海洋鉆井平臺(tái)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景*

趙 健,王芳芳,趙世剛

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司,山東青島 266520)

海洋鉆井平臺(tái)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景*

趙 健,王芳芳,趙世剛

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司,山東青島 266520)

鉆桿移運(yùn)起重機(jī)是自動(dòng)化管具處理系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié),也是其重要組成部分。重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)、外鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀,并對(duì)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的典型設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)說明,最后對(duì)未來的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

鉆桿移運(yùn)起重機(jī);折臂起重機(jī);門式起重機(jī)

0 引 言

鉆桿移運(yùn)起重機(jī)應(yīng)用在自升式鉆井平臺(tái)上,主要作用是將排放在甲板上的管具(包括鉆桿、鉆鋌、套管,以下統(tǒng)稱為鉆桿)移送至自動(dòng)貓道機(jī)上,或者進(jìn)行反向操作。傳統(tǒng)鉆井作業(yè)中,鉆桿移運(yùn)操作需要人力去完成,操作時(shí)人員安全得不到保證。鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的出現(xiàn),降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,減少了操作工人的數(shù)量,提高了工作的安全性和效率[1]。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外鉆桿移運(yùn)起重機(jī)已取得了較為顯著的成果,產(chǎn)品已形成系列,而且得到了廣泛的應(yīng)用。目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用最好的公司有美國(guó)的National oilwell Varco公司和挪威的Aker Kvaerner MH公司[2]。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的起步比較晚,對(duì)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的研究和應(yīng)用較少[3]。近幾年由于海工裝備的興起,國(guó)內(nèi)的大型海工設(shè)備生產(chǎn)廠家、石油機(jī)械供應(yīng)商逐漸認(rèn)識(shí)到鉆桿自動(dòng)操作系統(tǒng)對(duì)深水鉆井作業(yè)的重要性,加大了該系統(tǒng)的研發(fā)和制造力度,并初見成效[4]。四川宏華石油設(shè)備有限公司、寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司、渤海裝備遼河重工有限公司均研制出了自己的鉆桿移運(yùn)起重機(jī)。然而,國(guó)內(nèi)大多數(shù)海洋鉆井平臺(tái)配套的仍然是國(guó)外的鉆桿移運(yùn)起重機(jī)產(chǎn)品,如“海洋石油941”、“中油海16”等自升式鉆井平臺(tái),配套的均是Vacro公司的鉆桿移運(yùn)起重機(jī)[5]。

3 典型的鉆桿移運(yùn)起重機(jī)設(shè)備

海洋鉆井平臺(tái)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)典型設(shè)備為折臂起重機(jī)、門式起重機(jī)。

折臂起重機(jī)是一種適應(yīng)于淺海的、由復(fù)合關(guān)節(jié)和伸縮梁組成,在端部裝有機(jī)械手夾鉗的設(shè)備。主要在甲板與貓道之間執(zhí)行抓取、放置鉆桿動(dòng)作。另外,還可以用爪子上的吊耳吊運(yùn)一些小的工具和設(shè)施等。其安裝在管子堆場(chǎng)的一側(cè),為基座式安裝、油缸變幅、箱型梁折疊吊臂式起重機(jī)。如圖1所示,折臂起重機(jī)整機(jī)包含起重機(jī)主體、攝像頭、軸控制、機(jī)械手、液壓控制等,其中起重機(jī)主體又包括基座、中柱(回轉(zhuǎn)臺(tái))、主臂、關(guān)節(jié)臂、伸縮臂、操作間六個(gè)部分。其安裝占用甲板面積小,結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量輕,工作時(shí)吊機(jī)整體可3600旋轉(zhuǎn),抓取靈活;不工作時(shí)主臂與折臂折疊存放,將折臂置于停放支架上,節(jié)省空間。

門式起重機(jī)主要用來水平處理隔水管。其結(jié)構(gòu)由門架、小車、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、吊鉤、操縱室、電氣設(shè)備和夾軌器等部分組成,門架由主梁、左右支腿以及橫梁構(gòu)成。支腿上部為箱型梁結(jié)構(gòu),梁上安裝兩個(gè)橫移小車,橫移小車在梁上移動(dòng)調(diào)整吊鉤間距,起吊不同長(zhǎng)度的隔水管單根;吊鉤的下放和起升可通過齒輪齒條的嚙合來實(shí)現(xiàn),起吊時(shí),兩吊鉤分別鉤住隔水管的兩端,同步提升。如圖2所示,大車、小車的驅(qū)動(dòng)方式和提升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式均采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條嚙合,來實(shí)現(xiàn)末端夾持器的定位。門式起重機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,且工作范圍較大;缺點(diǎn)是質(zhì)量大,安裝占用空間大,移運(yùn)軌跡固定,工作只受軌道行程的限制和起重機(jī)跨度的限制。

圖1 折臂起重機(jī)

圖2 門式起重機(jī)

4 鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的發(fā)展前景

隨著鉆井勘探不斷向深海發(fā)展,以及自動(dòng)控制技術(shù)水平的提高,尤其是用于海上鉆探的鉆井設(shè)備,在安全性和人員配備方面的要求越來越高,鉆桿移運(yùn)起重機(jī)作為自動(dòng)化管具處理系統(tǒng)的重要設(shè)備,應(yīng)從如下幾個(gè)方面重點(diǎn)進(jìn)行研究。

4.1 安全性

為保證工作的安全性與可靠性,起重機(jī)應(yīng)配備各種安全保護(hù)裝置,包括極限位置限制器、超載限制器、風(fēng)級(jí)風(fēng)速報(bào)警器、以及油溫報(bào)警器和最低油位報(bào)警器等,用來預(yù)防起重機(jī)在工作失效或者是非正常的狀態(tài)下緊急停止作業(yè),保障鉆井作業(yè)人員以及起重機(jī)設(shè)備的安全性。

4.2 產(chǎn)品類別多樣性

鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的類別應(yīng)具有多樣性。可針對(duì)不同的甲板空間大小和使用要求,設(shè)計(jì)不同類型的起重機(jī),如折臂起重機(jī)、橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)等,來滿足海洋平臺(tái)的實(shí)際工況。

4.3 產(chǎn)品系列化

對(duì)于不同井深以及不同作業(yè)水深的鉆井平臺(tái)來說,所使用的鉆井管具在管徑范圍上有所不同,且不同類型的鉆井平臺(tái)對(duì)于鉆井管具在甲板的排放亦有所不同,因此鉆桿移運(yùn)起重機(jī)應(yīng)在管徑范圍、工作半徑以及承載能力等方面形成系列化產(chǎn)品,以適應(yīng)不同井深、不同類型的鉆井平臺(tái)。

5 結(jié) 語

鉆桿移運(yùn)起重機(jī)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鉆井中必不可少的管具處理設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)在海洋平臺(tái)自動(dòng)化管具處理系統(tǒng)方面還有很大的發(fā)展空間,應(yīng)加大對(duì)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)的研發(fā)制造力度,逐步改善國(guó)外產(chǎn)品的壟斷局面。隨著海洋鉆井平臺(tái)市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,國(guó)產(chǎn)鉆桿移運(yùn)起重機(jī)將會(huì)得到更大的應(yīng)用和發(fā)展。

[1] 崔學(xué)政,張富強(qiáng),肖文生,等.海洋鉆井平臺(tái)折臂起重機(jī)設(shè)計(jì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(11):28-31.

[2] 劉平全.鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].青島:中國(guó)石油大學(xué),2010.

[3] 張富強(qiáng).鉆井平臺(tái)鉆桿自動(dòng)傳送系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].青島:中國(guó)石油大學(xué),2008.

[4] 張茄新,王 璐,徐曉鵬,等.海洋鉆井隔水管處理系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].石油機(jī)械,2014,42(11):120-123.

[5] 王凌寒,肖文生,楊軼普.自動(dòng)化管子處理裝置在海洋鉆井作業(yè)中的應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(2):67-72.

[6] 中國(guó)船級(jí)社.船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2007.

Development Status and Prospect of Pipe Transferring Crane for Offshore Drilling Platform

ZHAO Jian,WANG Fang-fang,ZHAO Shi-gang
(Qingdao Branch of Lanzhou Lanshi Energy Equipment Engineering Research Institute Co.,Ltd,Qingdao Shandong 266520,China)

As the primary step of automated pipe handling system,the pipe transferring crane is also the important component. In this paper,the development status of pipe transferring crane at home and abroad are mainly introduced,and detailed instructions to the typical equipments of pipe transferring crane are also carried on.Finally,the future development trend of pipe transferring crane is prospected.

pipe transferring crane;knuckle boom crane;gantry crane

TE951

A

1007-4414(2015)05-0200-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.074

2015-08-04

趙 健(1987-),男,吉林磐石人,助理工程師,主要從事陸地鉆機(jī)和海洋平臺(tái)鉆井包的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。