半潜式钻井平台抛锚就位作业分析

半潜式钻井平台抛锚就位作业分析

朱先振、金凤明、王栎棣

 中石化海洋石油工程有限公司上海钻井分公司

摘要：本文讨论的“勘探三号”半潜式钻井平台抛锚作业，其适用作业水深为35 -200米，采用的是常规的锚泊定位系统。“勘探三号”的锚泊定位系统是靠8个大抓力锚入土海床产生的拉力来定位，而遇到海底地质较为松软时，锚爪难以完全入土海床，而导致产生的拉力不足，不满足海洋钻井平台进行钻井作业的条件，此时就需要采取一些措施来解决这个问题。如2020年“勘探三号”平台在LD、DF区域抛锚均出现锚张力不达标情况。本文通过讨论“勘探三号”平台在这两个区块抛锚作业时遇到的情况和采取的做法，希望能够给以后半潜式平台同类型作业提供参考。

关键词：半潜式钻井平台；锚泊系统；起抛锚作业；张力

1  LD区块抛锚作业简况

2020年4月25日“勘探三号”半潜式钻井平台拖航到达LD区块作业，根据抛锚就位方案：进场航速1节左右时，平台先自抛5#锚，待5#锚出链至400米时锚链张力应始终维持在25吨左右。继续出链至600米，平台拖着5#锚链滑行300米，张力在50吨，继续出链至900米平台稳住。相比以往别的区域自抛锚抛出400米左右就能稳住平台，说明该区域海底表层是比较松散的砂土，底质附着力较小。

随后根据抛锚就位方案流程，平台依次将其它7个锚（3个主锚和4个副锚）交给起抛锚船，依次均抛出至900米左右，然后拉锚链张力至70-80吨，起抛锚船拖着锚链环退回，把锚头缆收回平台。然后平台压载至工作吃水，平台开始按规范要求对各锚进行140t的抓力试验。抓力试验结果显示：只有5#自抛锚未抛串联锚张力达到要求。

但根据地质资料显示：该海区海床表层有1-2米的淤泥。但锚链张力拉不起来，这种情况在其他的井位也发生过，近两年“勘探三号”平台在LD、DF两个作业区抛锚均出现过锚张力不达标情况，但是最多也就1-3个方位角的锚拉不住，7个锚同时达不到预紧张力的情况在“勘探三号”还是首次遇到，现场作业复杂程度不言而喻。

“勘探三号”平台常备四个串联锚，主要就是针对在锚链张力不能达到预紧张力的情况下考虑使用。经过平台领导的综合考虑（结合季风和抗台因素）后决定：将平台备有的4个串锚分别抛下1#、3#、4#、8#的串联锚，抛下串联锚后进行第二次抓力试验显示： 1#、3#、4#、8#的锚抓力均达到140T，试验合格。

此时四个主锚（1#、4#、5#、8#）和副锚（3#）张力合格，这也说明串联锚的作用是立竿见影的。因为串联锚本身自重就达15吨以上，再加上串联锚产生的组合拉力以及增加的钢缆、卸扣和海底产生的摩擦力，这些力叠加在一起后传递至平台的张力就会满足平台对锚链张力的要求。

至此，8个方位的锚，仍有三个副锚（2#、6#、7#）抓力试验不合格，可是此时已经没有备用的串联锚可用了。由于本口井的作业周期处于5-7月份，正值南海海域台风季节，根据作业方的抗台规范执行要求，8个锚的抓力试验全部合格才允许开钻打井。

2  张力不达标的处置方案

将平台的三个副锚（2#、6#、7#）的锚链放至极限长度1050米，计划静置50小时，目的在于锚爪能够在自重和潮流影响下入土海床更深一点，从而达到理想张力。原因是：锚链自重129KG/米，减去垂荡后1050米锚链自重就达到135吨，而且放出的锚链越长，锚链与海底接触的面积越大，产生的张力也就越大。同时，锚爪在海底静止的时间越长，在锚自身的重力作用下，锚爪会逐渐深入海床，增加锚爪抓力。与此同时，作业方紧急调拨两个大抓力锚火速运往平台。

在静置50小时后，平台开始自提张力，其中只有2#锚张力瞬间达到135吨，然后掉到90吨，且再也不能把张力拉到100吨以上。说明静置两天后所能起到的作用太小，不足以使锚产生预想的拉力。在作业方紧急调拨来的两只大抓力锚到达现场后，现场起抛锚船进行了2只大抓力锚的更换后，6#锚的抓力实验合格，但仍有一只大抓力锚未能抓住，在“勘探三号”平台整合剩余的锚泊资源后，决定将2#、7#抛下两套串联锚，再次试拉张力，至此所有8个锚的张力实验均合格。

至此，“勘探三号”创下自投产作业以来第一次抛下6套串联锚，共计14个锚的就位作业记录，才满足140吨试验锚张力要求。此次锚泊作业攻击历时六个昼夜，终于将抛锚就位作业完成。

紧急调拨来的大抓力锚无论在尺寸、体积、锚叶上均比“勘探三号”平台的锚要大不少，但实际的锚泊作业中仍然有一只锚张力拉不住，也能证明该海域海底表层土质十分松软，不利于平台锚抓力试验作业。

DF4井的起抛锚、压载都比较顺利，但在拉锚张力时对角锚链收回30-50m时张力均呈现出在80-120t范围内波动，在DF4井抛了4个串联锚最终6个锚张力得以拉到130t，2个未抛串联锚的拉到125t，后期静置沉锚48个小时以上，再下防喷器之前，再次试拉张力，张力终于可以拉到135吨以上，从而满足锚泊定位作业的张力试验要求。

DF12井是直接改变了作业程序，为了让锚和锚链沉的更久，压载到位以后先做钻前准备，推迟了6h拉锚张力，2#、5#、8#三个锚最大锚张力到120t随后基本维持在80-110t范围之间，3#、7#锚张力拉到125t后稳定，1#锚直接抛的串联锚张力到138t稳定，随即抛2#、5#、8#三个串联锚，抛完串联锚后拉张力8个锚均能达到140t要求，从第一次拉锚张力到抛完串联锚后再次拉张力间隔了6小时，总沉锚时间超过一天，静置沉锚效果显著。“勘探三号”在拖航到三亚锚地，8个锚均抛出650米左右，拉张力时，4#锚张力不达标，最大拉到110吨，后期静置沉锚4天以后，再次试拉张力，最终张力可以达到140吨。

3  抛锚张力不达标的原因分析

通过3口井的锚泊作业过程中出现的锚张力不足的综合分析，平台也了解了2013年前后施工的DF两口井情况，当时这两口井拉锚张力正常，距离2020年施工的2口井距离最近的10km，锚链和锚均均与当时作业的配置一样，只是锚机在2017年进行了厂修更换，新锚机锚上架后的张力显示20t，老锚机锚上架后的张力显示40t，因无法进行大吨位锚张力试验对比，故跟据锚上架后的张力将老锚机张力试验的160t数据减去20t推算出新锚机的张力实验值为140t。

所以在2017年锚机更换以后，平台一直是按140t数据试拉锚张力。老锚机在抛锚完成后，需把张力提到90吨左右，起抛锚船便可将锚链环退回平台，在2017年更换新锚机以后，在抛锚完成后，只需将张力提至65吨左右，起抛锚船就可以退回锚链环。

在观察锚链出水部分的角度和更换锚机以前的锚链角度后，我们进行了新旧对比，对比结果相差无几，该数据对比也印证了新、老锚机张力显示实际也在20吨左右。

平台根据现场实际操作情况总结分析认为：造成锚张力拉不起来的主要原因是海底淤泥或砂土的摩擦力不足。

原因是在锚到底20h左右锚张力到120-125t时就会破土，抛完串联锚以后张力都能拉到实验值，因为串联锚本身自重就达15吨以上，再加上串联锚爪产生的拉力和增加的钢缆卸扣和海底产生的摩擦力，这些力叠加在锚链上就会满足平台对锚链张力的要求。在不抛串联锚的情况下需要沉锚1天以上才能达到需要的锚张力实验值，沉锚时间越久锚抓力更稳固。

锚链张力实验未合格，一般有三个原因：

一是抛锚时起抛锚船发挥的系柱拉力小于锚和锚链产生的自重，导致拽锚航行的速度小于锚机出链的速度，导致锚链垂荡角度过大，甚至在海底堆积。这种情况通常要求拉锚链张力时需将锚链收回较多的长度，才有可能将锚链拉直，直至拉起张力，但是可能会导致最后抛出锚链的长度小于计划的出链长度。

二是起抛锚船偏离抛锚设计方位线，导致锚链躺底线路弯曲成蛇形。这时的解决方法和第一种情况相同，需将锚链收回较多的长度，才有可能将锚链拉直，直至拉起张力。

三是井位海床地质松软，锚的横杆在触底时不能自平衡，锚叶不能成开放角入土（犹如一个正方体掉入黄沙堆，不能自平衡，会以任何随机角度开放；但该正方体自由落入平地，无论何角度均能自立），从而不能提供该锚自由的最大抓力，加上锚杆后的锚链触底即埋入，至此便很难再通过绞锚链来拽动锚，最终导致锚爪难以开放角入土海床。

4 抛锚张力不达标的应对措施

针对该海域海底地质条件的应对措施：

1、不断优化作业程序，压载到位以后先进行钻前准备，将锚张力试验放在钻前准备之后、开钻之前，以获取更多的沉锚时间；

2、起抛锚船布锚时出链长度尽可能长，以增加锚链与海底淤泥的接触面积从而增加摩擦力；

3、起抛锚船布锚时尽可能稳在设计锚位线上，减少起抛锚船布锚过程受风、流影响锚链在海底呈蛇形，容易导致破土以及锚链收回太多影响判断；

4、如果出现多个锚张力试验不合格，优先将4个主锚抛串联锚，确保开钻，然后下BOP前已经有足够的沉锚时间，此时进行锚张力试验，这样更为合理妥当；

5、在DF12井起锚作业，1#、2#、5#、8#三个串联锚起完后在进行张力试验，单锚就能稳在140t就也反过来证明了目前这种海底地质条件下，锚张力与沉锚时间是成正比关系，为今后作业提供参考。

参考文献：2019版勘探三号操作手册。