海洋支持平臺BT3500-2鉆井包液壓系統(tǒng)研究

王波， 安浩， 竇偉， 劉金龍， 趙曉飛

（寶雞石油機械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721002）

0 引言

圖1 MEP模塊結(jié)構(gòu)圖

近幾年出現(xiàn)了一種新型的海洋鉆井組合模式：TADU（Tender Assistant Drilling Unit），由井架設(shè)備包MEP（Mast Equipment Package）和鉆井支持船或半潛式支持平臺TSV（Tender Support Vessel）兩部分組成，共同為SPAR和TLP等海洋平臺提供鉆井作業(yè)支持[1]。其中，TSV由建造船廠設(shè)計和生產(chǎn)，代表平臺為BT3500-1/2，而BT3500-2所配套的MEP是由我國石油裝備制造商寶雞石油機械有限責(zé)任公司設(shè)計完成，整體為模塊化結(jié)構(gòu)，作業(yè)前要通過TSV上的吊機逐一在所服務(wù)的鉆井平臺上進行組裝。因BT3500-2為深海作業(yè)鉆井平臺，其作業(yè)環(huán)境復(fù)雜惡劣，設(shè)計時要特別考慮模塊必須在現(xiàn)有平臺吊裝能力范圍內(nèi)，即達到模塊重量輕、體積小、功能完整、布局合理的標(biāo)準(zhǔn)。而最能體現(xiàn)此種設(shè)計思想的部分即為液壓系統(tǒng)，它是一種集成化的液壓控制系統(tǒng)（以下簡稱液壓系統(tǒng)），它通過一臺組合液壓站為除防噴器控制之外的整個鉆井模塊提供液壓動力。其不僅在體積和重量方面滿足了整個模塊設(shè)計的要求，而且確保能夠為整個鉆井模塊的液壓設(shè)備，包括井口工具、井架的組裝拆卸以及鉆井模塊和鉆臺模塊的移運提供可靠的液壓動力源。本文將對BT3500-2鉆井包（以下簡稱MEP）液壓系統(tǒng)的應(yīng)用進行分析介紹。

1 MEP簡介

MEP涉及井架、絞車棚、鉆臺、主撬、滑移基座梁、固控模塊和巖屑處理模塊等至少15個子模塊，每個模塊的作用各有不同[2]。具體如圖1所示。

2 MEP液壓系統(tǒng)概述

該液壓系統(tǒng)由位于通用模塊的液壓單元提供安全可靠的液壓動力至各液壓設(shè)備。主要分為3部分，第一部分由3臺電動機驅(qū)動泵為鉆井模塊和鉆臺滑移及機具液壓設(shè)備（GENERAL）提供液壓動力；第二部分由2臺電動機驅(qū)動柱塞泵為井口多功能吊機（MTC）提供液壓動力；第三部分由2臺氣動增壓泵為井口多功能吊機（MTC）提供應(yīng)急情況下的液壓動力。液壓系統(tǒng)流程示意圖如圖2所示。本文將主要針對第一部分的關(guān)鍵應(yīng)用進行分析。

3 液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵應(yīng)用與分析

圖2 液壓系統(tǒng)流程示意圖

圖3 井架起升液壓原理

3.1 井架的起升操作

BT3500-2 MEP模塊所配井架為分段套裝結(jié)構(gòu)形式[3]，井架的安裝和拆卸必須通過相應(yīng)的液壓設(shè)備來完成，該起升過程分為兩步。

圖4 井架由水平到直立的起升過程

第一步，進行井架由水平到直立的動作，由液壓站提供液壓動力，通過井架起升控制面板相應(yīng)換向閥的操作來控制液缸（Raising cylinder 1#&2#）的伸出，從而實現(xiàn)井架的起升操作，井架起升液壓原理見圖3。

該井架起升液壓缸為三級伸縮式液缸[4]，其一端通過銷軸固定在絞車棚上，一端通過銷軸連接在下半段井架上。井架的起升模型見圖4。

圖5 井架伸出過程

第二步，進行井架由收縮到伸出的動作。該過程由液壓站提供液壓動力，如圖4，通過操作相應(yīng)換向閥來進行起升絞車（Scoping winch 1#&2#）的收繩操作，從而帶動上半段井架伸出并固定。該起升絞車固定在絞車棚內(nèi)，由這2個絞車引出鋼絲繩繞過下段井架頂部的滑輪組，然后固定在上段井架底部。其起升模型見圖5。

3.2 模塊滑移過程

圖6 MEP和鉆臺模塊滑移原理

鉆井平臺在作業(yè)現(xiàn)場定位后，往往都要進行多個井位的鉆井操作，而井位的選擇必須要通過鉆臺在一定范圍內(nèi)的移動來實現(xiàn)。而對于BT3500-2 MEP模塊來講，要實現(xiàn)此過程，是通過MEP模塊在前后方向上的滑移及鉆臺模塊左右方向上的滑移來完成井位的定位操作。MEP模塊和鉆臺模塊滑移執(zhí)行原理如圖6所示。

3.2.1 MEP模塊滑移過程

該滑移結(jié)構(gòu)由4組滑移裝置（MEP Skidding Assembly 1#-4#）組成，其中，每組裝置由1個頂升液缸和2個水平液缸構(gòu)成。4組滑移裝置分別位于MEP模塊滑移導(dǎo)軌上，由2個水平液缸通過銷軸固定在MEP模塊滑移基座梁四角。該裝置的一個滑移行程為：通過控制面板上的換向閥控制頂升液缸伸出將整個MEP模塊托舉，使得模塊與軌道脫離，然后操作2個水平液缸伸出或收縮來實現(xiàn)模塊相對于滑移軌道的水平前后移動。1個液缸行程結(jié)束之后，先通過控制面板換向閥對頂升液缸進行收縮復(fù)位操作，再對2個水平液缸進行復(fù)位（收縮或伸出）操作，如此，便可重復(fù)MEP模塊第二個行程的前后移動操作。具體的滑移模型如圖7所示。

圖7 MEP模塊滑移模型

3.2.2 鉆臺模塊滑移過程

圖8 鉆臺模塊滑移模型

該滑移裝置共有2組，每組由1個滑移液缸（Move cylinder 1#/2#）和2個驅(qū)動銷構(gòu)成，2組滑移裝置分別位于MEP模塊前后2個主撬結(jié)構(gòu)的滑移軌道上，由液缸通過銷軸固定在鉆臺模塊結(jié)構(gòu)下底面上。該裝置的一個滑移行程為：首先，將2個驅(qū)動銷從滑移裝置上插入滑移軌道上的銷孔中，該驅(qū)動銷在鉆臺反向移動之前必須人工手動進行銷軸180°旋轉(zhuǎn)操作，始終保持斜面與滑移方向一致。然后，操作滑移控制面板上相應(yīng)的換向閥來控制液缸的伸出或收縮，從而實現(xiàn)鉆臺模塊相對于滑移軌道的水平左右移動。在一個液缸行程結(jié)束之后，再對液缸進行復(fù)位（收縮或伸出）操作，如此便可以重復(fù)鉆臺模塊下一個行程的左右移動操作。值得一提的是，該鉆臺模塊的滑移可以從2個位置進行操作，分別為滑移操作臺（SKIDDING STATION）和鉆臺滑移操作臺（Drill floor SKIDDING STATION）。這2個操作站分別位于通用模塊和鉆臺模塊上，兩者可以通過位于鉆臺上的4個三向旋塞閥（V1、V2、V3和V4）進行切換。鉆臺模塊滑移模型見圖8所示。

4 結(jié)語

本文著重對服務(wù)支持平臺的模塊化鉆井包液壓系統(tǒng)進行分析,介紹了該液壓系統(tǒng)的組成及在關(guān)鍵起升滑移設(shè)備上的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的海洋鉆井模塊相比，該模塊化鉆井模塊的液壓系統(tǒng)不僅功能全，涵蓋了除防噴器以外的所有液壓設(shè)備，而且集成化程度高，大大地增加了平臺的可利用空間及鉆井的可變載荷。本文通過對BT3500-2鉆井模塊液壓系統(tǒng)關(guān)鍵應(yīng)用的介紹，說明了該液壓系統(tǒng)在模塊化鉆井包上的設(shè)計及應(yīng)用是一套不僅設(shè)計合理、先進，而且集成化程度高的液壓系統(tǒng)。

[參考文獻]

[1] 趙鵬,王安義,胡楠,等.BT3500支持平臺鉆井包結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機械工程師,2016(9)：189-191.

[2] 周振威,孫樹民.深海海洋平臺發(fā)展綜述[J].廣東造船,2012,31(3)：63-66.

[3] 余利軍,王嘉,張偉,等.套裝伸縮式鉆機井架的研制及應(yīng)用[J].石油機械,2003,31(3)：34-35.

[4] 生敏,褚桂君,劉朋,等.多級伸縮油缸典型結(jié)構(gòu)解析[J].液壓氣動與密封,2013,33(12)：61-63.