中海油服钻井事业部塘沽作业公司天津300452
摘要：随着社会经济的发展，我国的自升式钻井平台建设越来越多，自升式的海洋钻井平台工作的安全性与可靠性直接影响了海洋石油的开采能力。升降装置作为控制平台升降的主体，其平衡控制十分关键。本文针对平台在升降过程中出现的问题提出控制系统设计的具体方案，提出基于PLC的平台桩腿电机控制的具体方案，为实现自升式钻井平台升降装置的科学使用提供理论支持。
关键词：钻井平台；升降装置；控制系统设计
引言
随着作业频次的增多，自升式钻井平台在同一平台多次插桩就位作业的情况越来越多，受到老脚印影响，一方面，自升式钻井平台会产生滑移，会出现碰平台或者覆盖不能完全的情况；另一方面，自升式钻井平台的桩腿受力不均会发生一定角度的倾斜，导致升船困难，严重威胁海上大型联合作业的安全。因此，亟待解决海油田自升式钻井平台精确就位技术难题。
1自升式钻井平台作业设计影响因素分析
1.1作业海域水深
自升式钻井平台在设计时都有一个适用水深范围，平台的最大作业水深受限于桩腿长度以及作业环境状态下的稳定性；最小作业水深受限于自升式钻井平台采用湿拖拖航时船体吃水及桩靴回收形式。在拿到作业海域环境参数文件后需要根据文件里的水深参数及波浪参数初选可以适用于该海域的自升式钻井平台资源。通常只有当自升式钻井平台的最大适用水深大于作业海域的最大水深，同时拖航路线的水深大于自升式钻井平台的最小适用水深，相应的自升式钻井平台才能被作为可用于该海域的候选资源，如果自升式钻井平台采用干拖，拖航路线的水深需要大于干拖驳船的吃水深度，才能满足将自升式钻井平台拖航到目标海域的要求。
1.2作业时间短
由于油价回暖，海上作业量大，钻井平台托航频率高，要求托航就位高效完成。此外，受到海上天气及政府部门等相关手续影响，影响托航就位的实效。
1.3设备能力
钻完井作业对自升式钻井平台设备能力的要求主要有对钻井泵组压力及功率、泥浆罐容积、灰罐容量、井控设备参数等的要求。钻井泵组压力及功率需要根据钻井作业各井的水力学参数计算结果进行核算，需要根据所需要的最大泵压及排量组合计算出所需要的最大泵组功率，然后与自升式钻井平台配置的钻井泵组进行对比；泥浆罐容积需要根据平台上所有井的井身结构测算所需要的泥浆体积进行核算，泥浆罐容积需要大于最大的空井容积，并根据油气田的类型考虑一定的安全系数；灰罐通常分为膨润土灰罐、水泥灰罐和重晶石灰罐，膨润土灰罐的容积通常根据泥浆的配浆要求进行核算，膨润土在大排量钻井阶段用量最大，水泥灰罐的容积通常根据固井作业的要求进行核算，重晶石灰罐的容积通常根据油气田的地层压力等级和相应的井控风险进行核算。
2关键技术
2.1钻井船旧桩靴痕迹修复技术
海上油田的调整井作业始终会根据贯穿采油平台生产期间，受钻井机具、油田产能等影响，不同的升式钻井平台在相近靠甚至是同一位置进行二次或多次插桩精就位作业，使得“老脚印”问题越来越多地威胁着自升式钻井平台就位安全。（1）钻井船旧桩靴痕迹修复技术。采取冲洗、扩眼、填平、踩实等手段。渤海油田自升式钻井平台就位产生滑移风险大部分原因是由于设计桩靴所插入的位置和之前钻井船桩靴印有部分重合。为了消除旧桩靴印痕迹，通常采用自升式钻井平台桩腿冲桩管线将就位位置附近的旧桩靴印扩大，其目的尽可能减少桩靴印重合面积；利用桩腿反复插入之前桩靴印和本次设计桩靴中间的位置来填充原桩靴印坑。（2）插桩、压载程序优化。常规插桩为一次将桩靴插至设计深度，但存在硬土层覆盖于软弱下卧层的层状地层体系中，自升式钻井平台插桩过程中应考虑桩脚失稳或者偏斜等情况，造成无法正常升船甚至穿刺等风险；而分段插桩即在插桩过程中，间歇性静止测算桩腿入泥角度并及时调整，确保桩腿垂直度自升式钻井平台插桩作业完成后，利用光学罗经系统准确测算滑移量并判断滑移趋势。
2.2单根桩腿多电机速度偏差耦合同步控制
单根桩腿点击速度的耦合同步控制如下图可知。给定速度值为n0，速度输出耦合算法选取多台电机的速度平均数值当做每一台电机的评判速度，与这个电机的实际转动速度相对比，差别数据运送速度同步补偿器中。速度同步补偿器采用科学有效的计算办法进行数据计算和研究，对每一个电机形成的补偿的控制量，运用在每一台电机上面。运用偏差耦合控制方法把多个独立工作的桩腿电机关联在一起，让每一个电机彼此间彼此作用，在各个电机达到确定的转动速度开展控制的时候，关联别的电机转动的速度对本身管空气的输出数值做出补偿。进而保证科学的调整桩腿的高度。
2.3自升式钻井平台就位辅助牵引控制技术
随着油田开发的深入，综合调整项目越来越多，在增加产量的同时，加大了就位的难度。自升式钻井平台就位主要靠绞拢4个锚缆，在遇到就位平台旁边有其他相连平台或者海上设施时，其中个别锚就无法抛出了，综合考虑以上因素，提出了升式钻井平台就位辅助牵引控制技术，该技术主要针对部分锚缆无法抛出的就位作业，建立锚链与导管架桩腿、海底油气线、海底电缆的空间位置约束方程，确定最佳抛锚点。
2.4就位分析
自升式钻井平台就位固定式导管架钻井平台作业需要进行就位分析，以确定最优的就位方案，其中包括自升式钻井平台进入井场的路线，抛锚的顺序和方位，点桩及抛锚时是否会刮碰到周围海底管缆，插桩时桩靴与导管架桩及裙桩的安全距离，自升式钻井平台船尾边缘与导管架平台就位侧甲板边缘的安全距离，自升式钻井平台悬臂梁及钻台与导管架平台组块甲板上布置的设施之间的安全距离，导管架平台火炬臂的位置以及风向参数对自升式钻井平台作业的影响评估，自升式钻井平台的升船气隙是否能够满足悬臂梁爬升到导管架平台组块上方预定位置的要求，自升式钻井平台再就位踩老脚印滑移风险的分析，导管架平台修井机避让自升式钻井平台的分析等等。自升式钻井平台就位分析是一个系统的工程，需要多专业交叉沟通。对于就位安全距离特别紧张的项目，由于安全距离特别小，一定要考虑就位时人员操作的误差，可借助三维建模软件，从三维空间校核相应的安全距离。
2.5平衡控制功能的实现
借助一个倾斜角度的传感设施检测平台的静态情况下重力加速度的情况，并且检测平台自身的倾斜角度，从而结合已经设计好的计算方法进行平台水平角度的调节。本平台的平衡管控系统属于闭合性的管控系统，倾角传感器收集平台两个方向的具体数据，而且将倾斜度的数据反馈给系统，之后PLC根据倾斜的角度还有最先设计好的水平精度数据作出对比。假如超出事先设计的数值，就发出指令，管控步进电机的速度，进而调整平台倾斜的角度。将计算结果通过通讯线传输到升降控制台的上位机，在控制台每一组的显示屏幕上呈现每一条桩腿上升以及降低的高度，方便操控人员了解平台的操作步骤。控制构造：整个平台升降的操控具体集中在升降控制台，在升降控制台上操控管控的按钮，把生平台或者是降低平台的指令经由通讯数据传输到三个升降马达控制柜上面，调控升降马达后开展升降的操作。
结束语
综上所述，自升式钻井平台高效就位和安全控制技术的应用，保证了海上大型设施的安全，取得了较好的效果，达到了预期目标。节约了自升式钻井平台和其他就位资源的费用，提高海上大型联合作业的效率。为渤海海域自升式钻井平台在复杂条件下就位作业提供技术和经验，为四海钻井平台就位提供了有益借鉴。
参考文献
[1]何新霞,万双妮.自升式海洋钻井平台升降系统多电动机同步控制研究[J].电气应用,2013(19):22-24.
[2]汪鸣明,黄建忠,蒋莹莹.海上钻井平台升降系统的控制方案研究[J].机电一体化,2013(7):8-10.
[3]李炜,王启业,龚建兴.多电机同步控制在升降舞台系统中的应用[J].电气自动化,2010(5):34-35.