海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)研究

摘要：目前，固定式海洋平臺(tái)的常規(guī)海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)主要有兩種形式，即棘爪式和舉升滾動(dòng)式。文章介紹了常規(guī)海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)的組成、工作原理，從可靠性、經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等方面分析了海洋修井機(jī)兩種滑移方式的優(yōu)缺點(diǎn)，為海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：固定式海洋平臺(tái)；海洋修井機(jī)；滑移系統(tǒng)；棘爪式；舉升滾動(dòng)式 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE935 文章編號(hào)：1009-2374（2016）14-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.077

1 概述

海洋平臺(tái)是目前海洋石油勘探開發(fā)的主要裝備，而在眾多的海洋平臺(tái)中，固定式海洋鉆井平臺(tái)是最常用的設(shè)備。大多數(shù)情況下，固定式海洋平臺(tái)初期的鉆井由自升式鉆井平臺(tái)來完成，當(dāng)自升式鉆井平臺(tái)來鉆井時(shí)，修井機(jī)可以滑移到避讓位置，給自升式鉆井平臺(tái)留出足夠的作業(yè)空間。固定式鉆井平臺(tái)的中、下層甲板都配置有配套的采油、儲(chǔ)油等設(shè)施，當(dāng)井區(qū)鉆井完成之后，固定式平臺(tái)就充當(dāng)采油平臺(tái)的角色進(jìn)行采油作業(yè)。海洋修井機(jī)都是放置在固定平臺(tái)的頂層甲板上，常規(guī)固定式平臺(tái)頂層甲板由井口區(qū)（修井機(jī)作業(yè)區(qū)域）、飛行甲板區(qū)、修井輔助設(shè)備區(qū)（配電系統(tǒng)、固控系統(tǒng)、生活辦公區(qū)域等）構(gòu)成。固定式平臺(tái)配置的海洋修井機(jī)主要用來進(jìn)行鉆完井、修井和打調(diào)整井作業(yè)，是保障平臺(tái)采油效率的關(guān)鍵設(shè)備。修井機(jī)按噸位分為90t、112t（過渡產(chǎn)品，不推薦使用）、135t、158t（過渡產(chǎn)品，不推薦使用）、180t海洋修井機(jī)。按驅(qū)動(dòng)方式分為柴油機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。修井機(jī)配置主要包括井架總成、移動(dòng)底座、提升設(shè)備、絞車、轉(zhuǎn)盤、游車大鉤、水龍頭、泥漿泵及泥漿罐系統(tǒng)、井口工具、防噴器及控制裝置、泥漿管匯系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。修井機(jī)放置在平臺(tái)的井口區(qū)域，通過滑移系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)修井機(jī)的橫向和縱向的移動(dòng)，從而保證修井機(jī)可以覆蓋平臺(tái)區(qū)域的所有井位。

2 海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)

固定式鉆井平臺(tái)配置的海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)一般都是通過液壓傳動(dòng)原理來實(shí)現(xiàn)滑移的，通過液壓動(dòng)力及控制系統(tǒng)，將帶壓力的液壓油介質(zhì)傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)液壓油缸中，將液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)換為油缸的推力或拉力，再通過連接耳板及銷軸將力傳到修井機(jī)的底座結(jié)構(gòu)上，來克服修井機(jī)底座與滑移導(dǎo)軌之間的摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)修井機(jī)底座的移動(dòng)?；葡到y(tǒng)按修井機(jī)底座與導(dǎo)軌之間的摩擦方式來劃分，主要有兩種形式：棘爪式和舉升滾動(dòng)式。

2.1 棘爪式滑移系統(tǒng)

棘爪式滑移系統(tǒng)的棘爪機(jī)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)形式，插入式棘爪和摩擦式棘爪。插入式棘爪滑移系統(tǒng)和摩擦式棘爪滑移系統(tǒng)的工作原理是相同的，僅兩個(gè)系統(tǒng)棘爪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不同，下面主要介紹一下這兩種不同棘爪機(jī)構(gòu)的滑移系統(tǒng)的組成、工作原理、控制原理、主要技術(shù)參數(shù)。

2.1.1 插入式棘爪滑移系統(tǒng)。插入式棘爪滑移系統(tǒng)主要由棘爪機(jī)構(gòu)、插銷板、轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)向塊、滑移油缸、連接耳板及銷軸組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

插入式棘爪滑移系統(tǒng)的導(dǎo)軌上翼板開有很多連續(xù)的步進(jìn)孔，在滑移時(shí)，先轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，將棘爪機(jī)構(gòu)的插銷板插入步進(jìn)孔內(nèi)，此時(shí)棘爪機(jī)構(gòu)與導(dǎo)軌相對(duì)固定，通過控制滑移油缸的伸縮來完成修井機(jī)的移動(dòng)。在移動(dòng)一個(gè)油缸行程后，通過棘爪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸將插銷板從步進(jìn)孔中旋轉(zhuǎn)出來，棘爪機(jī)構(gòu)與導(dǎo)軌相對(duì)不固定，修井機(jī)相對(duì)導(dǎo)軌也不固定，但是棘爪機(jī)構(gòu)的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于修井機(jī)的重量，所以修井機(jī)與導(dǎo)軌之間的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于棘爪機(jī)構(gòu)底座與導(dǎo)軌之間的摩擦力。此時(shí)控制滑移油缸的伸縮，可以完成棘爪機(jī)構(gòu)在導(dǎo)軌上的移動(dòng)，當(dāng)滑移油缸完全伸出（或縮回）時(shí)，棘爪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)滑移行程的起始位置，如此循環(huán)操作，可以實(shí)現(xiàn)修井機(jī)的連續(xù)移動(dòng)。

2.1.2 摩擦式棘爪滑移系統(tǒng)。摩擦式棘爪滑移系統(tǒng)主要由棘爪機(jī)構(gòu)、鎖緊油缸、鎖緊壓板、滑移油缸、連接耳板及銷軸組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

摩擦式棘爪滑移系統(tǒng)與插入式棘爪滑移系統(tǒng)有相同的工作原理，僅棘爪機(jī)構(gòu)的作用原理不同。鎖緊油缸鑲嵌于摩擦式棘爪機(jī)構(gòu)中，與棘爪機(jī)構(gòu)固定在一起。初始狀態(tài)下，棘爪機(jī)構(gòu)的鎖緊壓板與導(dǎo)軌有一定的間隙，當(dāng)鎖緊油缸的活塞桿動(dòng)作時(shí)，油缸活塞桿的下端面和鎖緊壓板的上端面可以夾緊滑移導(dǎo)軌的上下平面，從而在棘爪機(jī)構(gòu)與導(dǎo)軌之間產(chǎn)生一個(gè)很大的摩擦力（要大于修井機(jī)與導(dǎo)軌之間的摩擦力），從而保證在滑移油缸動(dòng)作時(shí)，棘爪機(jī)構(gòu)相對(duì)于導(dǎo)軌不動(dòng)，而修井機(jī)相對(duì)于導(dǎo)軌移動(dòng)。

2.1.3 控制原理。棘爪式滑移系統(tǒng)的液壓動(dòng)力源來自于修井機(jī)配置的組合液壓站（電驅(qū)式修井機(jī)）或者來自于安裝在液力變速箱上的取力器及液壓油泵（機(jī)械驅(qū)動(dòng)式修井機(jī)），整個(gè)液壓控制系統(tǒng)由三位六通手動(dòng)換向閥、單向閥、溢流閥、壓力表、液壓硬管線和液壓軟管等組成。通過控制手動(dòng)換向閥，來實(shí)現(xiàn)滑移油缸的動(dòng)作。其操作需要人為手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，控制精度低，修井機(jī)底座兩側(cè)滑移的同步性較差。

2.1.4 主要技術(shù)參數(shù)。棘爪式滑移系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下（180t常規(guī)海洋修井機(jī)的配置）：

液壓系統(tǒng)額定壓力：16MPa

滑移油缸行程：600mm

設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)：0.35

滑移油缸數(shù)量：4個(gè)（上、下移動(dòng)座各2個(gè)）

滑移油缸拉力（上移動(dòng)座）：650kN

滑移油缸推力（上移動(dòng)座）：850kN

滑移油缸拉力（下移動(dòng)座）：1300kN

滑移油缸推力（下移動(dòng)座）：1750kN

2.2 舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)組成。舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，它的工作原理是用滾動(dòng)摩擦來代替棘爪式滑移系統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦，從而大大減小修井機(jī)滑移時(shí)需要克服的摩擦力，提高滑移系統(tǒng)的可靠性。舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)主要由舉升油缸及底座、導(dǎo)向塊、平移油缸、圓柱滾子滾排、連接耳板及銷軸組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示：

修井機(jī)在滑移的初始狀態(tài)時(shí)，舉升油缸全部縮回，此時(shí)修井機(jī)的重量直接壓在滑移導(dǎo)軌上，圓柱滾子滾排與修井機(jī)之間有間隙。開始滑移時(shí)先控制平移油缸先動(dòng)作，全部平移油缸伸出（或縮回）到行程的最大（或最?。顟B(tài)，然后控制舉升油缸開始動(dòng)作，舉升油缸全部伸出，此時(shí)修井機(jī)被完全頂起，修井機(jī)的重量直接壓在滑移系統(tǒng)的圓柱滾子滾排上，再控制平移油缸的動(dòng)作，使其全部縮回（或伸出）。由于修井機(jī)相對(duì)于滾排的滑移是滾動(dòng)摩擦，而舉升油缸底座相對(duì)于滑移導(dǎo)軌的滑動(dòng)是滑動(dòng)摩擦，相同重量的情況下，滾動(dòng)摩擦的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦，所以此時(shí)平移油缸動(dòng)作過程中，舉升油缸底座相對(duì)于滑移導(dǎo)軌不運(yùn)動(dòng)，修井機(jī)相對(duì)于滑移導(dǎo)軌會(huì)運(yùn)動(dòng)一個(gè)平移油缸的行程。平移油缸走完一個(gè)行程之后，舉升油缸全部縮回，全部平移油缸伸出（或縮回）到行程的最大（或最?。顟B(tài)，此時(shí)滑移系統(tǒng)又回到起始狀態(tài)，進(jìn)行相同的操作可以實(shí)現(xiàn)下一行程的滑移。如此反復(fù)操作，可以實(shí)現(xiàn)修井機(jī)往一個(gè)方向的連續(xù)移動(dòng)。修井機(jī)的反方向的滑移原理與之相同，在此不再贅述。舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)的滑移導(dǎo)軌是一個(gè)特殊規(guī)格的焊接H型鋼，其上翼板上不需要開孔，導(dǎo)軌的強(qiáng)度和滑移的安全性得到了很大的保障。

2.2.2 控制原理。舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)配置一套單獨(dú)的液壓站作為其動(dòng)力源，整個(gè)液壓控制系統(tǒng)由液壓站、電控系統(tǒng)、三位四通電磁換向閥、單向閥、溢流閥、壓力表、液壓硬管線和液壓軟管等組成，液壓站由兩臺(tái)電動(dòng)柱塞泵提供動(dòng)力，通過操作電控系統(tǒng)上的按鈕來實(shí)現(xiàn)電磁換向閥的動(dòng)作，同時(shí)電磁換向閥的動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)舉升油缸和平移油缸的動(dòng)作。只需要人扳動(dòng)電控系統(tǒng)的按鈕，就可以實(shí)現(xiàn)油缸的動(dòng)作，其控制精度高，滑移的同步性較好。

2.2.3 主要技術(shù)參數(shù)。舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下（180t修井機(jī)的配置）：

液壓系統(tǒng)額定壓力：24MPa

舉升油缸行程：50mm

平移油缸行程：400mm

舉升油缸數(shù)量：8個(gè)

平移油缸數(shù)量：4個(gè)

單個(gè)頂升油缸最大頂升力：1226kN

單個(gè)平移油缸最大推力：188kN

單個(gè)平移油缸最大拉力：96kN

3 結(jié)語

海洋修井機(jī)兩種滑移系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1：

文章介紹了固定式海洋鉆井平臺(tái)配套的海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)常見的兩種形式：棘爪式和舉升滾動(dòng)式。棘爪式滑移系統(tǒng)是目前最常用的一種形式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但在使用的過程中由于操作不當(dāng)、導(dǎo)軌加工誤差、修井機(jī)偏重、修井機(jī)底座受力之后的變形、滑移系統(tǒng)的同步性差等原因，很容易出現(xiàn)劃傷或者啃噬導(dǎo)軌的情況。舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，但是舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)是滾動(dòng)摩擦，能夠很好地避免滑移底座劃傷滑移導(dǎo)軌的情況，而且滑移導(dǎo)軌上翼板不用開步進(jìn)孔，保障了滑移導(dǎo)軌的強(qiáng)度，提高了滑移的安全性。舉升滾動(dòng)式滑移系統(tǒng)的控制是通過電控系統(tǒng)和電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)，所以其同步性也較好。通過本文的介紹，可以清楚地了解固定式海洋鉆井平臺(tái)海洋修井機(jī)滑移系統(tǒng)的組成、工作原理、主要技術(shù)參數(shù)等，同時(shí)也能夠了解幾種不同滑移系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，在今后的設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)不同的要求，為修井機(jī)設(shè)計(jì)出最優(yōu)的滑移系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 歐陽隆緒，劉良躍.海上石油平臺(tái)修井機(jī)（第1部分）：形式與基本參數(shù)（Q/HS 2007.1-2002）[S].

作者簡(jiǎn)介：江榮海（1989-），男，陜西漢中人，中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠助理工程師，研究方向：海洋鉆修設(shè)備。

（責(zé)任編輯：周 瓊）