海洋鉆修機滑軌標(biāo)準(zhǔn)化研究及應(yīng)用

關(guān)雙會

（中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設(shè)工程分公司，天津 300452）

0 引言

隨著海洋石油生產(chǎn)平臺穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)技術(shù)[1]的發(fā)展及無鉆修機設(shè)備的邊際油氣生產(chǎn)平臺[2]的大量出現(xiàn)，為解決海洋鉆修機設(shè)備資源不足問題，可搬遷式海洋鉆修機跨平臺安裝方法得到推廣。海洋鉆修機搬至非所屬平臺安裝時，與平臺的最主要關(guān)聯(lián)部件是平臺滑軌，其設(shè)計通常不能與新搬遷的在役海洋鉆修機支撐腿滑靴結(jié)構(gòu)相匹配，需要對平臺滑軌進(jìn)行改造才能符合安裝連接要求。

海洋石油平臺所配置的海洋鉆修機來源于國內(nèi)外不同的生產(chǎn)廠商[3]，不同生產(chǎn)廠商所提供的鉆修機設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計不盡相同，雖整體結(jié)構(gòu)大都分為井架總成、下底座總成、上底座總成[4]三大部分，但是其結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)存在顯著差異。其中鉆修機平臺滑軌部分的設(shè)計就有著明顯的不同，僅此部分所存在的設(shè)計差異，就給海洋平臺鉆修機設(shè)備資源共享帶來極大的不便。對于平臺滑軌設(shè)計，完全可在設(shè)計初期就要求設(shè)備提供方按標(biāo)準(zhǔn)化要求進(jìn)行。實現(xiàn)平臺滑軌標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計可極大地方便海洋鉆修機設(shè)備資源的共享[5]，進(jìn)而可有效緩解海洋平臺鉆修機設(shè)備資源不足的問題。下面針對海洋平臺固定式鉆修機[6]的平臺滑軌情況進(jìn)行闡述。

1 海洋鉆修機平臺滑軌現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式及截面數(shù)據(jù)

1.1 H型滑軌

1.1.1 H型滑軌主要數(shù)據(jù)及與平臺承載梁連接形式

海上平臺現(xiàn)有的鉆修機H型滑軌結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，其主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

圖1 H型滑軌示意

H型滑軌與平臺主承載梁結(jié)構(gòu)的連接形式如圖2所示，系由下翼板與平臺承載梁上翼板焊接而成。安裝H型滑軌的主要生產(chǎn)平臺，如渤海油田的QK17-2、QK17-3、QK18-1等，建成投產(chǎn)時間相對較早。

1.1.2 H型滑軌制作與安裝的優(yōu)缺點

H型滑軌整體傳遞力的性能及穩(wěn)定性能較好，但是在平臺上安裝時其形位公差的調(diào)整存在難度。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及使用要求，滑軌安裝后自身及整體平面度公差需控制在5 mm以內(nèi)，以保證修井機大鉤的正常井口對中功能需求，此時由于其下部為較寬的翼板結(jié)構(gòu)，無論切割還是修磨都會存在很大的困難。圖3所示為某海上平臺改造加裝H型滑軌，需要填充墊片才能達(dá)到平面度調(diào)整要求。這種作法有局限性，且存在設(shè)計及工藝上的不足。因而，此種形式的滑軌結(jié)構(gòu)，目前已不再用于平臺滑軌設(shè)計。

表1 海上平臺鉆修機H型滑軌主要設(shè)計參數(shù)

圖2 H型滑軌與平臺承載梁安裝截面示意

圖3 H型滑軌與平臺結(jié)構(gòu)連接平面度調(diào)整

1.2 T型滑軌

1.2.1 滑軌截面設(shè)計數(shù)據(jù)

現(xiàn)行T型滑軌結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，對中國海洋石油渤海油田的海上在役平臺滑軌調(diào)研數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。由表2可以看出不同生產(chǎn)廠商所設(shè)計的滑軌截面結(jié)構(gòu)基本相近，只是在細(xì)節(jié)尺寸方面有所不同。

圖4 T型滑軌示意

1.2.2 滑軌加強筋板布置

目前T型結(jié)構(gòu)平臺滑軌加強筋板的布置形式有兩種，如圖5所示，其中圖5（a）為常規(guī)筋板分布形式，圖5（b）為典型筋板分布形式。根據(jù)不同的海洋鉆修機支反力計算數(shù)據(jù)對二者進(jìn)行強度分析，其結(jié)構(gòu)強度均滿足承載要求，但以圖5（a）所示的結(jié)構(gòu)形式最為經(jīng)濟實用?；壖訌娊畎宓牟贾眯问綄壍耐ㄓ眯杂绊懖淮?，其布置形式不影響滑軌的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2.3 T型滑軌制作與安裝的優(yōu)缺點

T型結(jié)構(gòu)滑軌與H型結(jié)構(gòu)滑軌相比較，在構(gòu)件強度符合要求的前提條件下，主要有以下幾點不同：

（1）T型結(jié)構(gòu)平臺滑軌制作時用料及焊接加工制作工作量較H型結(jié)構(gòu)滑軌減少近50%。

（2）在調(diào)整由于滑軌自身制造時存在的形位公差及海洋平臺滑軌承載梁建造及安裝后形成并存在的形位公差時，T型滑軌較H型滑軌容易實現(xiàn)，T型滑軌具有更好的調(diào)整性能。

（3）T型導(dǎo)軌較H型滑軌在平臺上更加容易實現(xiàn)海上安裝。H型滑軌安裝較T型滑軌有更嚴(yán)格的平臺原始形位公差的限制要求。平臺形位公差超限的情況下，H型滑軌安裝工作很難進(jìn)行。

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圖5 T型滑軌筋板布置

通過以上幾點的比較可以看出，T型滑軌較H型滑軌有著強度高、安裝性能優(yōu)越、靈活性強、制作及安裝工作量少的優(yōu)點。正是基于工程應(yīng)用實踐經(jīng)驗，目前在海洋平臺上H型滑軌已經(jīng)很少見。

2 國內(nèi)外滑軌設(shè)計數(shù)據(jù)比較分析

由于平臺滑軌從性質(zhì)上來說，是屬于功能性部件，因此在強度符合要求的前提下，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還要與海洋鉆修機的滑移功能相適應(yīng)。海洋平臺上現(xiàn)有鉆修機配置的滑軌由不同生產(chǎn)廠商提供，其基本設(shè)計理念是一致的，但其滑軌細(xì)節(jié)設(shè)計數(shù)據(jù)各有特色，下面對主要生產(chǎn)廠商的滑軌產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 江漢石油管理局第四機械廠

江漢石油管理局第四機械廠為海洋鉆修機配套生產(chǎn)的平臺滑軌主要為T型結(jié)構(gòu)，但其在不同時期為不同的海洋平臺所提供的平臺滑軌截面及步行孔分布等設(shè)計數(shù)據(jù)并不完全一致，即使在設(shè)備規(guī)格型號相同的情況下，其滑軌設(shè)計數(shù)據(jù)也現(xiàn)出一定的不一致情況，其為海洋鉆修機所配生產(chǎn)的滑軌設(shè)計數(shù)據(jù)如表3所示。

2.2 南陽二機石油裝備 （集團(tuán)）有限公司

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河南南陽二機石油裝備 （集團(tuán)）有限公司是國內(nèi)較早為海洋石油提供海洋鉆修機設(shè)備的廠商[3]，其設(shè)計制造的海洋鉆修機已大量地應(yīng)用于渤海油田海上生產(chǎn)平臺上，設(shè)備性能優(yōu)良，作業(yè)能力儲備系數(shù)高；其所提供的鉆修機的配套平臺滑軌截面設(shè)計及步行孔分布等數(shù)據(jù)在不同時期并不一致，并且與其他廠商所提供的平臺滑軌設(shè)計數(shù)據(jù)也存在小差別。其所提供的海洋鉆修機的配套滑軌設(shè)計數(shù)據(jù)如表4所示。

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2.3 國內(nèi)外的其他廠商

目前在中海油渤海油田內(nèi)分布有為數(shù)不多的國外進(jìn)口[3]的修井機。由于早期引進(jìn)時只是為了滿足常規(guī)修井作業(yè)需要，修井機的額定鉤載都較小，隨著海洋石油技術(shù)及工藝措施的不斷改進(jìn)，其性能已經(jīng)不能夠適應(yīng)新形勢下的作業(yè)需求；此外早期的進(jìn)口設(shè)備設(shè)計使用壽命已經(jīng)或即將到期，一部分國外引進(jìn)設(shè)備已經(jīng)報廢，如CB-A平臺、CB-B平臺的原配套K400修井機都已經(jīng)報廢用作教學(xué)或?qū)嶒灆C。隨著舊設(shè)備報廢及新設(shè)備配置安裝，舊滑軌被割除并設(shè)計安裝了國產(chǎn)滑軌。根據(jù)設(shè)備配置實際情況，有些滑軌被全部割除，而有些則是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，如CB-A/B，SZ36-1A/B/J平臺就屬這種情況。在新配置鉆修機的過程中，有必要進(jìn)行全面的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計工作，以使其達(dá)到通用性要求。早期國外及國內(nèi)其他廠商為鉆修機配套生產(chǎn)的平臺滑軌設(shè)計參數(shù)如表5所示，國外與國內(nèi)生產(chǎn)的平臺滑軌設(shè)計參數(shù)差別較大。

2.4 數(shù)據(jù)比較分析

通過對2.1、2.2及2.3項所述內(nèi)容的分析比較不難看出，不同生產(chǎn)廠商所生產(chǎn)的滑軌設(shè)計形式基本是一致的，但是其詳細(xì)的截面設(shè)計數(shù)據(jù)、步行孔分布設(shè)計數(shù)據(jù)、加強筋板分布形式等卻有些差別?？傮w來看，國外生產(chǎn)的滑軌設(shè)計參數(shù)與國內(nèi)生產(chǎn)的滑軌設(shè)計參數(shù)差別較大，國外尺寸較小，國內(nèi)尺寸相對較大；國內(nèi)不同生產(chǎn)廠商提供的滑軌設(shè)計數(shù)據(jù)雖然存在小差別，但設(shè)計所選用的材料基本一致。

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所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)中截面數(shù)據(jù)的A、B、C項數(shù)值，步行孔分布的E、F、G、H等數(shù)值的差異，是導(dǎo)致目前海上平臺鉆修機設(shè)備資源互換共享工作實施困難的主要因素，使海上鉆修機設(shè)備互換應(yīng)用時出現(xiàn)大量的后期改造工作，既是對原有設(shè)備的一種破壞，也是一種應(yīng)用過程中的資源浪費。

正是由于這些差別的存在，使得海洋鉆修機設(shè)備在跨平臺應(yīng)用時，在跨距一致的情況下，仍不能夠?qū)崿F(xiàn)即裝即用，根本原因就在于鉆修機設(shè)備的滑移結(jié)構(gòu)及配套裝置設(shè)計為非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，不具備通用性及互換性。這在很大程度上是造成海洋鉆修機設(shè)備后期二次或多次進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)改造的主要原因。就本質(zhì)來說，這些工作是完全可以在設(shè)計前期予以避免的。

綜上考慮，滑軌在滿足相應(yīng)的承載強度的前提條件下做到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是非常必要的。這樣就會使每臺海洋鉆修機整體上具有更廣泛的通用性，達(dá)到設(shè)備資源的有效整合與共享，提高海洋鉆修機設(shè)備的管理與利用效率。

3 現(xiàn)役海上平臺滑軌存在的不足

3.1 早期的滑軌材料抗低溫性能較差

根據(jù)平臺所處海洋環(huán)境條件的某些變化，早期滑軌設(shè)計通常選用16Mn材質(zhì)鋼板，后來則變?yōu)镼345B，它們的抗低溫性能較差，所以現(xiàn)在都采用Q345D，它具備-20℃的低溫沖擊性能，基本滿足目前海洋環(huán)境工作的安全需要。Q345材料沖擊性能如表6所示。

表6 Q345材料的沖擊性能

3.2 滑軌面損傷

滑軌在平臺上安裝后，鉆修機整機在其上面滑移時，多數(shù)平臺滑軌會在接觸面出現(xiàn)滑移損傷，如圖6所示，損傷深度最深可達(dá)6 mm。針對該問題，已有相關(guān)的專題進(jìn)行了較深入全面的研究[7-8]，通過改變選用材料、提升產(chǎn)品制造精度、改進(jìn)表面處理工藝及滑靴與滑軌的配合工藝等，該問題目前已經(jīng)得到有效的改善。

圖6 滑軌面損傷示意

3.3 滑軌形變

海上鉆修機平臺滑軌在應(yīng)用后期，由于各種原因，會產(chǎn)生較大的下沉變形及形位公差尺寸的變化，使得滑軌整體的形位公差不符合設(shè)備使用要求，目前看來，這是一個較普遍存在的問題。某些平臺滑軌由于下沉變形及形位公差較大，致使鉆修機大鉤對中轉(zhuǎn)盤及井口中心的精度要求 （±20 mm）不再滿足，直接影響海上平臺鉆修井作業(yè)的實施。雖然影響大鉤對中精度的因素是多方面的，但是平臺滑軌變形所產(chǎn)生的影響最明顯。渤海油田內(nèi)有多座平臺已經(jīng)存在或出現(xiàn)這種問題，如SZ36-1B、SZ36-1A、S36-1J平臺。

3.4 滑軌布置設(shè)計的局限性

為滿足海上生產(chǎn)平臺在開發(fā)后期增產(chǎn)及穩(wěn)產(chǎn)的需求，許多在役生產(chǎn)平臺要實施調(diào)整井作業(yè)，調(diào)整井作業(yè)可以由鉆井平臺完成，也可以由固定式海洋鉆修機設(shè)備完成。如新型式的模塊鉆機，既可完成鉆井作業(yè)，也可以實施修井作業(yè)。另外，根據(jù)實際需求新建造的大噸位可搬遷式海洋修井機同樣可以滿足平臺開展調(diào)整井作業(yè)的需要。由此而出現(xiàn)的問題就是平臺原有修井機的避讓問題，避讓的方式通常有三種，一是搬遷回陸地存放，二是延長平臺滑軌使修井機避讓出鉆井船的合理作業(yè)空間，三是設(shè)備互換。多數(shù)早期開發(fā)的生產(chǎn)平臺滑軌布置不能滿足相關(guān)形式的使用要求，需修改滑軌布置設(shè)計，如CB-A、 CB-B、 QK17-3、 QK17-2、 SZ36-1E、SZ36-1G、LD10-1等平臺先后實施了平臺滑軌布置改進(jìn)設(shè)計工作，以適應(yīng)新情況。

3.5 滑軌互適性能不足

鉆修機平臺滑軌通用性能不足的主要原因還是早期設(shè)計時的非標(biāo)性，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計考慮不足，使得目前已有的平臺滑軌對不同的鉆修機及部件應(yīng)用匹配性較差。

4 滑軌標(biāo)準(zhǔn)化建議

為使后期新配置可搬遷式海洋鉆修機能更廣泛地應(yīng)用于多種平臺，建議:

（1）所配置的海洋鉆修機平臺滑軌的設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計及通用性設(shè)計。

（2）所有設(shè)計制造的固定式海洋鉆修機設(shè)備的滑移裝置實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化及通用性設(shè)計。

（3）對已有平臺滑軌實施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)改造，以便使經(jīng)過改造后的平臺滑軌具有更強大的通用性。

（4）已有的海洋鉆修機按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計后的圖紙改造其滑靴結(jié)構(gòu)，使其實現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)化平臺滑軌的全面匹配。

[1] 陳衛(wèi)江.海洋平臺加掛井槽研究[J].石油工程建設(shè)，2011，37（4）：22-23.

[2] 譚越.百米水深簡易平臺[J].石油工程建設(shè)，2011，37（5）：6-9.

[3]喻貴民.渤西油田修井機的國產(chǎn)化[J].中國海上油氣 （工程），2000，12（5）：64-68.

[4]徐田甜，張建勇，穆頃，等.文昌油田群海洋鉆修井機結(jié)構(gòu)研發(fā)設(shè)計[J].石油工程建設(shè)，2007，33（1）：23-26.

[5]劉孔忠，夏美玉，夏松林，等.兩平臺間短距離模塊鉆機直接滑移共享技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[J].中國海上油氣，2010，22（5）：333-337.

[6] 朱江.海洋鉆井設(shè)備綜述[J].中國海上油氣（工程），2000，12（1）：44-46.

[7]陳衛(wèi)衛(wèi)，魏國強，周桂菊，等.鉆井平臺滑動磨損機理與對策研究[J].石油工程建設(shè)，2012，38（5）：7-10.

[8]張超.海洋修井機移動滑軌劃痕的形成原因分析與處理方法[J].機械工程師，2012（7）：215-217.