在平台钻井期间, 对临近井口区设备的保护是平台维保工作中的重要环节。在钻井过程中飞溅的泥浆一旦进入井口周边的设备中, 会对设备造成极大的损伤, 造成电路短路、机器腐蚀等现象, 因此有必要对临近井口的设备进行保护工作, 确保机器能够长时间正常运行。以往做法是在井口区四周吊挂帆布阻隔泥浆, 海底的泥浆由于特殊地理环境的影响, 含有大量的酸碱物质, 设备上的润滑油等也会随着泥浆飞溅出来。在油气钻探的过程中, 飞溅的泥浆甩到帆布上, 帆布受泥浆中酸碱物质和油污腐蚀受损, 从而不能达到保护井口周边设备的目的。

进行泥浆防护技术改造和海上平台井口防泥浆膜结构设计的目的, 就是防止泥浆飞溅对井口周围造成污染。因此海上平台井口区防护膜结构技术设计的总体要求, 就是膜结构的方案设计, 根据平台井口区生活楼背面的尺寸和结构特点, 达到钻井期间防止泥浆往井口区外, 以及生活楼背面飞溅的效果。在满足这个设计总目标的同时, 由于防护膜使用环境的特殊性, 以及出于资金成本和作业安全的考虑, 还需要达到以下技术要求。

海上作业平台需要长期在大风环境中工作, 因此对膜结构的抗风力能力有着一定的要求, 抗风能力不足很容易使膜结构受风力作用而损坏, 浪费研究资金的同时, 也达不到井口设备防泥浆的要求。根据我国的海洋气候条件, 以及油气开采平台的具体使用环境, 对海上平台井口区防护膜结构技术设计的要求, 是在10级风力以下可以正常使用, 不会损坏;在9级风力以下可以正常拆卸;5级风以下可以正常安装[1]。

由于油气开采平台长期在海上工作, 与陆地长期分离, 一些物资需要经过货船来补给, 在油气开采中又不可以产生大量的垃圾废料, 以免造成环境的污染。因此对膜结构的使用期限有一定的要求, 要求其使用期限要能达到一年, 除非特殊情况的出现, 否则膜结构不能出现破损的状况。在使用中有时需要根据井口周边设备的位置, 来调整泥浆防护膜的位置, 就要求膜结构在正常使用期限内能够承受一定的拆装次数。一般要求在一年的使用期限内10次拆装不会损坏。

在膜结构满足工作环境和使用期限的要求的前提下, 对膜结构的形式设计要方便快速便捷的拆装。在海上平台作业平台面积较为狭窄, 没有太多的空间提供给膜结构的安装, 在海上平台由于环境的特殊性, 遇见极端天气就要停止作业, 这就导致在海上平台的作业时间较短。空间和时间上的限制, 就需要在进行膜结构的形式设计时, 要满足方便快捷拆装的要求。

在油气开采的过程中, 井口飞溅的泥浆含有多种物质, 其中包括:钻井泥浆、岩石小碎块以及压裂液。钻井泥浆和岩石小碎块是属于正常的固体废料, 飞溅的过程中, 由于具备一定的冲击力, 不加以防护的情况下, 会对井口周边设备建筑造成冲击, 损害设备。压裂液属于一种特殊的工业废水, 压裂液中含有油份, 酸碱物质以及一些其他具有腐蚀性的物质。因此, 要求膜材料需要具备抗酸碱, 抗腐蚀和抗油污的能力, 本文膜材料选择防酸碱膜材HEY Tex 3574。

根据抗风张拉力要求、海水、泥浆、酸碱、油污防护要求、抗紫外线要求, 本次设计改造中选择德国产膜材。该膜材采用高强度低纱聚酯丝为基布, 织造丝规格达到1100dtex, 织造丝密度为12/12yarn/cm, 此种标准可以达到防泥浆, 防酸碱和防油污的功能要求。拉伸强度达到4400/4200N/5cm, 撕裂强度为600/550N, 可以达到在10级风力下仍然正常使用的要求。

在膜结构形式设计时, 采用的是平架梁的结构设计, 在膜材料的下方采用铝压板来固定, 然后在膜材料的上方左右两个角用绳索连接, 通过齿轮设计, 绳索与液压小卷盘连接, 利用液压卷盘可以通过绳索和齿轮拉伸膜材料。在绳索与膜材料的连接上, 采用锁膜板的设计, 通过锁膜板可以使绳索与膜材料牢固的连接, 在膜材料收到风力冲击的情况下, 不会发生连接挣脱的现象。

放样有自动放样与手工放样之分, 取决于加工厂商的设备情况。自动放样是将包含各膜片X、Y坐标的数据文件输入电脑, 经排版、优化后打印在膜布上或直接由电脑控制的切割机将膜布裁剪成片。当采用手工放样时, 通常要先做出1:1的纸样, 再将纸样放置在膜布上排版, 最后划线、下料。手工放样、下料的精度应控制在±2mm以内。在正式进行焊接加工前, 需进行热合试验以便为热合加工提供参数依据。试验样条的抗拉强度应不低于其母材强度的80%。在焊接加工过程中, 也需定时试验并记录结果, 以便随着环境温、湿度的变化及加工部位的不同, 随时修正相关技术参数[2]。

为检验此次膜结构设计的张拉效果、装拆易用性, 模拟海上环境, 安排制作实验结构框架, 在海边码头安装拆卸泥浆防护膜, 尽量选择大风天气, 并辅以风机制造风力, 进行实验。

膜支撑结构安装根据膜结构设计图在陆地预制加工支撑结构件, 在海上施工现场对支撑结构件按海洋工程结构安装常规做法进行安装。

(1) 膜配件装配对照膜结构总体型式图, 按以下步骤装配膜配件: (1) 膜边索穿膜:将膜边索穿入膜左上右三边护套内, 裁剪膜边索两端长度; (2) 锁膜板安装:将锁膜板装配于膜左右上角, 并螺栓紧固; (3) 膜边索两端连接固定锚头:剥掉膜边索两端的PE护套, 将膜边索两端每股钢丝插入固定锚头内的锥形楔槽, 挤压锥形楔, 将膜边索两端与固定锚头连接牢固; (4) 张拉索上端连接锁膜板:剥掉张拉索上端的PE护套, 将张拉索钢丝采用“8字穿接”法穿过锁膜板孔眼, 并用钢丝绳扣扎紧绳头, 裁剪张拉索下端长度; (5) 张拉索下端连接活动锚头:剥掉张拉索下端的PE护套, 将张拉索下端每股钢丝插入活动锚头内的锥形楔槽, 挤压锥形楔, 将张拉索下端与活动锚头连接牢固; (6) 单张膜配件装配完毕, 折叠包装好待安装。

(2) 膜安装与拆卸对照膜结构总体型式图, 按以下步骤进行膜安装与拆卸。初始安装步骤: (1) 固定锚头与地面吊耳连接:将膜下端的固定锚头螺栓连接于吊耳孔; (2) 膜下边与地面支撑结构角钢连接:将膜下边沿地面支撑结构角钢铺开, 在膜下边左右两端使用膜张拉拉紧器将膜下边拉紧绷直, 用铝压板将膜下边压在地面支撑结构角钢面上, 并用螺栓紧固铝压板、膜下边和地面支撑结构角钢, 卸掉膜张拉拉紧器; (3) 拉膜:将膜左右上角的张拉索穿过滑轮槽, 左右两侧同步向下拉张拉索将膜拉起; (4) 活动锚头与地面吊耳连接:当张拉索下端活动锚头接近地面吊耳时, 在膜左右张拉索下端同时使用膜张拉拉紧器将张拉索拉紧绷直, 直至将活动锚头螺栓穿入地面吊耳孔, 卸掉膜张拉拉紧器; (5) 的松紧丝扣, 调整膜边索、张拉索、膜体的张拉绷紧程度; (6) 膜安全防护措施安装:在两个活动锚头端帮扎牵拉尾绳, 在两个锁膜板上绑扎导向索 (见膜结构总体型式图) , 在两个活动锚头上端安装液压驱动小滚筒并连接盘卷保护钢索。

拆卸步骤: (1) 活动锚头与地面吊耳拆卸:在膜左右张拉索下端同时使用膜张拉拉紧器将张拉索拉紧绷直, 同时松卸活动锚头的松紧丝扣, 直至活动锚头与地面吊耳出现松动, 拆掉活动锚头与地面吊耳的连接螺栓, 脱开活动锚头与地面吊耳的连接; (2) 收膜:活动锚头与地面吊耳脱开后, 反向操作张拉索下端的拉紧器, 松懈张拉索绷紧度, 膜缓慢回落, 同时安排人员牵拉活动锚头端尾绳, 当张拉索拉力与人力牵拉尾绳平衡时, 拆掉张拉索下端的拉紧器, 缓慢溜尾绳, 使得膜缓慢回落到地面; (3) 膜绑扎:膜完全回落地面后, 将膜快速折叠好并捆扎于地面角钢旁, 将尾绳、张拉索绑扎于就近的结构物。

(3) 防护膜的支撑结构的拆卸也可以采用液压方案。拆卸步骤为: (1) 液压马达安装:将液压马达与液压小卷盘联轴器对接, 螺栓固定好液压马达; (2) 活动锚头与地面吊耳拆卸:启动液压泵站, 操作液压换向阀 (进位) , 启动液压马达带动液压小卷盘, 正向盘卷保护钢索, 使得张拉索拉紧绷直带力, 操作液压换向阀 (中位) , 停止液压马达, 同时松卸活动锚头的松紧丝扣, 直至活动锚头与地面吊耳出现松动, 拆掉活动锚头与地面吊耳的连接螺栓, 脱开活动锚头与地面吊耳的连接; (3) 收膜:活动锚头与地面吊耳脱开后, 打开液压小卷盘的防逆转棘轮限制机构, 操作液压换向阀 (倒位) , 启动液压马达带动液压小卷盘, 倒向松放保护钢索, 膜缓慢回落地面; (4) 液压马达拆卸:膜回落地面后, 将液压马达从液压小卷盘上拆掉; (5) 膜绑扎:膜完全回落地面后, 将膜快速折叠好并捆扎于地面角钢旁, 将尾绳、张拉索绑扎于就近的结构物。

液压辅助回装步骤: (1) 解开绑扎:解开膜、尾绳、张拉索绑扎, 检查膜及配件情况; (2) 液压马达安装:将液压马达与液压小卷盘联轴器对接, 螺栓固定好液压马达; (3) 拉膜:启动液压泵站, 操作液压换向阀 (进位) , 启动液压马达带动液压小卷盘, 正向盘卷保护钢索, 将膜拉起; (4) 活动锚头与地面吊耳连接:当张拉索下端活动锚头到达地面吊耳时, 操作液压换向阀 (中位) , 停止液压马达, 将活动锚头螺栓穿入地面吊耳孔; (5) 膜张拉调整:当膜以上安装全部完成后, 通过调整固定锚头和活动锚头上的松紧丝扣, 调整膜边索、张拉索、膜体的张拉绷紧程度; (6) 液压马达拆卸:膜拉紧后, 将液压马达从液压小卷盘上拆掉。

海上平台井口区防护膜结构技术设计具有适应能力强、安装拆卸快捷的特点。选用拉伸强度及抗撕裂强度大的膜材料, 在吊挂处使用开孔式夹膜钢板固定, 保证其抗风能力。耐酸碱及油污腐蚀, 泥浆环境可使用。海上平台井口区防护膜结构技术设计, 提高了油建公司的海上运维产业技术服务水平, 掌握一项海上平台泥浆防护的新技术。随着海上平台运维的发展需求, 海上平台井口区防泥浆膜结构, 将逐步替代以往吊挂帆布泥浆防护技术。该技术安全有效, 能够降低项目成本, 可在同类型项目中推广百富策略白菜网。