海洋鉆井平臺折臂吊技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢*

王芳芳,趙 健,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)

海洋鉆井平臺折臂吊技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢*

王芳芳,趙 健,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)

伴隨著自動化鉆井技術(shù)在海洋鉆井平臺的應(yīng)用,鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)得到了較快的發(fā)展。作為鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)首道工序設(shè)備的折臂吊,在整個鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位。介紹了國內(nèi)外折臂吊技術(shù)水平現(xiàn)狀,對折臂吊進(jìn)行了歸納、分析,并對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

自動化鉆井;鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng);折臂吊

0 引 言

近年來,隨著陸地石油鉆井裝備市場的飽和,海洋鉆井裝備越來越成為各石油鉆采公司發(fā)展的方向。伴隨著自動化鉆井技術(shù)的發(fā)展,鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展。究其原因在于以下三點(diǎn):一是安全性,鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)代替了以往用鋼絲繩對鉆井管具的拖、拉、拽等方法[1],不僅降低了鉆井工人的勞動強(qiáng)度,而且避免了鉆井工人與鉆井管具的直接接觸;二是經(jīng)濟(jì)性,鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)縮短了花費(fèi)在鉆井管具的移運(yùn)上的時間,縮短了鉆井周期,同時,減少了參與鉆井作業(yè)人員的數(shù)量,從而減少了在鉆井人員上的花費(fèi)。

作為鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)中的典型設(shè)備,折臂吊主要作用是將甲板管子堆場上的鉆井管具移送到動力貓道機(jī)上,再由動力貓道機(jī)將管具運(yùn)送到鉆臺,以便進(jìn)行后續(xù)的鉆井作業(yè),或者進(jìn)行反向操作[2]。

1 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)是近幾年內(nèi)才開始研究折臂吊及鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng),目前已經(jīng)開發(fā)研制出折臂吊的公司有寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司、四川宏華石油設(shè)備有限公司和沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司,其中沈陽新松研制的折臂抓管機(jī)器人被成功應(yīng)用到“海洋石油708”上,但是國內(nèi)大多數(shù)海洋鉆井平臺配套的折臂吊仍然是國外的設(shè)備,國外技術(shù)仍處于壟斷地位[3]。

2 國外技術(shù)現(xiàn)狀

國外對折臂吊及鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)早有研究,在海洋鉆井平臺上配套的折臂吊結(jié)構(gòu)形式多樣。全球最大的海洋鉆井供應(yīng)商美國NOV公司、挪威的Aker Kvaerner MH公司、TSC公司、Cameron公司已經(jīng)開發(fā)研制出鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng),包括折臂吊,可處理的管徑范圍為2 7/8"～20",配置了自動化控制系統(tǒng)并帶有安全保護(hù)裝置,在全球海洋鉆井作業(yè)中廣泛運(yùn)用。

3 折臂吊技術(shù)分析

折臂吊主要由基座、操作室、主臂、折臂、伸縮臂、夾持手爪等組成。通過查閱大量的國內(nèi)外公司折臂吊產(chǎn)品資料和對國內(nèi)產(chǎn)品的對比分析,歸納出目前常用的折臂吊可分為兩類。

3.1 固定式折臂吊

其主要特點(diǎn)是折臂吊固定在鉆井平臺甲板管子堆場的某個位置,占用空間小。折臂吊由各個液壓缸的伸縮和基座的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)折臂吊在360o水平面內(nèi)對作業(yè)范圍內(nèi)管具的抓取,然后將抓取后的管具放到動力貓道機(jī)上。缺點(diǎn)是此種折臂吊作業(yè)范圍有限,且折臂吊是繞基座軸線旋轉(zhuǎn),在抓取過程中有作業(yè)死角,如圖1所示。

3.2 移動式折臂吊

其主要特點(diǎn)是甲板上鋪設(shè)有軌道,折臂吊可在軌道上行走。這樣一來,大大增加了折臂吊的作業(yè)范圍。正是由于它的可移動性,臂架結(jié)構(gòu)可不需要用伸縮臂來增加其作業(yè)范圍,通常采用中間臂。主臂與關(guān)節(jié)臂分別與中間臂連接,由兩個液壓缸來驅(qū)動,關(guān)節(jié)臂液壓缸完全縮回時,關(guān)節(jié)臂幾乎與主臂平行,從而能抓取到離基座更近距離的管具。缺點(diǎn)是鋪設(shè)軌道所占用的鉆井平臺面積較大,成本較高,如圖2所示。

圖1 NOV公司的固定式折臂吊

圖2 Aker Kvaerner MH公司的可移動式折臂吊

3.3 關(guān)鍵技術(shù)分析

折臂吊是典型的機(jī)電液一體化設(shè)備,其中機(jī)械部分既要保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求,又要有效的控制結(jié)構(gòu)重量;控制部分則應(yīng)保證折臂吊一系列動作的連貫、精準(zhǔn),且具有高的靈敏性和響應(yīng)速度。折臂吊在作業(yè)過程中可能會出現(xiàn)液壓動力失效、過載等安全問題,因此對整個系統(tǒng)要設(shè)置過載保護(hù)、旋轉(zhuǎn)限位、急停開關(guān)、油溫報(bào)警等安全保護(hù)功能,以保證操作過程的安全性。

4 發(fā)展趨勢

隨著海洋鉆井向深井乃至超深井方向的發(fā)展,這對海洋鉆井設(shè)備在自動化、安全性等方面有了更高的要求。折臂吊作為鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)的一部分,配合其他自動化鉆井工具如動力貓道機(jī)、排管機(jī)械手、動力鼠洞等聯(lián)合使用,使得鉆井實(shí)現(xiàn)全自動化或者是半自動化,大大提高了海上鉆井作業(yè)的安全性和效率。未來,它們將在海洋鉆井平臺上得到更廣泛的應(yīng)用,折臂吊在鉆井管具管徑處理范圍、作業(yè)范圍以及承載能力等方面也會有很大的提升,結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)多樣化,產(chǎn)品形成系列化。

5 結(jié) 論

綜上所述,折臂吊作為鉆桿自動移運(yùn)系統(tǒng)的一部分,在自動化鉆井作業(yè)過程中扮演著重要的角色。國外折臂吊的技術(shù)水平已趨于成熟,而國內(nèi)對折臂吊的研究還處于發(fā)展階段,有很大的發(fā)展空間。

[1] 趙淑蘭,李文彪,聶永晉,等.動力貓道技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].石油礦場機(jī)械,2014,39(2):13-15.

[2] 崔學(xué)政,張富強(qiáng),肖文生,等.海洋鉆井平臺折臂起重機(jī)設(shè)計(jì)[J].石油礦場機(jī)械,2009,38(11):31-33.

[3] 郭學(xué)峰.海洋折臂吊在超深水海洋鉆井平臺上的應(yīng)用與研究[J].船舶,2014(5):50-55.

Technology and Developing Trend of Knuckle Boom Crane on Offshore Drilling Platform

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

With the automation drilling technology applications on the offshore drilling platform,the pipe automatic transferring system is rapidly developed.As the first procedure device in pipe automatic transferring system,the knuckle boom crane plays a very important role.In this paper,the technical level of knuckle boom crane at home and abroad is introduced,and induction and analysis on the knuckle boom crane are carried out,finally the future development trend is prospected.

automation drilling;pipe automatic transferring system;knuckle boom crane

TE923

A

1007-4414(2015)05-0208-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.077

2015-08-14

王芳芳(1989-),女,陜西榆林人,主要從事陸地鉆機(jī)和海洋平臺鉆井包的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。