减少在空中组装工作。厂家在制造井架时，根据建造场地的安装方式，考虑设置翻转基段的吊点。

第二、由于笼梯在井架外围，要考虑笼梯安装的便利性。虽然笼梯比较简单，但是，笼梯在高空中安装，而且笼梯很容易变形，造成安装困难，采用护笼和梯子一体的比较方便安装。

第三、井架上面的放空管线，在井架最底部，设置活套法兰，否则，在和平台放空管线连接时，可能要调整每一段，才能让螺栓孔对应上。

第四，合理布置倒绳机位置和钻井大绳的走向。从倒绳机引出大绳时，走向应减少转弯。最好方式倒绳机位置使得大绳直接从钻台上到井架，这样能减少大绳拖拉阻力。

第五，钻井绞车下面的集污盒，应做得空间大些，才能方便人爬进去装螺栓或者检修绞车。以往一般在钻台面设置进入集污盒的人孔，用于人员进入安装和维修，最好在绞车上面开维修人孔。

第六，为了减少噪音，装完绞车后，可以将绞车电机冷却风机改装到电控房顶部。由于电控房顶部空间少，应注意不和其他设备或井架位置干涉。

5、结束语

综上所述，井架提升系统是模块钻机重要设备，在安装过程中，只有不断积累经验，分析和解决遇到的问题，才能安全、高效的完成作业。并且根据安装和使用经验，提出改进建议，也能形成更适合海洋环境施工特点的设备。

参考文献:

[1]海洋石油工程机械与设备设计《海洋石油工程设计指南》编委会