[发明专利]极地钻井平台井架保温装置及其设计方法

说明书

本发明涉及一种极地钻井平台井架保温装置及其设计方法，极地钻井平台井架保温装置包括保温墙和加热器，保温墙贴着极地钻井平台井架设置，为保护层与保温层复合而成的三层结构。极地钻井平台井架保温装置内设置加热器。极地钻井平台井架保温装置的设计方法，具体步骤如下：S1、获取极地冰区海洋作业区域环境参数；S2、获取极地钻井平台井架参数和保温材料参数；S3、计算极地环境下钻井平台井架保温层散热损失；S4、极地钻井平台井架保温加热有限元模拟；S5、分析极地钻井平台井架保温模拟数据；S6、极地环境下钻井平台带保温层井架风载校核；S7、确定极地钻井平台井架保温方案；本发明通过理论计算与软件数值模拟，可以设计极地环境下钻井平台井架的保温装置与方案。

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种极地钻井平台井架保温装置及设计方法。

背景技术

由于人们对于石油与天然气的需求量不断上升，而常规地区油气资源枯竭，目前世界各国都对极地海洋油气资源的重视加强。极地海洋区域蕴含着丰富的油气资源，根据俄罗斯等国的调查，北极地区原油储量和天然气储量，约为全球探明原油和天然气储量的25％和41％。随着北极冰川的消融，技术的进步，极地海洋油气的钻探活动也会越来越多，而极地海工装备已经成为俄罗斯、挪威、加拿大和美国等国家的研究热点，因此必须及早开展对极地海洋钻井相关课题的研究，对未来油气资源市场占据先机。

尽管极地海洋区域蕴含着丰富的油气资源，但是由于北极海洋地区气温极低、海上风速比较大、暴风雪多、地理位置十分偏远、后勤保障困难、生态环境敏感以及海底浅层欠压实、井壁不稳定等问题，导致极地海洋钻井遭到了重重困难与挑战。极地海洋严酷的作业环境对海洋钻井提出了巨大的挑战，如果海洋钻井平台直接暴露于极地环境中，则会造成钻井液的性能发生变化，钻井管柱容易发生脆性破坏，钻井设备低温润滑失效，钻井设备低温密封失效，钻井设备和工具机械性能高降低，作业人员无法在露天环境下正常作业等情况。因此需要保温措施来使海洋平台的作业区域的温度保持在合适的温度范围内。井架是海洋钻井平台上一个非常重要的组成部分，可以承载起下钻、下套管以及其他作业所产生的载荷，并提供起下钻及存放管柱操作的高度与空间，其内部有非常多的重要的钻井设备，如天车、游车等起升设备。在钻井作业期间，需要工人在其内进行作业，因此将井架用保温层包覆起来，内部分布加热设备，可以起到保温、防风、防冰雪等的作用，使得钻井活动正常进行。

井架保温问题是极地冰区海洋钻井过程中的重要问题，目前学者对其研究的还不是很深入。2010年，Koo M J等研究了半潜式钻井平台在北极工作防寒技术，保证钻机在室外温度最低-30℃下正常工作；2015年，杨艳总结了北海半潜式钻井平台防冻除冰技术。但是目前井架基本上都是用钢板做成瓦楞板形状，只有防风作用，没有防寒作用。本发明对极地海洋钻井过程中的井架保温问题聚焦，提出一种极地钻井平台井架保温装置及设计方法，可以针对性的设计极地钻井平台井架保温方案。

发明内容

针对极地冰区海洋钻井过程中的井架保温问题，本发明提供了一种极地钻井平台井架保温装置及设计方法。极地钻井平台井架保温装置包括保温墙和加热器。通过理论计算和有限元模拟，分别对保温材料的选择、加热器的数量和分布、加热器的保温功率、井架风载校核等进行了计算，最终确定极地钻井平台井架需要的保温装置，为现场应用提供依据。

一种极地钻井平台井架保温装置，包括保温墙和加热器，保温墙贴着极地钻井平台井架设置，保温墙是由外侧的两层保护层与内侧的保温层复合而成的三层结构，极地钻井平台井架保温装置内设置加热器；保护层采用0.6～0.8mm的钢板或者铝板，保温层采用适用于极地钻井平台井架的保温材料，加热器采用热风机，热风机由风机与加热盘管组合而成，向井架内吹热风，以使井架内部温度保持在适合极地平台钻井作业的温度；保温材料采用岩棉或泡沫玻璃。

上述的极地钻井平台井架保温装置的设计方法，具体步骤如下：

S1、获取极地冰区海洋作业区域环境参数

S2、获取极地钻井平台井架参数和保温材料参数