TZ400海洋鉆井平臺關(guān)節(jié)式抓管機(jī)試驗研究

李曉光，張曉軍，戴克文，朱興，任偉

（遼寧陸海石油裝備研究院有限公司，遼寧 盤錦 124010）

海洋鉆井平臺在鉆井作業(yè)過程中，需要將鉆具（包括鉆桿、鉆鋌、套管等）由懸臂梁堆場移運到鉆臺，再將鉆桿單根連接成立根，已連接好的立根可直接用于鉆井，也可直接排進(jìn)指梁備用，即鉆桿的移運、排放操作。另外在海上鉆井作業(yè)，經(jīng)常遇到風(fēng)浪，環(huán)境極其惡劣，安全問題很難保證。因此提高鉆具的鉆進(jìn)效率、減少鉆井的操作人數(shù)尤為重要。

關(guān)節(jié)式抓管機(jī)是海洋鉆井平臺的主要吊運設(shè)備，擔(dān)負(fù)著鉆具在懸臂梁和自動貓道機(jī)之間的移運工作。關(guān)節(jié)式抓管機(jī)為全液壓驅(qū)動，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高、控制精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)緊湊、覆蓋范圍廣，工作效率極高，配有獨立的操作間，極大地改善操作人員的工作環(huán)境，減輕工人勞動強度。同時，關(guān)節(jié)式抓管機(jī)還可以通過夾持器的吊鉤吊取其它裝置與設(shè)備，作為吊機(jī)使用。

1 關(guān)節(jié)式抓管機(jī)介紹

1.1 關(guān)節(jié)式抓管機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

關(guān)節(jié)式抓管機(jī)（以下簡稱抓管機(jī)）位于懸臂梁左側(cè)，通過焊接形式與懸臂梁上的基礎(chǔ)連接固定，主要由基座、轉(zhuǎn)臺、司機(jī)室、主臂、主臂液缸、副臂液缸、副臂、伸縮臂、夾持器等部分組成，見圖1。

基座焊接固定在懸臂梁的吊機(jī)基礎(chǔ)上，基座的主要目的是將抓管機(jī)上的所有載荷傳遞到平臺結(jié)構(gòu)件上?；鶎⒆ス軝C(jī)提高到一個預(yù)期的操作高度，同時為原動機(jī)提供空間，基座內(nèi)部裝有電機(jī)（帶萬向軸）、電纜拖鏈、電纜槽、啟停裝置和燈具等。拖鏈能確保抓管機(jī)在±180°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)。人可以通過一個合頁艙門進(jìn)入基座內(nèi)部。

圖1 關(guān)節(jié)式抓管機(jī)平面圖

轉(zhuǎn)臺主要為整個抓管機(jī)提供旋轉(zhuǎn)功能，通過一套回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使抓管機(jī)可在基座上實現(xiàn)±180°范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)支承、液壓馬達(dá)、行星減速機(jī)和小齒輪等?；剞D(zhuǎn)支承外圈通過高強度螺栓與轉(zhuǎn)臺固定，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈通過高強度螺栓與基座固定，可承受較大的垂向力和傾覆力矩?；剞D(zhuǎn)支承的內(nèi)圈是一個大齒圈，加工有內(nèi)齒，轉(zhuǎn)臺下底面安裝有3套驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置由液壓馬達(dá)、行星減速機(jī)和小齒輪組成，小齒輪提供吊機(jī)回轉(zhuǎn)運動時所需的扭矩，轉(zhuǎn)臺可通過驅(qū)動裝置帶動整個關(guān)節(jié)式抓管機(jī)和負(fù)載做旋轉(zhuǎn)運動。通過轉(zhuǎn)臺平臺上一個合頁艙門可以進(jìn)入轉(zhuǎn)臺內(nèi)部，內(nèi)部空間提供給了HPU和液壓控制閥件，同時液壓油箱也集成在了轉(zhuǎn)臺內(nèi)部。柱塞泵安裝在轉(zhuǎn)臺底部，驅(qū)動電機(jī)安裝在基座內(nèi)，中間通過一根萬向軸連接，控制抓管機(jī)的液壓閥和其他一些輔助設(shè)備也安裝在轉(zhuǎn)臺內(nèi)部油箱上面。

圖2 關(guān)節(jié)式抓管機(jī)功能和速度試驗照片

圖3 關(guān)節(jié)式抓管機(jī) 抓管試驗照片

圖4 關(guān)節(jié)式抓管機(jī)負(fù)荷試驗照片

圖5 關(guān)節(jié)式抓管機(jī) 負(fù)荷試驗砝碼照片

司機(jī)室由轉(zhuǎn)臺的平臺支撐，人員通過一段直梯進(jìn)入司機(jī)室，直梯與轉(zhuǎn)臺一起旋轉(zhuǎn)，保證發(fā)生故障后操作者可以在任意位置離開抓管機(jī)。

轉(zhuǎn)臺、主臂、副臂之間通過主臂液缸、副臂液缸、銷軸等進(jìn)行連接，副臂通過其內(nèi)部的伸縮液缸與伸縮臂連接，通過主臂液缸、副臂液缸、伸縮液缸的組合運動，可實現(xiàn)抓管機(jī)在前后、俯仰、高度方向上的調(diào)整。

夾持器通過內(nèi)置稱重傳感器的銷軸與伸縮臂前端連接，主要負(fù)責(zé)管具的抓取工作。夾持器通過液缸與馬達(dá)實現(xiàn)夾持器±180°范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)、鉗爪夾緊、壓緊管具、鉗爪水平移動4個動作。同時還可將夾持器替換為吊耳，作為吊車使用。

1.2 技術(shù)參數(shù)

回轉(zhuǎn)范圍：360°；

回轉(zhuǎn)速度：0～1.0r/min；

抓管載荷：3.5t；

夾持器回轉(zhuǎn)角度：±180°；

適用管具長度：3.5～14m；

抓管尺寸（同時夾持）：2—7/8″，6根；5—1/2″，3根；6—5/8″，3根；8″，1根；9—1/2″，1根；13—3/8″，1根；20″，1根。

2 關(guān)節(jié)式抓管機(jī)的試驗

關(guān)節(jié)式抓管機(jī)完成制造、總裝及單個動作測試后，于2017年年初在遼寧陸海石油裝備研究院有限公司鉆機(jī)成套基地進(jìn)行了廠內(nèi)試驗，試驗標(biāo)準(zhǔn)參照美國石油學(xué)會API Spec 2C《海洋基座式起重機(jī)》，下面將主要試驗項目進(jìn)行介紹（圖2～5）。

表1

2.1 功能和速度試驗（表1）

2.2 夾持器抓管試驗（表2）

表2

2.3 負(fù)荷試驗（表3）

表3

2.4 安全設(shè)施試驗（表4）

表4

2.5 報警試驗（表5）

3 結(jié)語

通過試驗證明，關(guān)節(jié)式抓管機(jī)的各項參數(shù)和性能均達(dá)到設(shè)計要求，試驗后經(jīng)檢查，結(jié)構(gòu)件沒有彎曲、變形，焊縫表面和內(nèi)部均未見裂紋。同時該關(guān)節(jié)式抓管機(jī)可實現(xiàn)單人、自動化、迅速、準(zhǔn)確地將管具抓取后放置在貓道機(jī)上，是一種穩(wěn)定、高效、節(jié)能、安全的海洋平臺鉆具吊運工具。

表5