自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁滑移系統(tǒng)研究*

石寧可,趙世剛,張 鑫,師 濤

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司,山東青島 266520)

自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁滑移系統(tǒng)研究*

石寧可,趙世剛,張 鑫,師 濤

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司,山東青島 266520)

針對(duì)當(dāng)前國際上常用的傳統(tǒng)型、XY型和混合型懸臂梁進(jìn)行了介紹,重點(diǎn)研究了這三種懸臂梁的滑移系統(tǒng),建議加快對(duì)混合型懸臂梁及其滑移系統(tǒng)的研究開發(fā)。

自升式鉆井平臺(tái);懸臂梁;滑移系統(tǒng)

0 引 言

自升式鉆井平臺(tái)是海上四大移動(dòng)式鉆井平臺(tái)之一。懸臂梁系統(tǒng)是現(xiàn)代自升式鉆井平臺(tái)的關(guān)鍵系統(tǒng),為鉆臺(tái)、井架和絞車提供了支撐結(jié)構(gòu),能在自升式鉆井平臺(tái)實(shí)現(xiàn)鉆井、完井、修井和生產(chǎn)等作業(yè)[1-2]。

懸臂梁為了實(shí)現(xiàn)以上功能,至少需要在平臺(tái)主甲板上能夠縱向移動(dòng),目前,根據(jù)懸臂梁移動(dòng)方式,懸臂梁可分為傳統(tǒng)型懸臂梁、XY型懸臂梁和混合型懸臂梁3種。傳統(tǒng)型懸臂梁可以在平臺(tái)主甲板上沿平臺(tái)艏艉方向縱向移動(dòng);XY型懸臂梁在平臺(tái)主甲板上既可以沿平臺(tái)艏艉方向縱向移動(dòng),又可以沿平臺(tái)左右舷方向橫向移動(dòng);混合型懸臂梁在平臺(tái)主甲板上既可以沿平臺(tái)艏艉方向縱向移動(dòng),又可以沿平臺(tái)左右舷方向橫向移動(dòng),還可以繞定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。

1 傳統(tǒng)型懸臂梁滑移系統(tǒng)

傳統(tǒng)型懸臂梁與平臺(tái)主甲板之間固定有多組滑移支座和倒置滾輪,傳統(tǒng)型懸臂梁就是在滑移支座和倒置滾輪上沿平臺(tái)艏艉方向縱向移動(dòng)。具有代表性的傳統(tǒng)型懸臂梁鉆井平臺(tái)是美國F&G公司設(shè)計(jì)的JU-3000,它使用的是油缸銷軸推移方式的滑移系統(tǒng)。圖1是油缸銷軸推移方式的滑移系統(tǒng)的外形圖。此種類型的滑移系統(tǒng)主要由基座、滑移油缸和銷軸裝置等組成。油缸基座被固定在平臺(tái)主甲板上,工作時(shí)基座上的油缸為懸臂梁縱移提供動(dòng)力。

JU-3000鉆井平臺(tái)可以在北海等惡劣環(huán)境下運(yùn)行,其基本性能參數(shù)為:懸臂梁最大縱向外伸:22.86 m;鉆臺(tái)左右橫向移動(dòng):±4.57 m;最大作業(yè)水深:122 m;最大組合工況可變載荷:1 360 t;最大鉆井作業(yè)工況可變載荷:6 486 t;最大風(fēng)暴自存工況可變載荷:3 402 t;生活區(qū)可容納人數(shù):150人。

圖1 油缸銷軸推移方式懸臂梁滑移系統(tǒng)

2 XY型懸臂梁滑移系統(tǒng)

XY型懸臂梁滑移系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)在較為成熟,已經(jīng)在自升式鉆井平臺(tái)中廣泛使用。

2.1 荷蘭Gusto MSC公司XY型懸臂梁滑移系統(tǒng)

Gusto MSC公司設(shè)計(jì)的XY型懸臂梁滑移系統(tǒng)主要由4個(gè)滑移模塊組成,每個(gè)滑移模塊主要由液壓缸、銷軸裝置、結(jié)構(gòu)件等組成,圖2是滑移模塊的外形圖。平臺(tái)主甲板上有兩條平行的橫向滑移軌道,滑移模塊可以在橫向滑移軌道上帶動(dòng)懸臂梁作橫向移動(dòng),懸臂梁自身帶有縱向滑移軌道,可以在滑移模塊上實(shí)現(xiàn)縱向移動(dòng),如圖3所示。懸臂梁橫向和縱向移動(dòng)的動(dòng)力都來自于滑移模塊中的液壓缸[3]。

Gusto MSC公司設(shè)計(jì)的XY型懸臂梁滑移系統(tǒng)已經(jīng)在其生產(chǎn)的CJ系列的自升式鉆井平臺(tái)中應(yīng)用。其設(shè)計(jì)的CJ80-X175-A自升式鉆井平臺(tái)的基本參數(shù)為:懸臂梁最大縱向外伸:36.5 m;鉆臺(tái)左右橫向移動(dòng):±12.5 m;最大作業(yè)水深:175 m;最大組合工況可變載荷:1 500 t;最大鉆井作業(yè)工況可變載荷:4 500 t;最大風(fēng)暴自存工況可變載荷:4 500 t;最大鉆井深度:9 144 m;生活區(qū)可容納人數(shù):150人。

圖2 滑移模塊

圖3 Gusto MSC公司XY型懸臂梁

2.2 新加坡吉寶公司XY型懸臂梁滑移系統(tǒng)

圖4是吉寶公司設(shè)計(jì)的一種XY型懸臂梁,兩條平行的橫向滑移軌道被固定在主甲板上。橫向滑移軌道上設(shè)有一個(gè)多用途懸臂梁滑移機(jī)構(gòu),其具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。此多用途懸臂梁滑移機(jī)構(gòu)與 Gusto MSC公司設(shè)計(jì)的XY型懸臂梁中的滑移模塊的功能類似,此滑移機(jī)構(gòu)能夠在橫向滑移軌道上帶動(dòng)著懸臂梁橫向移動(dòng),懸臂梁能在此滑移機(jī)構(gòu)上部縱向移動(dòng)。多用途懸臂梁滑移機(jī)構(gòu)通過橫向布置的油缸銷軸推移裝置為懸臂梁的橫向移動(dòng)提供動(dòng)力,通過側(cè)面布置的油缸銷軸推移裝置為懸臂梁縱向移動(dòng)提供動(dòng)力[4]。

圖4 吉寶公司XY型懸臂梁

圖5 多用途懸臂梁滑移機(jī)構(gòu)

3 混合型懸臂梁滑移系統(tǒng)

新加坡吉寶公司和其他公司提出了一種新型的懸臂梁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,此種懸臂梁系統(tǒng)可以在平臺(tái)主甲板上縱向移動(dòng)、橫向移動(dòng)和繞定點(diǎn)旋轉(zhuǎn),它也屬于一種特殊的XY型懸臂梁,如圖6所示。

圖6 混合型懸臂梁

該混合型懸臂梁的滑移系統(tǒng)由4個(gè)滑動(dòng)/旋轉(zhuǎn)組件組成,該組件包含一個(gè)上滑塊,一個(gè)下滑塊和一個(gè)相互連接上下滑塊的旋轉(zhuǎn)件,其中上滑塊連接到懸臂梁的2根縱向主梁,下滑塊連接到橫向滑移軌道。旋轉(zhuǎn)件包含側(cè)翼、頸狀物和環(huán)形表面來抵抗扭力、拉力和壓力載荷。懸臂梁通過滑動(dòng)/旋轉(zhuǎn)組件可以實(shí)現(xiàn)在平臺(tái)主甲板上的縱向移動(dòng)、橫向移動(dòng)及繞定點(diǎn)旋轉(zhuǎn),覆蓋了更多的鉆井區(qū)域[5]。

4 結(jié) 論

傳統(tǒng)型懸臂梁制造技術(shù)成熟可靠,造價(jià)相對(duì)較低,但是鉆井覆蓋范圍小,而且鉆臺(tái)橫向移動(dòng)時(shí),懸臂梁會(huì)產(chǎn)生偏載;XY型懸臂梁鉆井覆蓋范圍大,兩根主梁所受載荷均勻,主甲板無永久覆蓋區(qū),但是其滑移系統(tǒng)受專利保護(hù),制造要求高,造價(jià)也比傳統(tǒng)型懸臂梁高[1];混合型懸臂梁鉆井覆蓋范圍比XY型懸臂梁更大,但是其制造要求更高,造價(jià)也比前面提到的兩種懸臂梁高,目前該類型懸臂梁只是在專利文獻(xiàn)中提到過,還沒有實(shí)際應(yīng)用,因此,應(yīng)加快對(duì)混合型懸臂梁及其滑移系統(tǒng)的研究開發(fā)。

[1]錢亞林,薄玉寶.自升式懸臂梁鉆井平臺(tái)初探[J].上海造船,2009,9(1):15-18.

[2]王龍庭,于美華,徐興平,等.自升式鉆井平臺(tái)懸臂梁滑移方案探究[J].石油礦場機(jī)械,2014,43(7):13-15.

[3]Enrico Pedro Blankestijin.Cantilevered Jack-up Platform: US6171027B1[P].2001.

[4]Kok Seng Foo,Matthew Quah ChinKa-u,Michael John Perry,Xiao Yu Shan.Three Rail Multi-direction Direct Cant-ilever Skidding System:US8851797B1[P].2014.

[5]王龍庭,梁會(huì)高,徐興平,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,2009,29(4):89-93.

Research on Cantilever Skidding System of Self-Elevating Drilling Platform

SHINing-ke,ZHAO Shi-gang,ZHANG Xin,SHI Tao
(Qingdao Branch of Lanzhou Lanshi Energy Equipment Engineering Research Institute Co.,Ltd,Qingdao Shandong 266520,China)

In this paper,the commonly used cantilevers such as the classic cantilever,the XY-cantilever and the hybrid cantilever are introduced,and their skidding systems are then researched with emphasis.Finally,suggestion thatwe should accelerate the research and development of the hybrid cantilever and its skidding systems is put forward.

self-elevating drilling platform;cantilever;skidding system

TE951

A

1007-4414(2015)06-0034-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.06.013

2015-10-05

石寧可(1989-),男,山東濟(jì)南人,助理工程師,主要從事陸地鉆機(jī)和海洋鉆機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)工作。