寇贝贝　刘正礼　姜清兆　田瑞瑞（.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳　58067；.中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司，广东深圳　58067）

深水钻井动力定位平台允许漂移范围分析

寇贝贝1刘正礼1姜清兆1田瑞瑞2
（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518067；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司，广东深圳518067）

目前深水钻井动力定位平台允许漂移范围计算需委托国外专业公司分析，且计算过程保密、结果考虑不全面，在分析了南海深水钻井动力定位平台作业风险和平台漂移警戒区划分的基础上，基于深水钻井平台隔水管系统挠性接头和伸缩节物理极限、平台应急解脱程序和作业经验分析，建立了深水钻井动力定位平台允许漂移范围实用计算方法，该方法可对平台极限解脱、红圈、黄圈和绿圈允许漂移范围进行全面的计算，已在国内外多个深水钻井平台数十口深水井得到了成功应用，保证了深水钻井动力定位平台的作业安全。

深水钻井；动力定位；警戒圈；漂移；应急解脱；特定操作规程

深水井面临恶劣的环境工况和复杂的作业工况，深水钻井动力定位平台允许漂移范围是影响作业安全的关键参数，也是平台特定操作规程（WSOG）中的重要部分，每口井在作业前都必须计算平台允许漂移范围，由平台经理及业主代表共同签字后生效。目前，对于深水钻井动力定位平台允许漂移范围的确定需委托国外专业公司计算提供［1-4］，国内文献对深水钻井平台动力定位系统和应急解脱方案做了介绍［5-6］。在跟踪分析南海多个深水钻井动力定位平台作业实践基础上，如西方大力神（West Hercules）、西方水瓶座（West Aquarius）和HYSY981，分析了南海深水钻井平台动力定位作业风险，结合隔水管系统物理作业极限、应急解脱模式和平台漂移速度模拟试验数据，推导了允许漂移范围的计算方法。

1　南海深水钻井动力定位平台作业风险

1.1台风

每年6~10月为南海台风频发期。2009年，西方大力神平台在荔湾作业区因巨爵台风造成隔水管底部总成搁浅，造成了高达5 000万美元的经济损失。2012年，HYSY981平台前期作业的4口深水井遭遇了6次台风袭扰，影响作业时间近1个月。深水钻井动力定位平台在遭遇台风时应做到多方收集气象预报、连续跟踪台风预报路径、严格监测、避开台风危险区，及时解脱并回收隔水管及水下装置，合理使用发电机及推进系统、避免系统连续满负荷运转。

1.2内波流

深水钻井平台遭遇内波流时动力定位平台系统反应时间有一定的延迟，内波流离开时动力定位系统对反应时间有一定的滞后，会造成平台位置漂移。2012年深水井作业期间最大的一次内波流发生在LW6*井，流速达到2.22 m/h，致使平台漂移范围达4.9 m。深水钻井动力定位平台作业时应使用各种手段包括内波流监测仪、雷达及视觉等预先发现内波流及其强度，将所有柴油发电机设置在“自动启动”作为发电机管理的一个设置标准以应付没有发现的内波流，遭遇内波流时调整平台艏向正对内波流，并应预先启动全部推进器和发电机，同时要通知相关各方以采取必要后续行动，根据强度决定是否进入紧急状态，暂停拖轮靠泊、直升机降落等作业。

1.3飑

气象学上指风向突然改变，风速急剧增大。飑出现时，气温下降，并可能有阵雨，是南海一种常见的剧烈天气模式，类似小气旋，如处理不当平台可能失去船位。深水钻井动力定位平台作业遭遇飑时应执行严格的瞭望，注意风速仪工作状况，停止直升机及靠泊等相关作业，调整合适的平台艏向并启动全部发电机及推进系统，做好解脱准备。

2　平台允许漂移范围

深水钻井动力定位平台发生漂移由海洋环境或自身设备情况引起，出现强大的自然力或平台断电、推进器和动力定位系统失效时，平台将会发生失控漂移。深水钻井作业对平台定位要求高，如HYSY981平台在一般天气状况下（风速12.86 m/s、流速1.03 m/s）定位能力在2 m范围内，大的漂移范围将对钻井作业带来防喷器组和张力器系统损坏、无法解脱井口、井口损坏和油井失控等安全风险。

2.1深水钻井动力定位平台作业漂移警戒区划分

如图1所示，深水钻井作业时以井位为中心设定多组漂移范围报警圈，指导平台动力定位作业。

图1　深水钻井动力定位平台漂移范围警戒圈

绿圈为正常钻井作业允许的平台漂移范围，绿圈边界为作业预警线，表明平台位置可以保持，但系统设备或外界环境存在一定问题，事态的进一步发展可能导致作业状态的改变，处于预警状态；黄圈为黄色警戒漂移范围，表明动力定位已失去部分保持位置的能力，非常可能需要解脱操作，另外这个报警也可能因井控不正常而从钻台发出，平台进入黄色作业警戒区后，如果漂移趋势存在不可控的情况，需立即按照应急程序或预案采取应急解脱，在达到红色警戒线前完成应急准备程序。红圈为红色警戒漂移范围，平台偏离井位中心接近或达到水下设备（隔水管挠性接头等）允许的工作极限区域，隔水管角度不能保持正常操作范围，而需要立即采取解脱作业，以避免人员受伤及对设备的损坏。红色警戒线为平台启动应急解脱程序的最大允许漂移范围。蓝色线圈为平台应急解脱线，即平台在此处须完成解脱作业，否则将会造成隔水管挠性接头、伸缩节和张力器等设备损坏。

2.2平台不同警戒区域允许漂移范围计算

根据隔水管系统与水下井口解脱时的物理极限计算平台应急解脱完成时距离设定井位的范围。

图2为平台允许偏移范围计算示意图，设井位中心为O，作业处水深为A，防喷器组高度为B，隔水管系统长度C=A–6，隔水管系统伸缩节设定可伸缩长度为d，隔水管系统极限长度为D=C+d，底部挠性接头转角为β，平台应急解脱线距离设定井位范围为P，平台从开始解脱至解脱完成的应急解脱漂移距离为F，红色警戒线距离设定井位范围为E，黄色警戒线距离设定井位范围为G，作业预警线距离设定井位范围为I。计算中长度单位为m，角度单位为°。

图2　平台允许偏移范围计算示意图

分别根据挠性接头极限转角和隔水管系统极限长度求得P1和P2值，为安全考虑，P取两者中较小者，即可求得平台应急解脱线距离设定井位范围

由图2可知，红色警戒线距离设定井位范围可由平台应急解脱线距离设定井位范围与平台从开始解脱至解脱完成的应急解脱漂移距离的差值求得，即E=P–F。

式中，TEDS为平台应急解脱耗时，s，由平台提供； V为平台漂移速度，m/s，由平台模拟试验或模拟计算提供。

黄色警戒线距离设定井位范围可根据挠性接头转角为2°求得，或根据作业经验取为红色警戒线距离设定井位范围的60%

绿色警戒线距离设定井位范围可根据作业经验取为黄色警戒线距离设定井位范围的60%

3　实例分析

深水钻井动力定位平台不同警戒区域允许漂移范围计算方法已在West Hercules和HYSY981等平台数十口深水井作业中得到了成功应用。

LW3*是HYSY981平台在荔湾3-2区域钻探的一口预探井，距离香港东南约285 km，水深1 300 m。平台提供的隔水管系统伸缩节设定可伸缩范围为4.5 m，底部挠性接头极限转角为6°，实施应急解脱程序耗时为46 s。采用文中计算方法得到的结果和国外专业公司提供的结果见表1。

表1　平台漂移速度模拟试验数据

对比两者的计算结果可知，红色警戒线距离设定井位范围的计算结果相同，国外公司提供的结果中没有考虑平台绿色漂移警戒圈范围。HYSY981平台在WSOG中采纳了实用计算方法的分析结果。该井实际作业中未发生平台动力定位报警险情，有效地保证了深水井作业安全。

4　结论及建议

（1）深水钻井动力定位平台允许漂移范围是关系到深水钻井应急解脱作业的关键参数，尤其是我国南海深水海域台风、内波流和飑频发，给动力定位平台带来了极大的作业风险。文中分析的动力定位平台允许漂移范围计算方法可对平台解脱极限范围、红圈、黄圈和绿圈允许漂移范围进行全面分析计算。

（2）深水钻井平台发生失控漂移的潜在风险和安全危害巨大，允许漂移范围的计算仅仅是深水井特定操作规程中的一环，在对平台潜在漂移风险分析时需对防喷器-隔水管系统、供电系统、推进器和通讯系统失效进行全面考虑，以确保深水钻井平台定位作业的安全。

［1］Stress Engineering Services. Riser analysis for the west hercules semi-submersible in the South China Sea［R］. 2008.

［2］Mcskenny. Seadrill west aquarius chevron Liwan well study report［R］. 2011.

［3］Archer. CNOOC HYSY 981 riser management plan［R］. 2013

［4］2H offshore. HYSY981 drilling riser and conductor analysis report［R］. 2013.

［5］沈雁松，赵立中. 海洋动力定位钻井平台失控漂移的安全应急处置对策［J］. 钻采工艺. 2013，36（1）：118-120.

［6］周俊昌.海洋深水钻井隔水管系统分析［D］.成都：西南石油大学，2001.

〔编辑薛改珍〕

Analysis on allowable drift ranges of deepwater drilling dynamic positioning platform

KOUBeibei1, LIU Zhengli1, JIANG Qingzhao1, TIAN Ruirui2
（1. Shenzhen Branch of CNOOC, Shenzhen 518067, China; 2. Engineering Technology Shenzhen Branch, CNOOC Energy Technology & Services Limited, Shenzhen 518067, China）

Currently the analysis of allowable drift ranges of deepwater drilling dynamic positioning platform is entrusted to foreign professional companies. The calculation process is often poorly confidential and the results not complete. Based on the analysis of operating risks in deepwater drilling dynamic positioning platform in the South China Sea and the zoning of precautionary areas for platform drifting, a practical calculation method of allowable drift range is built by allowing for the physical extreme limits of elastic joint and expansion joint of riser on deepwater drilling platform, the emergency release program, and the operating experience. The method can fully calculate the allowable drift ranges of platform limit release, red circle, yellow circle and green circle. The calculation results have been recognized by platform managers and owners and have been successfully applied in dozens of deepwater wells in many drilling platforms at home and abroad, effectively ensuring the operating safety of deepwater drilling dynamic positioning platform. This record supports the future promotion and application of the method in deepwater drilling practice in China.

deepwater drilling;dynamic positioning; water circles; drift; emergency release; specific operating rules

U661.1

A

1000 – 7393（2015） 01 – 0036 – 03

10.13639/j.odpt.2015.01.008

国家科技重大专项“深水钻完井及其救援井应用技术研究” （编号：2011ZX05026-001-04）；国家自然科学基金海洋深水浅层钻井关键技术基础理论研究（编号：51434009）资助。

寇贝贝，1983年生。2007年毕业于西南石油大学石油工程学院，现主要从事深水钻完井现场作业及陆地技术研究工作。深水钻完井总监。电话：0755-26022421。E-mail：koubb@cnooc.com.cn。

2014-12-29）

引用格式：寇贝贝，刘正礼，姜清兆，等. 深水钻井动力定位平台允许漂移范围分析［J］.石油钻采工艺，2015，37（1）：36-38.