自升式鉆井平臺懸臂梁滑移系統研究*

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)

自升式鉆井平臺懸臂梁滑移系統研究*

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)

針對當前國際上常用的傳統型、XY型和混合型懸臂梁進行了介紹,重點研究了這三種懸臂梁的滑移系統,建議加快對混合型懸臂梁及其滑移系統的研究開發。

自升式鉆井平臺;懸臂梁;滑移系統

0 引 言

自升式鉆井平臺是海上四大移動式鉆井平臺之一。懸臂梁系統是現代自升式鉆井平臺的關鍵系統,為鉆臺、井架和絞車提供了支撐結構,能在自升式鉆井平臺實現鉆井、完井、修井和生產等作業[1-2]。

懸臂梁為了實現以上功能,至少需要在平臺主甲板上能夠縱向移動,目前,根據懸臂梁移動方式,懸臂梁可分為傳統型懸臂梁、XY型懸臂梁和混合型懸臂梁3種。傳統型懸臂梁可以在平臺主甲板上沿平臺艏艉方向縱向移動;XY型懸臂梁在平臺主甲板上既可以沿平臺艏艉方向縱向移動,又可以沿平臺左右舷方向橫向移動;混合型懸臂梁在平臺主甲板上既可以沿平臺艏艉方向縱向移動,又可以沿平臺左右舷方向橫向移動,還可以繞定點旋轉。

1 傳統型懸臂梁滑移系統

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

JU-3000鉆井平臺可以在北海等惡劣環境下運行,其基本性能參數為:懸臂梁最大縱向外伸:22.86 m;鉆臺左右橫向移動:±4.57 m;最大作業水深:122 m;最大組合工況可變載荷:1 360 t;最大鉆井作業工況可變載荷:6 486 t;最大風暴自存工況可變載荷:3 402 t;生活區可容納人數:150人。

圖1 油缸銷軸推移方式懸臂梁滑移系統

2 XY型懸臂梁滑移系統

XY型懸臂梁滑移系統的技術現在較為成熟,已經在自升式鉆井平臺中廣泛使用。

2.1 荷蘭Gusto MSC公司XY型懸臂梁滑移系統

Gusto MSC公司設計的XY型懸臂梁滑移系統主要由4個滑移模塊組成,每個滑移模塊主要由液壓缸、銷軸裝置、結構件等組成,圖2是滑移模塊的外形圖。平臺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懸臂梁作橫向移動,懸臂梁自身帶有縱向滑移軌道,可以在滑移模塊上實現縱向移動,如圖3所示。懸臂梁橫向和縱向移動的動力都來自于滑移模塊中的液壓缸[3]。

Gusto MSC公司設計的XY型懸臂梁滑移系統已經在其生產的CJ系列的自升式鉆井平臺中應用。其設計的CJ80-X175-A自升式鉆井平臺的基本參數為:懸臂梁最大縱向外伸:36.5 m;鉆臺左右橫向移動:±12.5 m;最大作業水深:175 m;最大組合工況可變載荷:1 500 t;最大鉆井作業工況可變載荷:4 500 t;最大風暴自存工況可變載荷:4 500 t;最大鉆井深度:9 144 m;生活區可容納人數: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

圖4是吉寶公司設計的一種XY型懸臂梁,兩條平行的橫向滑移軌道被固定在主甲板上。橫向滑移軌道上設有一個多用途懸臂梁滑移機構,其具體結構如圖5所示。此多用途懸臂梁滑移機構與 Gusto MSC公司設計的XY型懸臂梁中的滑移模塊的功能類似,此滑移機構能夠在橫向滑移軌道上帶動著懸臂梁橫向移動,懸臂梁能在此滑移機構上部縱向移動。多用途懸臂梁滑移機構通過橫向布置的油缸銷軸推移裝置為懸臂梁的橫向移動提供動力,通過側面布置的油缸銷軸推移裝置為懸臂梁縱向移動提供動力[4]。

圖4 吉寶公司XY型懸臂梁

圖5 多用途懸臂梁滑移機構

3 混合型懸臂梁滑移系統

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的結構形式,此種懸臂梁系統可以在平臺主甲板上縱向移動、橫向移動和繞定點旋轉,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由4個滑動/旋轉組件組成,該組件包含一個上滑塊,一個下滑塊和一個相互連接上下滑塊的旋轉件,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。旋轉件包含側翼、頸狀物和環形表面來抵抗扭力、拉力和壓力載荷。懸臂梁通過滑動/旋轉組件可以實現在平臺主甲板上的縱向移動、橫向移動及繞定點旋轉,覆蓋了更多的鉆井區域[5]。

4 結 論

傳統型懸臂梁制造技術成熟可靠,造價相對較低,但是鉆井覆蓋范圍小,而且鉆臺橫向移動時,懸臂梁會產生偏載;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,但是其滑移系統受專利保護,制造要求高,造價也比傳統型懸臂梁高[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中提到過,還沒有實際應用,因此,應加快對混合型懸臂梁及其滑移系統的研究開發。

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

[2]王龍庭,于美華,徐興平,等.自升式鉆井平臺懸臂梁滑移方案探究[J].石油礦場機械,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,梁會高,徐興平,等.國外自升式懸臂梁鉆井平臺結構特點[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,山東濟南人,助理工程師,主要從事陸地鉆機和海洋鉆機研發設計工作。