雙向大跨距平移海洋修井機配管系統技術研究

郭小艷， 武衛衛， 蔣合艷， 程曉麗， 吳衛周， 蘭輝

（1.國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心，陜西 寶雞721000；2.寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞721000；3.秦川機床工具集團股份公司，陜西 寶雞721009）

0 引言

在海洋石油資源開采過程中，對油井進行合理有效的維修作業是提高油井利用率和原油采收率的重要保障之一，也是減少油氣開采污染以及降本增效的發展方向[1]。海洋修井機是我國海上采油平臺實施修井作業的關鍵裝備。而海洋修井機的配管系統經常被形象地比喻成人體的血管，只有通過合理布置的管路，才能使平臺上各系統功能得以正常連接、發揮作用，與此同時，配管系統設計的好壞直接影響海洋修井機的經濟成本和整體質量。由于修井機管子種類繁多、數量龐大、約束條件復雜、布置空間有限。所以配管系統是海洋工程平臺設計中重要的設計內容之一。

1 總體方案

該海洋修井機的油田共設南、北兩處井槽，總長約70 m，寬約12 m。每處井槽設置5排4列共20處井口，井口行間距為1.8 m，列間距為2 m。該海洋修井機主體包括上底座和中間底座兩部分，修井機整體安裝于組塊上甲板南北方向跨距為12 m的導軌上。為了保證整體布局緊湊性，同時兼顧南、北兩側大跨距作業工況，采用修井機整體沿南北導軌（位于組塊上甲板上）平移、上底座沿東西導軌（位于中間底座上）平移的設計思路。在組塊上甲板和中間底座之間沿南北方向安裝南北環形保溫拖鏈，在中間底座和上底座之間沿東西方向安裝東西單向保溫拖鏈，在兩個拖鏈內分別安裝2 in淡水、海水、生產水、儀表氣、公用氣軟管各1根以及2根3 in消防軟管。拖鏈的設置縮短了管線長度，滿足了修井機雙向平移大跨距作業需求。

2 關鍵技術

2.1 多級過濾防逆回地漏

安裝于上底座和中間底座臺面上的地漏用于開排系統中收集鉆臺面降水和清洗水。地漏結構如圖1所示。地漏本體上部由鋼板圍城方形槽結構1，內部安裝可更換的鍍鋅格柵2，能夠過濾和阻擋尺寸較大的雜物進入地漏而堵塞管道，并且格柵板具有滿足人行走的強度。地漏方形槽下部設置圓形泥沙收集槽3，收集槽中心焊接有排污管，排污管4上部圓周方向焊有4塊翼板5，起到二級過濾的作用，翼板上設置有帶提環的護帽，防止排污管的污水逆返以及異味氣體溢出。該地漏流通性好、不易堵塞、方便清理[2-4]，為平臺開排系統長時間安全運行提供了保證。

圖1 地漏示意圖

2.2 南北環形保溫拖鏈

2.2.1 結構介紹

由于修井機需滿足南北大跨距（長度62 m）作業需求，如采用常規單向拖鏈，存在拖鏈長度過長及支撐困難的問題，故在組塊上甲板與中間底座之間安裝環形保溫南北拖鏈，具體結構如圖2所示。由圖可知，環形拖鏈在保證約62 m的行程條件下，外形長度不超過6.7 m。

圖2 南北環形保溫拖鏈結構圖

該拖鏈整體采用316L不銹鋼材料，拖鏈水平旋轉支撐棒采用PVC外套，PVC外套可以圍繞鋼芯轉動，將纜線分隔，拖鏈內軟管和電纜的布置按照管線走外圈、電纜走內圈的方式設計，由內至外依次為：動力電纜、儀表和通信纜、7根軟管管線。拖鏈內部空間、拖鏈底板和面板內側噴涂一定厚度的保溫涂層，保溫涂層能夠實現拖鏈溫損少，保持拖鏈溫度恒定，內腔最低溫度恒溫范圍控制在合適的溫度范圍內，保溫拖鏈內部熱量傳輸管道材質為防爆阻燃保溫性能好的硅橡膠，為便于內部熱風出口排布，管道壁配置有電磁閥金屬接口。拖鏈加熱設備采用PLC集成數據控制，多級高靈敏溫度傳感器多段點采集控制，直流電磁閥多段點分布控制熱風出口，通過啟動指令，自動打開加熱系統，30 s后啟動風壓風機，并逐一打開熱風電磁閥實現多段點恒溫送風，恒溫控制各段點電磁閥開、閉，很好地解決了冬季拖鏈軟管內液體介質凍結的問題，保證了液體良好的流動性[5-7]。

2.2.2 主要技術參數

最高環境溫度為50 ℃；最低環境溫度為-20 ℃；最大相對濕度為60%～97%；大氣環境為潮濕含鹽；彎曲半徑為R=500 mm；行程為62 m；內腔最低溫度恒溫范圍為5 ℃±1 ℃。

2.3 配管相關技術研究

配管系統設計的好壞不僅關系到管路布置的美觀性，同時也關系到管路上相關閥件、附件的操作便捷性，并且影響海洋修井機質量控制工作的順利開展，而且有助于節省建造成本、縮短建造周期[8]。所以，配管系統設計過程中，為減少施工返工，應注意以下兩個方面。

2.3.1 管線間距技術

圖2 （續）

修井機中布置的管線種類繁多，包括：儀表氣、公用氣、淡水、海水、生產水、消防水（包括清水和泡沫兩種）、開排系統、低壓泥漿、高壓泥漿及液壓管線。布置管線時，要統籌規劃，采用三維設計盡量避免管線之間以及管線與結構件干涉，如圖3所示。而且要注重管線間距，考慮管線保溫空間。一般而言，對于3 in及以上管線，保溫層最小厚度為50 mm；小于3 in管線，保溫層最小厚度為30 mm，在各保溫層外表面之間及保溫層與設備和結構之間的最少間距為25 mm。

2.3.2 逃生通道避讓技術

配管的布置不能影響逃生通道的正常使用。所有管道及管支吊架布置必需滿足垂直凈空間的要求：距離逃生通道及工作區域的垂直高度2.2 m；距離走道及平臺通道的垂直高度2.1 m；管道底部距離甲板的最小高度0.2 m。所有管道及管支吊架布置須滿足以下水平凈空間的要求：與逃生通道、外圍走道的水平間距1.0 m；與維修通道的水平間距1.0 m；與不常用的走道、梯道的水平間距0.76 m；與容器上部操作維修平臺或通道的水平間距1 m，圖4為上底座配管圖，上底座鉆臺下布置的管線，不能影響中間底座上人員的操作及逃生。

圖3 配管系統三維示意圖

圖4 上底座配管圖

4 結論

介紹了雙向大跨距平移海洋修井機配管系統的關鍵技術，保證了設計的配管系統不僅布置美觀，而且便于操作管路上的閥件等附件，節省建造成本并縮短建造周期：

作者簡介：石國玲（1979—），女，本科，工程師，從事液壓油缸、工藝裝備設計研究工作。

收稿日期：2020-06-19

1）開排系統中采用的多級過濾防逆回地漏，流通性好、不易堵塞、方便清理，為平臺開排系統長時間安全運行提供了保證。

2）在組塊上甲板與中間底座之間安裝的南北環形保溫拖鏈，滿足了修井機大跨距作業需求，解決了采用常規單向拖鏈造成拖鏈長度較長的問題，并很好地保證了冬季液體良好的流動性。

3）介紹了配管系統設計過程中需要注意的管線間距及逃生通道避讓技術，保證設計的管線不僅布置美觀，而且路線較短，質量較輕，盡可能縮短建造周期，降低配管施工成本。