石宁可,赵世刚,张 鑫,师 涛

(兰州兰石能源装备工程研究院有限公司青岛分公司,山东青岛 266520)

自升式钻井平台悬臂梁滑移系统研究*

石宁可,赵世刚,张 鑫,师 涛

(兰州兰石能源装备工程研究院有限公司青岛分公司,山东青岛 266520)

针对当前国际上常用的传统型、XY型和混合型悬臂梁进行了介绍,重点研究了这三种悬臂梁的滑移系统,建议加快对混合型悬臂梁及其滑移系统的研究开发。

自升式钻井平台;悬臂梁;滑移系统

0 引 言

自升式钻井平台是海上四大移动式钻井平台之一。悬臂梁系统是现代自升式钻井平台的关键系统,为钻台、井架和绞车提供了支撑结构,能在自升式钻井平台实现钻井、完井、修井和生产等作业[1-2]。

悬臂梁为了实现以上功能,至少需要在平台主甲板上能够纵向移动,目前,根据悬臂梁移动方式,悬臂梁可分为传统型悬臂梁、XY型悬臂梁和混合型悬臂梁3种。传统型悬臂梁可以在平台主甲板上沿平台艏艉方向纵向移动;XY型悬臂梁在平台主甲板上既可以沿平台艏艉方向纵向移动,又可以沿平台左右舷方向横向移动;混合型悬臂梁在平台主甲板上既可以沿平台艏艉方向纵向移动,又可以沿平台左右舷方向横向移动,还可以绕定点旋转。

1 传统型悬臂梁滑移系统

传统型悬臂梁与平台主甲板之间固定有多组滑移支座和倒置滚轮,传统型悬臂梁就是在滑移支座和倒置滚轮上沿平台艏艉方向纵向移动。具有代表性的传统型悬臂梁钻井平台是美国F&G公司设计的JU-3000,它使用的是油缸销轴推移方式的滑移系统。图1是油缸销轴推移方式的滑移系统的外形图。此种类型的滑移系统主要由基座、滑移油缸和销轴装置等组成。油缸基座被固定在平台主甲板上,工作时基座上的油缸为悬臂梁纵移提供动力。

JU-3000钻井平台可以在北海等恶劣环境下运行,其基本性能参数为:悬臂梁最大纵向外伸:22.86 m;钻台左右横向移动:±4.57 m;最大作业水深:122 m;最大组合工况可变载荷:1 360 t;最大钻井作业工况可变载荷:6 486 t;最大风暴自存工况可变载荷:3 402 t;生活区可容纳人数:150人。

图1 油缸销轴推移方式悬臂梁滑移系统

2 XY型悬臂梁滑移系统

XY型悬臂梁滑移系统的技术现在较为成熟,已经在自升式钻井平台中广泛使用。

2.1 荷兰Gusto MSC公司XY型悬臂梁滑移系统

Gusto MSC公司设计的XY型悬臂梁滑移系统主要由4个滑移模块组成,每个滑移模块主要由液压缸、销轴装置、结构件等组成,图2是滑移模块的外形图。平台主甲板上有两条平行的横向滑移轨道,滑移模块可以在横向滑移轨道上带动悬臂梁作横向移动,悬臂梁自身带有纵向滑移轨道,可以在滑移模块上实现纵向移动,如图3所示。悬臂梁横向和纵向移动的动力都来自于滑移模块中的液压缸[3]。

Gusto MSC公司设计的XY型悬臂梁滑移系统已经在其生产的CJ系列的自升式钻井平台中应用。其设计的CJ80-X175-A自升式钻井平台的基本参数为:悬臂梁最大纵向外伸:36.5 m;钻台左右横向移动:±12.5 m;最大作业水深:175 m;最大组合工况可变载荷:1 500 t;最大钻井作业工况可变载荷:4 500 t;最大风暴自存工况可变载荷:4 500 t;最大钻井深度:9 144 m;生活区可容纳人数:150人。

图2 滑移模块

图3 Gusto MSC公司XY型悬臂梁

2.2 新加坡吉宝公司XY型悬臂梁滑移系统

图4是吉宝公司设计的一种XY型悬臂梁,两条平行的横向滑移轨道被固定在主甲板上。横向滑移轨道上设有一个多用途悬臂梁滑移机构,其具体结构如图5所示。此多用途悬臂梁滑移机构与 Gusto MSC公司设计的XY型悬臂梁中的滑移模块的功能类似,此滑移机构能够在横向滑移轨道上带动着悬臂梁横向移动,悬臂梁能在此滑移机构上部纵向移动。多用途悬臂梁滑移机构通过横向布置的油缸销轴推移装置为悬臂梁的横向移动提供动力,通过侧面布置的油缸销轴推移装置为悬臂梁纵向移动提供动力[4]。

图4 吉宝公司XY型悬臂梁

图5 多用途悬臂梁滑移机构

3 混合型悬臂梁滑移系统

新加坡吉宝公司和其他公司提出了一种新型的悬臂梁系统的结构形式,此种悬臂梁系统可以在平台主甲板上纵向移动、横向移动和绕定点旋转,它也属于一种特殊的XY型悬臂梁,如图6所示。

图6 混合型悬臂梁

该混合型悬臂梁的滑移系统由4个滑动/旋转组件组成,该组件包含一个上滑块,一个下滑块和一个相互连接上下滑块的旋转件,其中上滑块连接到悬臂梁的2根纵向主梁,下滑块连接到横向滑移轨道。旋转件包含侧翼、颈状物和环形表面来抵抗扭力、拉力和压力载荷。悬臂梁通过滑动/旋转组件可以实现在平台主甲板上的纵向移动、横向移动及绕定点旋转,覆盖了更多的钻井区域[5]。

4 结 论

传统型悬臂梁制造技术成熟可靠,造价相对较低,但是钻井覆盖范围小,而且钻台横向移动时,悬臂梁会产生偏载;XY型悬臂梁钻井覆盖范围大,两根主梁所受载荷均匀,主甲板无永久覆盖区,但是其滑移系统受专利保护,制造要求高,造价也比传统型悬臂梁高[1];混合型悬臂梁钻井覆盖范围比XY型悬臂梁更大,但是其制造要求更高,造价也比前面提到的两种悬臂梁高,目前该类型悬臂梁只是在专利文献中提到过,还没有实际应用,因此,应加快对混合型悬臂梁及其滑移系统的研究开发。

[1]钱亚林,薄玉宝.自升式悬臂梁钻井平台初探[J].上海造船,2009,9(1):15-18.

[2]王龙庭,于美华,徐兴平,等.自升式钻井平台悬臂梁滑移方案探究[J].石油矿场机械,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]王龙庭,梁会高,徐兴平,等.国外自升式悬臂梁钻井平台结构特点[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

石宁可(1989-),男,山东济南人,助理工程师,主要从事陆地钻机和海洋钻机研发设计工作。