CN107795283B - 钻井架安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井架安装方法。钻井架安装方法包括步骤：测量钻井架的立柱结构的位置S₁，测量钻井架的机脚法兰面的空间位置X₁Y₁Z₁。模拟调整所述钻井架，获取当所述钻井架垂直度V为最佳状态时，对应的井心轴线AX及机脚法兰面的空间位置XYZ。测量上下船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂及钻台上基座面的空间位置X₂Y₂Z₂。当钻井转盘的轴线AX₂与井心轴线AX同轴时，对比机脚法兰面的空间位置XYZ与基座面的空间位置X₂Y₂Z₂，得到基座沿X轴、Y轴方向调整的D_XY值，及沿Z轴方向调整D_Z值的垫片厚度。根据D_XY及D_Z调整基座与垫片，为机脚与基座准确对位安装提供条件。

Description

钻井架安装方法

技术领域

本发明涉及海洋工程装备安装领域，特别涉及一种钻井架安装方法。

背景技术

随着海洋石油开发节奏的加快，我国海洋钻井平台的建造数量不断增加。由于海洋钻井平台特殊的作业环境、较高的安全要求、高精度的作业要求等原因，海洋平台井架与陆地井架在结构、质量要求、施工要求等方面存在很大的不同，现场施工相对难度较大。

在深海石油钻井初期，半潜式钻井平台采用的都是单钻塔钻井平台作业系统。由于海洋钻井成本高，配置双钻塔钻井平台可有效提高作业功效。对于钻台的安装，首先将井架吊装在钻台的上方，使井架的机脚与钻台的基座对位安装。请参阅图1及图2，由于双钻塔钻井架1的井架机脚2较多，多达十几个机脚，对位难度较大。并且，井架机脚2与钻台平台的基座3通过螺栓连接，螺栓数量多，要保证双钻塔钻井架的左、右井心41、42对位符合要求，且机脚与钻台上基座3的螺栓孔精确对位，难度较大。

并且，双钻塔钻井起升系统采用的是“液压缸——滑轮组”驱动形式，传统的单钻塔钻井系统为“绞车——天车”驱动形式，因此，双钻塔井心轴线同轴度要求比传统的单钻塔井心中心要求更高，且双钻塔钻井系统，要同时保证两根井心轴线满足同轴度要求外，还要保证两根井心轴线间的位置度要求，因此，双钻塔钻井架安装时，井心轴线对位难度远高于传统的单钻塔钻井架。

发明内容

鉴于上述背景，本发明提供一种钻井架安装方法，以解决双钻塔钻井安装的精度控制难题。

一种钻井架安装方法，包括步骤：

测量钻井架的立柱结构的位置S₁，其中，所述立柱结构所在直线与所述钻井架的井心轴线平行；

测量钻井架的机脚法兰面的空间位置X₁Y₁Z₁；

根据所述立柱结构的位置S₁及机脚法兰面的空间位置X₁Y₁Z₁，模拟调整所述钻井架，获取当所述钻井架垂直度V为最佳状态时，对应的井心轴线AX及机脚法兰面的空间位置XYZ；

测量上下船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂及钻台上基座面的空间位置X₂Y₂Z₂；

当钻井转盘的轴线AX₂与井心轴线AX同轴时，对比机脚法兰面的空间位置XYZ与基座面的空间位置X₂Y₂Z₂，得到基座沿X轴、Y轴方向调整的D_XY值，及沿Z轴方向调整D_Z值的垫片厚度；

根据D_XY调整基座位置，根据D_Z调整垫片的厚度，使机脚与基座对位安装。

在其中一实施方式中，在上下船体合拢前，还包括以下步骤：

测量预制完毕的钻井架基座腹板相对导向柱中心的实际位置尺寸D；

在钻台上设置基准转移工装；在所述基准转移工装上标记所述钻台的水平面H₀及井心轴线AX₀；

根据上述水平基准面H₀及井心轴线AX₀，在所述钻台相背于所述基座的反面焊接加强结构；

在所述钻台面上设有所述加强结构的反面结构线。

在其中一实施方式中，在标记所述钻台的水平面H₀及井心轴线AX₀步骤中，包括：

采集管甲板的多个测量点，计算钻台的水平基准面H₀，在所述基准转移工装上标记所述钻台的水平基准面H₀；

测量转盘的内筒面，计算转盘轴线，所述转盘轴线为井心轴线AX₀，在所述基准转移工装上标记所述井心轴线AX₀。

在其中一实施方式中，所述基准转移工装固定在所述钻台面的加强结构的反面结构线上。

在其中一实施方式中，在上下船体合拢后，还包括以下步骤：将测量上船体合拢后的管甲板的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂转移到基准转移工装上，并标记，作为最终测量基准。

在其中一实施方式中，还包括步骤：

根据所述基座沿X轴、Y轴方向调整的D_XY值确定所述基座的安装位置，在所述钻台上勘划安装线，调整所述基座放置于所述安装线上；

井架吊放降至所述井架基座面上方，利用导向销辅助螺栓对位，根据D_Z值调整所述基座及机脚之间的垫片厚度；

锁紧相互对应的基座与机脚；

焊接基座至不再变形。

在其中一实施方式中，所述调整所述基座至所述安装线上放置的步骤中，还包括：根据所述安装线位置，选择在两个距离井心轴线最近的安装线上放置基座。

在其中一实施方式中，所述锁紧相互对应基座与机脚的步骤中，还包括：

锁紧两个距离井心轴线最近的基座与其相对应的机脚，其它基座安装位置根据反面结构线错位规范要求调整。

在其中一实施方式中，还包括步骤：

根据上下船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂，测量所述钻井架的立柱结构的位置S₂；

通过增减调整基座及机脚之间的垫片，调整立柱结构S₂与井心轴线AX₂对位；

焊接基座至满焊。

在其中一实施方式中，还包括步骤：

在机脚的所有螺栓旋紧15%扭矩后，根据钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂，测量所述钻井架的立柱结构的位置S₃，计算S₃与井心轴线AX₂之间的精度，判断精度是否位于要求范围内；

如果井架精度超差，则继续通过调整增减基座及机脚之间的垫片，使精度位于要求范围内。

上述钻井架安装方法相对于传统的钻井架安装方法而言，至少具有以下优点：

首先，在井架安装时，通过调整基座的位置，及位于基座与机腿之间的垫片厚度，使机脚与其连接的螺栓能够快速准确对位。避免机脚与基座装配时，因连接螺栓太多，对位难，导致多次吊升井架耗资高，浪费时间的问题，高质量地提高了井架安装效率，降低了双钻塔井架安装成本。

其次，能够顺利使双钻塔钻井架的双井心轴线同时满足同轴度及位置度要求，提高双钻塔井架的安装精度。

附图说明

图1为双钻塔钻井井架的结构示意图；

图2为图1所示的双钻塔钻井井架的基座的结构示意图；

图3为本实施方式的钻井架安装方法的第一阶段的流程示意图；

图4为图1所示的双钻塔钻井井架的基座与机腿安装的结构示意图；

图5为图3所示的步骤S12的具体流程示意图；

图6为图1所示的双钻塔钻井井架的转盘的结构示意图；

图7为本实施方式的钻井架安装方法的第二阶段与第三阶段的流程示意图；

图8为图1所示的双钻塔钻井井架的基座与机脚对接时的结构示意图；

图9为本实施方式的钻井架安装方法的第四阶段的流程示意图；

图10为本实施方式的钻井架安装方法的第五阶段的流程示意图。

附图标记说明如下：1、双钻塔钻井架；2、机脚；3、基座；41、左井心；42、右井心；11、腹板；12、导向柱；13、螺栓；14、转盘；16、钻台；17、立柱结构；19、导向销。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种钻井架安装方法。钻井架安装方法包括四个阶段，即，上下船体合拢前的船台阶段、钻井架位于码头阶段、上下船体合拢后钻井架安装前的准备阶段、钻井架安装阶段。

请参阅图3，具体在本实施方式中钻井架安装方法中，在第一阶段——上下船体合拢前的船台阶段中，具体包括以下步骤：

请参阅图4，步骤S11，测量预制完毕的钻井架基座腹板11相对导向柱12中心的实际位置尺寸D。

基座腹板11用于安装基座，腹板11竖直固定设于钻台面上。当基座的表面与井心轴线垂直的时候，导向柱12中心位于井心轴线上。导向柱12中心位于两个基座腹板11之间。

步骤S12，在钻台上设置基准转移工装；在基准转移工装上标记钻台的水平面H₀及井心轴线AX₀。

此后测量的钻台上的所有设备的位置都可以此基准转移工装上的标记为基准。基准转移工装为不易变形，刚性比较强；基准转移工装的可视度强，便于观测。基准转移工装固定在钻台上的稳定位置，使其位置不易发生变化。具体地，基准转移工装为钢板或标杆。在安装过程使用有效的基准转移工装，为钻井架安装提供了固定的基准点，解决基座可能错位移动的问题。

具体在本实施方式中，步骤S12，测量钻台的水平面H₀及井心轴线AX₀，并标记在基准转移工装上，具体包括以下步骤：

请参阅图5，步骤S121，采集管甲板的多个测量点，计算钻台的水平基准面H₀。在基准转移工装上标记平台的水平基准面H₀。

管甲板放置在平台上。钻台安装在管甲板上。取管甲板上多个点作为测量点，可以测量得到钻台所在的平面。

步骤S122，测量转盘14的内筒面，计算转盘14的轴线。转盘14轴线为井心轴线AX₀，在基准转移工装上标记井心轴线AX₀。

请参阅图6，转盘14是钻杆的核心。钻杆通过转盘14一节一节接长深入深海。因此，转盘14的轴线即为井心轴线AX₀。

步骤S13，根据上述水平基准面H₀及井心轴线AX₀，在钻台16相背于基座的反面焊接加强结构。加强结构能够加强钻台表面的强度，使钻台能够承受较大压力。

在钻台设有基座的正面上做出加强结构的反面结构线。基准转移工装固定在钻台面的加强结构的反面结构线上。

通过第一阶段的各个步骤，可以得知在上下船体合拢前，钻井架的水平基准面H₀及井心轴线AX₀的初始状态。在整个钻井架安装方法中可以时刻把握各步骤对钻井架的安装所造成的影响，便于以后各阶段之间相互比对。可以理解，第一阶段可以省略。

在第二阶段——钻井架位于码头阶段中，请参阅图7，具体包括以下步骤：

请同时参阅图1，步骤S21，测量钻井架的立柱结构17的位置S₁，立柱结构17所在直线与钻井架的井心轴线平行。

并且，立柱结构17所在直线距离顶驱滑道结构最近。因此立柱结构17为钻井架上与井心轴线最接近的实体结构。立柱结构17近似看作为钻井架的井心轴线。因此，测量立柱结构17的位置，也近似是井心轴线的位置。

请参阅图8，步骤S22，测量钻井架的机脚法兰21的空间位置X₁Y₁Z₁。

步骤S23，根据所述立柱结构17的位置S₁及机脚法兰面21的空间位置X₁Y₁Z₁，模拟调整钻井架，获取当钻井架的垂直度V₁为最佳状态时，对应的井心轴线AX₁及机脚法兰面21的空间位置XYZ。

根据测量得到的立柱结构17的位置S₁及机脚法兰面21的空间位置X₁Y₁Z₁，将上述测量数据输入到模拟软件中，并可以模拟出井架位置。通过模拟计算，将井架在模拟软件中的状态调整为垂直度V为最佳状态，确定井架的井心轴线AX及机脚法兰面21的空间位置XYZ。

在第三阶段——上下船体合拢后，钻井架安装前的准备阶段中。具体包括以下步骤：

步骤S31，测量上下船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘14的轴线AX₂及基座面的空间位置X₂Y₂Z₂。

由于上下船体合拢，对钻台的水平度、基座面的位置均会有影响。因此，在上下船体合拢后，需要重新对合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘14的轴线AX₂及基座面的空间位置X₂Y₂Z₂进行测量。

其中，还包括步骤S311，钻台的水平度H₂即为管甲板的水平度一致，将测量上船体合拢后的管甲板的水平度H₂、钻井转盘14的轴线AX₂转移到基准转移工装上，并标记，作为最终测量基准。在安装过程使用有效的基准转移工装，为钻井架安装提供了固定的基准点，解决基座可能错位移动的问题。

步骤S32，当钻井转盘的轴线AX₂与井心轴线AX同轴时，对比机脚法兰面的空间位置XYZ与基座面的空间位置X₂Y₂Z₂，得到基座沿X轴、Y轴方向调整的D_XY值，及沿Z轴方向调整D_Z值的垫片厚度。

其中，D_XY值为在模拟软件中，通过模拟运算钻井转盘14的轴线AX₂与井心轴线AX同轴时，基座对应的X₃Y₃Z₃，通过D_X=X₃-X₂、D_Y=Y₃-Y₂、D_Z=Z₃-Z₂，计算的得到D_XY值（D_X，D_Y）及D_Z值。即D_XY值为基座沿X轴、Y轴方向调整的距离，D_Z值为基座沿Z轴方向调整的垫片厚度。

步骤S33，根据D_XY调整基座位置，根据D_Z调整垫片的厚度，使机脚与基座对位安装。

使基座相应地沿X轴、Y轴方向调整D_XY距离，调整基座与机腿之间的垫片厚度差为D_Z，为后续的机脚与基座的对位提供条件。

在第四阶段——钻井架安装阶段中，请参阅图9，具体包括以下步骤：

步骤S41，根据基座沿X轴、Y轴方向调整的D_XY值确定基座的安装位置，在钻台上勘划安装线，调整基座至此安装线上放置。

将基座放置在安装线上，并不进行焊接，以对基座进行少量的适应性调整。具体在本步骤中，根据以上安装线位置，首先选择在两个与井心轴线距离最近的安装线上，放置基座。并且，相应地，基座上放置锁紧工装，及井架吊装下落时的防护工装。

步骤S42，井架吊放降至井架基座面上方，利用导向销19辅助螺栓对位，根据D_Z值调整所述基座与机脚之间的垫片厚度。

井架吊放降至井架基座面上方一定高度时，大约为30mm左右。

步骤S43，锁紧相互对应的基座与机脚。

具体在本步骤中，井架完全下放但吊机不脱钩，首先通过锁紧工装将上述两个距离井心轴线最近的基座与机脚锁紧，其它基座安装位置可根据反面结构线错位规范要求适当调整。反面结构线错位规范要求基座位于加强结构加强钻台的强度的位置，即距离反向结构线在最小板厚的三分之一的范围内。

步骤S44，焊接基座至不再变形。

首先焊接两个距离井心轴线最近的基座与机脚。通常为焊接基座整体的三分之二作用，即可保证基座形状稳定，防止基座在焊接过程中产生变形影响基座与机脚的安装精度。

请参阅图10，上述钻井架安装方法，还包括第五阶段，第五阶段包括步骤：

步骤S51，根据上下船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘14的轴线AX₂，测量所述钻井架的立柱结构的位置S₂。

水平度H₂、钻井转盘14的轴线AX₂为基准转移工装上的最终基准。以基准转移工装上的基准，再次测量此时钻井架的立柱结构的位置S₂。将S₂与AX₂进行比对，判断S₂是否满足同轴度要求。

步骤S52，通过调整增减基座及机脚之间的垫片，调整井心轴线对位，使立柱结构S₂与井心轴线AX₂对位。

调节基座及机脚之间的垫片的厚度，对井心轴线进行微调，以使立柱结构S₂与井心轴线AX₂能够准确对位

步骤S53，焊接基座至满焊。

当立柱结构S₂与井心轴线AX₂满足对位要求后，对基座进行定位焊接。并且，每个机脚上有至少4个以上螺栓预紧后，吊机即可摘钩。焊接基座至满焊，保证基座焊接的强度。对所有基座焊接至满焊。

步骤S54，在机脚的所有螺栓旋紧15%扭矩后，根据钻台的水平度H₂、钻井转盘14的轴线AX₂，测量所述钻井架的立柱结构的位置S₃，计算S₃与井心轴线AX₂之间的精度，判断精度是否位于要求范围内。

如果井架精度超差，则继续通过调整增减基座及机脚之间的垫片，使精度位于要求范围内。

通过调整增减垫片的方法，调整至井架井心对位符合要求，确保井架机脚所有螺栓把紧15%扭矩后，精度完全达到要求范围内。

上述钻井架安装方法相对于传统的钻井架安装方法而言，至少具有以下优点：

首先，在井架安装时，通过调整基座的位置，及位于基座与机腿之间的垫片厚度，使机脚与其连接的螺栓能够快速准确对位。避免机脚与基座装配时，因连接螺栓太多，对位难，导致多次吊升井架耗资高，浪费时间的问题，高质量地提高了井架安装效率，降低了双钻塔井架安装成本。

其次，能够顺利使双钻塔钻井架的双井心轴线同时满足同轴度及位置度要求，提高双钻塔井架的安装精度。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种钻井架安装方法，包括步骤：

在钻台上设置基准转移工装；在所述基准转移工装上标记所述钻台的水平基准面H₀及井心轴线AX₀；

测量双钻塔钻井架的立柱结构的位置S₁，其中，所述立柱结构所在直线与所述钻井架的井心轴线平行；

测量钻井架的机脚法兰面的空间位置X₁Y₁Z₁；

根据所述立柱结构的位置S₁及机脚法兰面的空间位置X₁Y₁Z₁，模拟调整所述钻井架，获取当所述钻井架垂直度V为最佳状态时，对应的井心轴线AX及机脚法兰面的空间位置XYZ；

测量上下船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂及钻台上基座面的空间位置X₂Y₂Z₂；

当钻井转盘的轴线AX₂与井心轴线AX同轴时，对比机脚法兰面的空间位置XYZ与基座面的空间位置X₂Y₂Z₂，得到基座沿X轴、Y轴方向调整的D_XY值，及沿Z轴方向调整D_Z值的垫片厚度；

根据D_XY调整基座位置，根据D_Z调整垫片的厚度，使机脚与基座对位安装。

2.根据权利要求1所述的钻井架安装方法，其特征在于，在上下船体合拢前，还包括以下步骤：

测量预制完毕的钻井架基座腹板相对导向柱中心的实际位置尺寸D；

根据上述水平基准面H₀及井心轴线AX₀，在所述钻台相背于所述基座的反面焊接加强结构；

在所述钻台的表面上设有所述加强结构的反面结构线。

3.根据权利要求2所述的钻井架安装方法，其特征在于，在标记所述钻台的水平基准面H₀及井心轴线AX₀步骤中，包括：

采集管甲板的多个测量点，计算钻台的水平基准面H₀，在所述基准转移工装上标记所述钻台的水平基准面H₀；

测量转盘的内筒面，计算转盘轴线，所述转盘轴线为井心轴线AX₀，在所述基准转移工装上标记所述井心轴线AX₀。

4.根据权利要求2所述的钻井架安装方法，其特征在于，所述基准转移工装固定在所述钻台的表面的加强结构的反面结构线上。

5.根据权利要求1所述的钻井架安装方法，其特征在于，在上下船体合拢后，还包括以下步骤：将测量上船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂转移到基准转移工装上，并标记，作为最终测量基准。

6.根据权利要求5所述的钻井架安装方法，其特征在于，还包括步骤：

根据所述基座沿X轴、Y轴方向调整的D_XY值确定所述基座的安装位置，在所述钻台上勘划安装线，调整所述基座放置于所述安装线上；

井架吊放降至所述钻台的基座面上方，利用导向销辅助螺栓对位，根据D_Z值调整所述基座及机脚之间的垫片厚度；

锁紧相互对应的基座与机脚；

焊接基座至不再变形。

7.根据权利要求6所述的钻井架安装方法，其特征在于，所述调整所述基座至所述安装线上放置的步骤中，还包括：根据所述安装线位置，选择在两个距离井心轴线最近的安装线上放置基座。

8.根据权利要求6所述的钻井架安装方法，其特征在于，所述锁紧相互对应基座与机脚的步骤中，还包括：

锁紧所述基座中两个距离井心轴线最近的基座与其相对应的机脚，其它基座安装位置根据反面结构线错位规范要求调整。

9.根据权利要求7所述的钻井架安装方法，其特征在于，还包括步骤：

根据上下船体合拢后的钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂，测量所述钻井架的立柱结构的位置S₂；

通过增减调整基座及机脚之间的垫片，调整立柱结构S₂与井心轴线AX₂对位；

焊接基座至满焊。

10.根据权利要求8所述的钻井架安装方法，其特征在于，还包括步骤：

在机脚的所有螺栓旋紧15％扭矩后，根据钻台的水平度H₂、钻井转盘的轴线AX₂，测量所述钻井架的立柱结构的位置S₃，计算S₃与井心轴线AX₂之间的精度，判断精度是否位于要求范围内；

如果井架精度超差，则继续通过调整增减基座及机脚之间的垫片，使精度位于要求范围内。

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