海上固定平台模块钻机设备安装与调试的质量控制

2022-09-11

海上固定平台模块钻机 (以下简称模块钻机) 是应用在海洋石油生产平台顶层甲板的大型钻井修井装备。模块钻机上的设备的安装和调试涉及到前期的结构建造、电气、管系系统建造, 对达到模块钻机的性能参数和平稳运行有很大影响。模块钻机的建造过程中应对质量的进行严格控制, 尤其是在设备安装、调试的环节。

一、海上固定平台模块钻机及设备的常见分类

模块钻机一般按照钻井能力分类, 常见的有两种方法, 一是按照最大钻井深度分为7000m、5000m、3000m钻机, 另一种是按照钻井绞车功率分为6000hp、4000hp、3000hp和2000hp。

建造模块钻机中一般按照海上浮吊能力划分建造结构, 常见小型起重的模块分为钻井设备模块DES A、DES B、钻井支持模块DSM、动力模块PM、生活模块LQ、灰罐橇P-TANK、固井泵橇CEM, 大型模块分为DES A、DES B、PM和LQ模块。海上布局一般如下图。

二、设备类型综述

模块钻机上的设备配套是为钻修井服务, 以钻井系统设备为主线, 配以辅助的动力、支持系统设备。以英国钻机设计服务公司对东海天外天平台的7000m模块钻机的设备为例, 分类如下:

钻井与钻台设备, 主要分为井架、绞车、转盘、顶驱、水龙带、高压泥浆泵、高压泥浆管汇、井控系统、防喷器与控制系统、防喷器移动吊车与井口工具, 共11个系统。

动力与电站设备, 主要分为柴油发电机组、马达控制中心、可控硅系统、600V高压配电盘、钻井仪表、通讯系统, 共6个系统。

服务与支持设备, 主要分为低压泥浆泵系统、固相控制系统、照明系统、空气压缩机、火/气系统、消防系统、暖通系统、井架滑移系统、钻台拖链、散装罐橇, 共10个系统。

其他设备, 主要有固井泵系统、泥浆测井和电缆测井等系统。

三、设备安装调试过程实施质量控制的有关因素

1. 设备安装的定义

设备安装即为根据设计方提供的设备布置图、机械安装图纸及厂家提供的设备资料将设备分别安装到相应模块的过程。

2. 涉及设备安装的建造环节

设备安装工作不是一项单独的施工, 是贯穿模块钻机建造全过程、关联全部系统的。设备安装有结构部分的支撑需求, 有油、水、电、气的运行和传输需求, 从设计环节开始到模块钻机在海上平台的安装都要涉及, 与建造工作的主要环节关系如下:

在设计方面, 根据基本设计中的钻井流程设计确定设备性能参数, 提出设备的技术规格书, 根据采购设备的尺寸数据, 提出安装要求, 工艺、尺寸、重量等, 进而确定底座结构、管系连接、动力电气接口、仪表和控制电气接口。

在建造过程, 设备安装是模块钻机建造过程的一个部分, 是主结构建造完成后的一个衔接调试即试运行的过程。设备安装工作也包含建造施工的有关内容, 结构强度、基础平整度、安装形式和配套工作。

在模块内安装连接上, 首先对设备对口的基座的尺寸、结构探伤、钢材涂装有严格的质量要求。要确定设备的安装形式来确定基座形式, 可根据设备特性采取垫板、工字梁等结构, 在连接方式上可采用螺栓连接、焊接等方式。在设备安装后要进行尺寸检验, 从纵、横和轴向等方向测量, 对连接位置进行磁粉、渗透、超声波等无损探伤。其次对管线、电缆有位置、尺寸、接口形式和软连接的要求。对输入和输出的不同连接, 区分电、水、气、油等不同介质的不同传输要求。

(1) 设备调试的类型

设备调试即设备制造完成后至使用前的性能测试和试运行过程。主要分为厂内试验、单机调试、系统功能调试、系统负荷调试和海上联合试运行。

(2) 涉及设备调试的因素探讨

模块钻机的陆地建造和海上安装连接是以装船运输为明确界限的两个活动。设备调试工作因此分为两个过程, 一是陆地调试, 包含单机调试、系统功能调试、系统负荷调试;而是海上调试, 包含系统功能调试、系统负荷调试和海上联合试运行。

厂内试验是设备生产厂家对设备设计文件要求的性能的一种测试, 以制造厂家为主体, 实验方案经过厂内审批, 以模拟试验为主, 测试内容全面。关键设备的厂内试验应由业主代表参加, 并由第三方验证检验, 并将测试记录作为设备资料的一部分场内留存, 如业主需要可协商附加在设备手册内。

单机调试是特指模块钻机陆地建造完成后的单台设备调试, 一般为空载或启动性试验。在建造项目管理中可确定专门的设备安装调试承包商统一检查和管理。调试工作的关键在于设备和所在系统的完整性的检查和确认, 应由设计人员、建造人员和调试人员共同确认, 关键设备的调试应由厂家人员技术指导。在设备安装完成后要进行系统的确认检查、容器和管线的清扫、设备添加油料和保养工作。设备动力来源为电气、液压或气动的, 应做好上电前绝缘测量, 调试中做好关联系统的联通、封闭和区域的进入限制。

系统功能调试和系统负荷调试, 在单机调试后进行, 一般测试工况下的设备运行情况, 需要以介质传送来模拟设备实际使用。这一过程中, 由设计或调试人员在厂家技术人员指导下制定调试大纲, 确定运转时间和操作介质, 并以部分关联系统支持一起联动, 实现对功能和性能的测试。

海上联合试运行是模块钻机全部系统模拟钻井流程的设备使用性试验。往往不能达到最高负荷的工况要求, 但是可以检验全部设备同时运转对模块钻机整体功能是否实现, 可以检验部分设备的实际使用时性能是否实现。以投产后的操作者、调试作业人员、厂家技术人员为参与主体, 并应由符合性检验发证单位代表参加。

3. 质检程序的设定

业主应要求建造项目承包商制定设备安装和调试方面的质量控制计划, 或在总承包商的项目质量计划中明确。详细设计和加工设计中规定设备安装的规程, 设备安装调试的检验过程中, 应明确业主、承包商和第三方的的控制要求, 承包商应全部报检, 由业主项目组技术人员和第三方确定是否评审或检验, 如下图。

设备安装调试工作的质量控制点, 应由设计人员根据规范进行明确, 并经由业主和第三方批准。设备调试项目和验收合格的标准应由设计人员在设备技术规格书、设备调试程序中明确。建议在如下环节进行控制, 关键设备的厂内试验、设备到场的入库验收、设备安装方案的批准、设备安装前的出库检验、关键设备的就位检验、设备安装后的尺寸检验和结构探伤、设备调试大纲与记录表格的批准、设备调试前检查、调试数据记录和海上联合试运行的现场检验。

三、模块钻机EPC总包项目的设备安装、调试案例

东海C平台模块钻机建造项目, 为钻井深度7000m的模块钻机建造项目, 是由中海油田服务股份有限公司综合服务事业部实施的设计、采办、建造总承包的项目。设备安装调试工作涉及场地提供和建造承包商、设备安装调试承包商和第三方验证单位。

1.项目设计过程的设备质量管理

首先, 设计工作中根据钻井工艺流程要求确定设备清单, 选定钻井设备参数, 制定设备技术规格书。第二, 实施招标采办, 选定设备供应厂家, 由设备厂家提交具体的设备性能参数、尺寸和操作保养手册。第三, 设计人员根据设备参数、尺寸和操作保养要求进行设备位置和关联管系、电气专业的设计, 出计算书、绘制设备布置图、设备安装图、管系图、电气原理图。

2.设备存放和安装的质量管理

总包项目组建立项目管理手册, 制定设备和物资验收管理程序, 入库和存储管理程序。设备到货后经由EPC项目组专业工程师、库房保管员、设备安装项目组同时检验, 合格后入库存放, 并填写设备验收入库单。

设备安装开工前, 由设备安全项目组提出申请, 检查建造项目组对设备底座结构的探伤报告和尺寸检验报告, 提交EPC项目组和第三方批准的安装方案和设备安装申请单, 并附加设备安装作业安全风险分析单, 经由场地建造方、EPC项目组和第三方共同签字后方可施工。

设备安装工作完成后, 安装项目组提交检验申请单, 包括就位尺寸检验 (COSL-Q/I01) 、水平度和轴径向检验 (COSL-Q/I02, COSL-Q/I02A) 、螺栓固定设备工艺孔尺寸检验 (COSL-Q/I03) 、焊接固定设备焊缝探伤报告 (COSL-Q/I03A) 。设备安装合格后填写设备安装完工报告。设备安装完成后, 对设备进行防护, 防止碰撞、污染和误启动。绞车、转盘的安装检验以对应图纸的尺寸对应井口中心偏差为控制重点;柴油机组和高压泥浆泵对应图纸的结构的水平度为控制重点。

3.设备陆地调试的质量管理

设备的单机调试在设备安装和关联系统连接完成后进行, 单机调试尽量结合系统功能调试和负荷调试进行。设备调试前应具备获得EPC项目组和第三方批准的单机调试方案。调试方案中明确的内容有, 调试条件、设备参数、调试步骤、调试项目、调试时间、检测内容等。针对不同设备制定专门数据记录表, 表格至少包含设备的生产信息和关键参数, 设备调试项目的起止时间、负荷, 以及转速、温度、震动和噪声等机械运转数据, 电压、电流、功率等电气参数数据。调试过程中, 调试人员、EPC项目组专业工程师、第三方检验人员应在场, 并在调试数据的记录上签字。陆地调试中, 柴油发电机组的负荷试验参考使用水电阻装置, 试验最高功率110%;高压泥浆泵试验功率100%, 试验压力100%;电站系统实现柴油机组并车, 并对设备进行远程控制。

4. 设备海上联合试运行的质量管理

在海上的模块钻机安装和链接工作中, 设备安装方面只有井架安装、顶驱安装和固井泵橇等其他设备的就位。井架的安装质量主要控制井架对应井口中心的尺寸偏差, 同时在安装顶驱时关注导轨和顶驱对应井口的定位尺寸。

在海上联合试运行前, 陆地已经完成单机调试和多数系统的调试, 其余部分系统在海上进行模块之间的连接, 新装设备和新连接的系统随时进行调试。海上联合试运行应制定专门的调试大纲, 并得到批准, 大纲中明确调试前检查的内容, 调试记录内容。各系统的调试在海上更接近钻井作业的工况, 调试工作重点在于调试前的检查与确认, 确定各种管系、电缆的链接是否正确, 确认管线上的阀门是否处于合适的开启状态, 确认电气开关是否在接通状态。海上联合试运行需要以高压泥浆泵、钻井绞车的带负载调试为主, 其他系统全部启动, 以海水、淡水为介质运行。海上联合试运行期间, 应对全部机械、电气参数进行测量, 做数据记录, 数据记录表应由业主、第三方共同见证、签字。