JU 2000E型自升式平臺(tái)拖帶鏈設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 薇，林志浩，陸征希，呂碧野，廖呂斌，胡海波

(1.大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 大連 116005； 2.上海外高橋造船有限公司，上海 200137；3.蓬萊中柏京魯船業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 265601)

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JU 2000E型自升式平臺(tái)拖帶鏈設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 薇1，林志浩2，陸征希2，呂碧野3，廖呂斌3，胡海波3

(1.大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 大連 116005； 2.上海外高橋造船有限公司，上海 200137；3.蓬萊中柏京魯船業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 265601)

拖帶鏈作為自升式鉆井平臺(tái)的專用設(shè)備，其設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣直接影響平臺(tái)鉆井作業(yè)性能?；贘U 2000E型自升式平臺(tái)懸臂梁和鉆臺(tái)的滑移特性，闡述拖帶鏈的選型方法、安裝方式以及拖帶鏈內(nèi)部的電纜排布和敷設(shè)方式，根據(jù)拖鏈的形式和電纜排布優(yōu)化電氣系統(tǒng)，減少電纜數(shù)量和型號(hào)，使電氣系統(tǒng)高度集成，以達(dá)到減輕重量和降低成本的目的。

鉆井平臺(tái)拖帶鏈；懸臂梁；鉆臺(tái)

0 引言

JU 2000E型自升式鉆井平臺(tái)[1]屬于海上移動(dòng)式平臺(tái)，其定位能力強(qiáng)、作業(yè)穩(wěn)定性好，在大陸架海域的油氣勘探開發(fā)中居主力軍地位。JU 2000E型平臺(tái)主要由主船體、樁腿、懸臂梁、鉆臺(tái)以及生活樓等部分組成。懸臂梁可以沿主甲板軌道縱向滑移；鉆臺(tái)安裝于懸臂梁艉部頂部的底座上，并沿頂部底座軌道橫向滑移。懸臂梁與鉆臺(tái)內(nèi)設(shè)備均為鉆井作業(yè)服務(wù)，鉆井設(shè)備電源主要由機(jī)艙配電板供給，鉆井作業(yè)時(shí)信號(hào)需反饋給中控，因此主甲板和生活區(qū)與懸臂梁和鉆臺(tái)之間有大量的電纜連接[2]。另外，鉆井作業(yè)時(shí)，懸臂梁與鉆臺(tái)內(nèi)部的鉆井設(shè)備是聯(lián)動(dòng)的，也有很多電纜需要連接?；趹冶哿号c鉆臺(tái)的滑移特性，為滿足平臺(tái)鉆井作業(yè)的需求，需要采用履帶式電纜拖帶鏈(簡稱拖帶鏈)來滿足電纜移動(dòng)的特殊敷設(shè)要求。因此，開展自升式平臺(tái)拖帶鏈的選型、安裝以及電纜排布的研究具有較大的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

1 拖帶鏈選型

拖帶鏈在生產(chǎn)后期無法修改，且一般在項(xiàng)目后期安裝，因此通常在電氣系統(tǒng)完成度達(dá)到80%以上時(shí)開始制定拖帶鏈的技術(shù)方案，以減少修改量[3]，避免不必要的損失。

1.1 拖帶鏈長度

JU 2000E自升式平臺(tái)拖帶鏈的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)滿足懸臂梁的最大外延伸長度22.86 m，鉆臺(tái)左右橫移4.572 m的全范圍移動(dòng)要求，且懸臂梁的最大延伸距離應(yīng)考慮以井心為基準(zhǔn)點(diǎn)。

1.1.1 懸臂梁滑移拖帶鏈長度

懸臂梁井心距懸臂梁艉部的距離為7 m，因此在懸臂梁拖帶鏈的實(shí)際選型中，懸臂梁的滑移距離理論值應(yīng)為29.86 m。但是在實(shí)際滑移過程中，拖帶鏈的行程會(huì)大于懸臂梁的滑移距離，綜合考慮滑移工況，確定拖帶鏈行程為31 m，計(jì)算得到拖帶鏈的長度為24.23 m。懸臂梁拖帶鏈滑移行程如圖1所示。

圖1 懸臂梁滑移拖帶鏈行程示意圖

1.1.2 鉆臺(tái)滑移拖帶鏈長度

鉆臺(tái)拖帶鏈左右橫向滑移距離均為4.572 m，根據(jù)滑移距離確定拖鏈的整體長度，綜合考慮鉆臺(tái)滑移工況，將拖帶鏈左右滑移行程增加到4.95 m，最終計(jì)算得鉆臺(tái)拖鏈長度為13.22 m。鉆臺(tái)拖帶鏈滑移行程如圖2所示。

圖2 鉆臺(tái)滑移拖帶鏈行程示意圖

1.2 拖帶鏈材質(zhì)

拖帶鏈?zhǔn)褂脮r(shí)會(huì)受到海水和雨水的侵蝕，并且需要承受大量電纜的擠壓，考慮其強(qiáng)度和耐腐蝕性，拖帶鏈一般選用不銹鋼SS 316或者等同材質(zhì)。

1.3 拖帶鏈橫切面尺寸

拖帶鏈內(nèi)部不同直徑的圓管通過縱向和橫向布置分割成多個(gè)方格，電纜敷設(shè)在方格之內(nèi)，影響拖帶鏈外型尺寸的主要因素為電纜和周邊船體結(jié)構(gòu)等[4]。一般情況下應(yīng)先根據(jù)電纜的數(shù)量確定拖帶鏈的高度和寬度，再依照周圍的空間最終確定尺寸。在確定尺寸的過程中需要考慮幾個(gè)要點(diǎn)：(1) 拖帶鏈內(nèi)部電纜的布置?？紤]到拖帶鏈在滑移過程中電纜是移動(dòng)的，需要有一定的活動(dòng)空間，因此方格的尺寸系數(shù)一般約為電纜外徑的1.1倍。(2) 拖帶鏈的高度。此高度是指拖帶鏈的側(cè)板高度和整體安裝高度。拖鏈的側(cè)板高度由電纜數(shù)量決定，根據(jù)電纜類型一般分為變頻、電力、信號(hào)和本安這幾大類。在前期粗略的排布后，再計(jì)算拖鏈整體的承重和中心，最后確定一個(gè)合適的寬度和高度。

2 拖帶鏈安裝

電纜拖鏈由數(shù)個(gè)連接裝置(如圖3所示)拼裝而成，兩端為帶金屬夾的裝置(如圖4所示)，用于固定電纜，帶金屬夾裝置的兩邊帶有安裝孔，懸臂梁和鉆臺(tái)拖帶鏈的上端分別固定在懸臂梁和鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)上，懸臂梁和鉆臺(tái)移動(dòng)時(shí)將帶動(dòng)整個(gè)拖帶鏈移動(dòng)。

圖3 連接裝置 圖4 金屬夾裝置

拖帶鏈生產(chǎn)完成后，現(xiàn)場(chǎng)安裝方案需要根據(jù)拖帶鏈到貨的形式來確定，一般可分為整體到貨和散裝到貨。整體到貨的拖帶鏈相對(duì)于散裝拖帶鏈安裝方便，可以省去現(xiàn)場(chǎng)拼裝的人工成本，極大地節(jié)省施工周期，但缺點(diǎn)是費(fèi)用昂貴；散裝到貨形式是每一個(gè)連接裝置分開到貨，連接裝置之間的安裝較為煩瑣。拖帶鏈的安裝需要注意幾點(diǎn)：(1) 由于懸臂梁軌道的特殊性，懸臂梁滑移距離達(dá)到29.86 m，在滑移的過程中不可避免地發(fā)生偏移。因此現(xiàn)場(chǎng)在安裝拖鏈之前，平臺(tái)的上方需安裝不銹鋼軌道，以防止拖帶鏈在滑移過程中出現(xiàn)偏移，損壞拖帶鏈。(2) 考慮到拖鏈與軌道為不銹鋼材質(zhì)，平臺(tái)為碳鋼材質(zhì)，如果直接將不銹鋼軌道安裝在平臺(tái)上，不銹鋼軌道會(huì)發(fā)生銹蝕，因此需要在兩者之間加四氟墊片進(jìn)行隔離從而避免腐蝕。

3 拖帶鏈內(nèi)部電纜的選型與敷設(shè)

3.1 拖帶鏈電纜選型

考慮到拖帶鏈滑移的特性，其內(nèi)部的電纜也會(huì)隨之移動(dòng)，普通的電纜整體硬度較高，彎曲半徑較大，不適宜在拖鏈內(nèi)部使用，因此拖鏈內(nèi)部電纜選用CLASS 5的軟電纜[5]。但由于軟電纜價(jià)格較高，考慮到拖鏈的使用一般平均為1年3次左右，將軟電纜的選用定為電力電纜35 mm2以上，信號(hào)多芯及雙絞電纜27芯以上。

3.2 拖帶鏈電纜排布

拖鏈內(nèi)部的電纜排布，首先考慮的是大電纜的排布，JU 2000E型平臺(tái)的懸臂梁電纜拖鏈內(nèi)部有12根3×185 mm2懸臂梁電機(jī)控制中心的電力電纜，36根3×120 mm2+3×25 mm2的鉆井絞車和頂驅(qū)的變頻電纜。根據(jù)電纜類別對(duì)電纜進(jìn)行分層布置，考慮到彎曲半徑問題，大電纜敷設(shè)在最外層。依照電纜類別的分層，可以很好地做到不同電纜的分割，將拖鏈依次分割為4層。第1層為懸臂梁電機(jī)控制中心的主電力電纜和變頻電纜，第2層為變頻電纜，第3層為電力電纜，第4層為信號(hào)電纜。拖帶鏈電纜排布如圖5所示。

圖5 拖帶鏈電纜排布示意圖

在電纜的排布過程中，需要注意幾點(diǎn)：(1) 電纜的分隔需根據(jù)船級(jí)社規(guī)范和船廠工藝進(jìn)行分隔。(2) 拖帶鏈內(nèi)部空間需要有余量，以方便后期修改增加電纜，一般為10%～15%的余量。(3) 外徑相差較大的電纜盡量不要放在同一個(gè)方格內(nèi)，以免在滑移過程中大電纜擠壓小電纜造成電纜損壞。(4) 拖帶鏈內(nèi)電纜均為跨區(qū)域的總線電纜，在布置時(shí)需考慮電纜的走向，JU 2000E型拖帶鏈電纜的走向以主甲板為起點(diǎn)，懸臂梁進(jìn)線口與鉆臺(tái)面設(shè)備接口為終點(diǎn)，需考慮電纜在拖帶鏈內(nèi)部方格的具體位置。

3.3 拖帶鏈電纜清單

與拖帶鏈內(nèi)部的排版對(duì)應(yīng)的是電纜清單，這份清單內(nèi)需要有詳細(xì)的電纜信息，如電纜具體的排布位置、電纜類型、外徑、重量和編號(hào)等，以提供給廠家和現(xiàn)場(chǎng)施工人員，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)這份清單整理電纜，并安排電纜敷設(shè)的順序，電纜的排布位置對(duì)應(yīng)拖鏈內(nèi)的方格。

在敷設(shè)過程中，需要結(jié)合拖鏈排版圖和電纜清單，每根電纜的敷設(shè)必須嚴(yán)格與清單內(nèi)的位置相對(duì)應(yīng)，防止電纜交叉。

由于電纜拖鏈內(nèi)需要敷設(shè)的電纜有200根左右，因此需要有一個(gè)合理的敷設(shè)順序，一般為從拖鏈的最下層即最外層的左側(cè)或者右側(cè)向另一邊敷設(shè)，然后依次向上層敷設(shè)。在敷設(shè)過程中，拖鏈兩端電纜需要留有余量，余量約為拖鏈長度的3%，以防止拖鏈在運(yùn)動(dòng)中拉扯電纜造成損傷。電纜敷設(shè)完成后，需要使用拖鏈兩端的電纜固定擱架對(duì)電纜進(jìn)行固定，如圖6所示，以防止電纜產(chǎn)生過多的位移。

圖6 電纜固定擱架

4 電氣系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)JU 2000E型平臺(tái)拖帶鏈設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)施工的反饋，可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)和防火風(fēng)閘系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面存在很大的優(yōu)化空間。

(1)可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。按照J(rèn)U 2000E型平臺(tái)可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)慣例，機(jī)艙區(qū)域安全控制I/O柜控制懸臂梁與鉆臺(tái)所有可燃?xì)怏w探頭，每根電纜連接懸臂梁和鉆臺(tái)的1個(gè)可燃?xì)怏w探頭；懸臂梁和鉆臺(tái)區(qū)域一共有41只可燃?xì)怏w探頭，因此可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)有41根電纜需要經(jīng)過懸臂梁拖帶鏈，使拖帶鏈體積增大?？梢栽趹冶哿篗CC間增加安全系統(tǒng)就地控制站，這樣只需要給安全系統(tǒng)就地控制站提供1根正常電源和1根應(yīng)急電源電纜，再用1根光纖反饋到中控系統(tǒng)即可滿足懸臂梁與站臺(tái)區(qū)域可燃?xì)怏w的監(jiān)控要求，直接省去38根穿過拖帶鏈的電纜。

(2)防火風(fēng)閘系統(tǒng)優(yōu)化。JU 2000E型平臺(tái)在懸臂梁與鉆臺(tái)上的MCC間、泥漿處理間、刮泥器間、司鉆房和就地設(shè)備間需要防火風(fēng)閘。根據(jù)現(xiàn)有的防火風(fēng)閘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，每個(gè)房間提供1個(gè)防火風(fēng)閘指示控制箱，該控制箱需要機(jī)艙區(qū)域風(fēng)閘電源和指示電源各提供1根2×2.5 m2的電纜。另外，中控系統(tǒng)有1根12×1.5 mm2的控制電纜，5個(gè)房間有15根電纜穿過拖帶鏈進(jìn)入懸臂梁，因此可以在懸臂梁區(qū)域?qū)?個(gè)風(fēng)閘控制箱合成1個(gè)控制箱，只需要2根2×2.5 m2的電源電纜、2根2×2×1.0 mm2的指示控制電纜、1根19×1.5 mm2的控制電纜，共5根電纜，可以節(jié)省10根穿過拖帶鏈的電纜。

根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化減少電纜后，后續(xù)項(xiàng)目的拖鏈寬度減小了100 mm，整體寬度由1 180 mm縮減為1 080 mm。從機(jī)艙區(qū)域到懸臂梁，電纜所需要的長度大約為90 m，省去的48根電纜總共節(jié)省4 320 m電纜，直接降低成本約15萬元，拖鏈寬度的減小降低成本約3萬元。

5 結(jié)語

對(duì)JU 2000E型自升式鉆井平臺(tái)的拖帶鏈開展設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究，并對(duì)該型平臺(tái)拖帶鏈的實(shí)際建造經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，得到如下結(jié)論：

(1) 拖帶鏈的長度要大于懸臂梁和鉆臺(tái)的滑移距離，需要綜合考慮滑移工況確定。

(2) 拖帶鏈橫切面的尺寸要根據(jù)內(nèi)部電纜的布置情況和周圍船體結(jié)構(gòu)形式綜合考慮確定。

(3) 拖帶鏈內(nèi)部電纜的布置要考慮彎曲半徑的影響，根據(jù)電纜尺寸大小依次排列，一般情況下大電纜布置在最外層。同時(shí)，需要考慮內(nèi)部電纜的類型分層排列。

[1] 汪張?zhí)?，趙建亭.我國自升式鉆井平臺(tái)的發(fā)展與前景[J].中國海洋平臺(tái)，2008(04)：8-13.

[2] 安國亭，盧佩瓊.海洋石油開發(fā)工藝與設(shè)備[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001.

[3] 王龍庭，王西錄,梁會(huì)高，等.國外自升式懸臂梁鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J].海洋石油，2009(04)：89-93.

[4] 陸彥博.400英尺海洋平臺(tái)懸臂梁滑移裝置研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2015.

[5] 向光宇.自升式鉆井平臺(tái)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].四川水泥，2016(04)：93.

Design and Application on Drag Chain of JU 2000E
Self-Elevating Drilling Rig

(1.Dalian Shipbuilding Industry Design and Research Institute,Dalian 116055,Liaoning,China；2.Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China；3.Penglai Zhongbai Jinglu Shipyard Industry Co.,Ltd.,Yantai 265601,Shandong,China)

As a special equipment of self-elevating drilling rig,design quality of the drag chain has a direct impact on the operational performance of the rig.The model selection me-thod and installation method,and the cable arrangement and installation method inside the drag chain are analyzed based on the skidding characteristics of cantilever and drill floor for JU 2000E type self-elevating drilling rig.According to the type of drag chain and cable arrangement,the electrical system is optimized,the number and types of cables are reduced to make the electrical system be highly integrated in order to reduce the unit weight and construction cost.

drilling rig drag chain; cantilever; drill floor

2017-05-02

李 薇(1982-)，女，工程師

1001-4500(2017)03-0018-05

P75

A