海洋修井機鉤載能力的分析探討

丁 輝

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

截止目前，中國海油總計擁有近百臺海洋修井機，型號涵蓋了HXJ60、HXJ90、HXJ112、HXJ135、HXJ158、HXJ180、HXJ225 等。隨著海洋修井機的快速增加和技術(shù)發(fā)展，中國海油已建立、健全了海上石油平臺修井機企業(yè)標準，為海洋修井機的設(shè)計、建造、操作、維保提供了標準化的技術(shù)依據(jù)和自主創(chuàng)新的技術(shù)基礎(chǔ)。

但在海洋修井機的設(shè)計和操作中，仍存在一些模糊不清的問題。如：最大鉤載和公稱鉤載的關(guān)系、鉤載儲備系數(shù)的意義及能否超過公稱鉤載使用等問題。本文通過對鉤載能力概念、標準引用及鉤載儲備系數(shù)等方面的分析，提出一些見解和建議，供從事海洋修井機設(shè)計和操作的工程技術(shù)人員參考。

1 海洋修井機鉤載能力的主要問題

1.1 鉤載能力概念混淆

海洋修井機的鉤載能力也就是海洋修井機作業(yè)提升能力，一般用最大鉤載(縮寫為Qmax)和公稱鉤載(縮寫為QZ)來衡量。在海洋修井機操作使用過程中，特別是使用海洋修井機進行大修井、調(diào)整井等作業(yè)時，由于需要處理井下復雜情況而增大了對海洋修井機機動性的要求，時常將最大鉤載與額定鉤載混淆，給修井機設(shè)備和修井作業(yè)帶來了一定的風險。

1.2 鉤載能力標準不統(tǒng)一

由于企業(yè)標準Q/HS 2007.1 海上石油平臺修井機和行業(yè)標準SY/T 6803 海洋修井機所規(guī)定的基本參數(shù)不統(tǒng)一，造成了海洋修井機最大鉤載與公稱鉤載的一些模糊，導致海洋修井機設(shè)計引用的不統(tǒng)一。

中海油渤海某油田按照Q/HS 2007.1 標準新建了3 臺交流變頻HXJ135DB 海洋修井機，修井機鉆臺配置了一臺600 kW 交流變頻電機，當交流變頻電機處于1.5 倍過載時，能夠滿足1 350 kN 最大鉤載的要求，但當交流變頻電機處于額定功率600 kW 時，絞車連續(xù)作業(yè)的最大提升鉤載僅能達到901 kN，提升鉤速0.49 m/s，無法滿足SY/T 6803 標準中額定鉤載1 000 kN 的要求，給交流變頻電機的正常使用和修井作業(yè)帶來了一定的隱患風險。

2 海洋修井機鉤載能力分析

2.1 鉤載能力概念分析

海洋修井機最大鉤載又稱為最大靜載荷，是指在規(guī)定的設(shè)計安全系數(shù)和游動系統(tǒng)有效繩數(shù)下，允許游車大鉤承受的最大靜載荷，該載荷包括游動系統(tǒng)的重量，最大鉤載作為修井機及相關(guān)部件設(shè)計時的主要受力依據(jù)。海洋修井機公稱鉤載又稱為額定鉤載，是指在規(guī)定的游動系統(tǒng)有效繩數(shù)下，均勻提升名義修井深度的管柱時，游車大鉤所承受的載荷[1]。

海洋修井機最大鉤載亦可理解為在起下最大套管柱重力和處理卡堵事故時，包括動載在內(nèi)的在任何情況下都不允許超過的鉤載；公稱鉤載可以理解為修井機的正常工作能力，其數(shù)值相當于名義修井深度的管柱重量與游動系統(tǒng)重量之和，再加上附加載荷。因此海洋修井機可以短時間超過額定載荷使用，如長期超過額定載荷將會降低海洋修井機的疲勞使用壽命。

2.2 鉤載能力標準差異分析

企標Q/HS 2007.1 海上石油平臺修井機[2]中僅規(guī)定了修井機的最大鉤載，未規(guī)定公稱鉤載和名義修井深度，行標SY/T 6803 海洋修井機[1]中不僅規(guī)定了修井機的最大鉤載，而且規(guī)定了公稱鉤載和名義修井參數(shù)等，基本參數(shù)見表1 和表2。

表1 Q/HS 2007.1海上石油平臺修井機的基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of offshore drilling and workover rigs in Q/HS 2007.1

表2 SY/T 6803海洋修井機基本參數(shù)Tab.2 Basic parameters of offshore drilling and workover rigs in SY/T 6803

企標Q/HS 2007.1 中未規(guī)定海洋修井機的公稱鉤載，且未詳細描述海洋修井機名義修井深度，主要原因之一是無法確定鉆(油)桿規(guī)格，公稱鉤載隨所用鉆桿的規(guī)格而變化；其次是海洋修井機雖可少許超過公稱鉤載使用，游動系統(tǒng)不會一次性塑性破壞，但會犧牲海洋修井機鉤載儲備系數(shù)。

交流變頻HXJ 135DB 海洋修井機之所以會發(fā)生無法滿足行標SY/T 6803 額定鉤載的要求，主要原因之一是引用的企標中未規(guī)定公稱鉤載和詳細的名義修井深度；另一原因是機械驅(qū)海洋修井機比電驅(qū)海洋修井機的系統(tǒng)傳動比大，在動力機組功率相同情況下，機械驅(qū)海洋修井機的鉤載能力要遠大于電驅(qū)海洋修井機。

2.3 鉤載儲備系數(shù)分析

海洋修井機的鉤載儲備系數(shù)(縮寫為KQ)是指最大鉤載(縮寫為Qmax)和公稱鉤載(縮寫為QZ)二者之比，鉤載儲備系數(shù)越大說明修井機的機動性越大，處理卡堵事故能力越強。

國標GB/T 23505 石油鉆機和修井機[3]與行標SY/T 6803 中所規(guī)定的海洋修井機基本參數(shù)吻合，石油鉆機和修井機的鉤載儲備系數(shù)參見表3。

從表3 可以看出，海洋修井機的最大鉤載限定較低，導致鉤載儲備系數(shù)KQ值較低，KQ＝1.2～1.6，而鉆機的鉤載儲備系數(shù)KQ＝1.8～2.08。海洋修井機鉤載儲備系數(shù)取值較低的主要原因是考慮到海洋修井機結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕及便于拆解、運輸、吊裝等因素，但降低了海洋修井機的機動性、下套管及處理卡堵事故等能力。

表3 最大鉤載Qmax 和鉤載儲備系數(shù)KQTab.3 Maximum hook load Qmax and hook load reserve coefficient KQ

3 結(jié) 論

①海洋修井機一般無需經(jīng)常性搬遷，而且隨著井下復雜作業(yè)工況的增多，也提高了對海洋修井機鉤載能力的要求，因此適當提高海洋修井機鉤載儲備系數(shù)，有利于提高海洋修井機的機動性。

②中國海油企標Q/HS 2007.1 海上石油平臺修井機中僅規(guī)定了最大鉤載，且未詳細描述修井所用鉆具或油桿型號，也未規(guī)定公稱鉤載，無法確定鉤載儲備系數(shù)，因此明確修井所用鉆具型號或公稱鉤載，可有利于海洋修井機的設(shè)計引用。

③鑒于美國石油學會(API)規(guī)定鉆機的鉤載儲備系數(shù)KQ≥2，國外石油修井機的鉤載儲備系數(shù)均比較大，例如：美國Cooper 公司的修井機KQ≈2.2，IRI 公司的修井機KQ≈2.6，因此在國標、行標、企標修訂時，可以考慮將海洋修井機的鉤載能力保持與鉆機系列相一致[4]。