海洋平臺電纜移動裝置設計

于麗萍，徐增強，郭 強

（勝利石油管理局 鉆井工藝研究院，山東 東營 257017）

目前，隨著海洋勘探開發的發展，海上油田的開發在石油工業的發展中，占據著越來越重要的地位。勝利油田自1992年開發淺海油田以來，形成了獨具特色的半海半路的淺海開發模式[1]。海上油田開發模式也由原來的單井平臺模式向綜合中心平臺、多井組平臺發展。在進行多井組鉆井和多井組修井作業時，無論是懸臂梁還是開口槽式的鉆井平臺或者修井平臺，都需要配備移動的鉆井鉆臺或者移動式的修井鉆臺。在完成多井組的鉆井、修井任務過程中，該移動式鉆臺或移動式修井鉆臺能相對與平臺的主甲板進行前、后、左、右的移動，以滿足井口對中的要求。由于移動式鉆臺上安裝有大量的電氣設備，需要許多根外徑不等電纜，從主甲板的配電間等處所引到移動式鉆臺上，因此，為保證移動鉆臺移動時不需要拆卸電纜，要求電纜能和鉆臺一起移動。常規做法是，預留一定余量的電纜。但是，必須要有一種裝置持久的保證電纜不受外部的機械損傷，并且其在移動過程中，可以根據實際需要隨時啟動和停止。電纜移動裝置就是為了滿足這種功能需要而設計的。

我單位在多年的淺海鉆井平臺和修井平臺的設計中，設計了多種移動式電纜裝置，常用的電纜移動裝置設計選擇主要有三種方式：拖鏈式電纜移動裝置、折臂式電纜移動裝置和懸掛式電纜移動裝置。

1 電纜移動裝置的設計要求

（1）電纜移動裝置具有保護、支撐電纜的能力。移動式鉆臺位于井口組的上方，電纜移動裝置一般安裝在移動鉆臺的下方，所在區域為鉆臺下面附近與鉆井限界圍壁范圍相臨接的半圍壁部位，劃分為二類危險區[2]，并且工藝管線布置復雜，無論從規范要求還是工藝要求，電纜的保護都十分重要，一旦發生異常損壞，不僅影響生產，而且會成為平臺安全隱患。

（2）電纜裝置具有隨時啟停，有效分隔不同類型的電纜功能。電纜移動裝置是隨著移動式鉆臺移動，承載動力電纜，信號電纜和控制電纜。特別是移動鉆臺上鉆井工藝設備的控制基本采用變頻控制，變頻設備的配套電纜一般沒有鎧裝，合理的敷設安裝是保證船用變頻電纜最終良好運行性能的關鍵[3]。

（3）電纜移動裝置設計應遵從體積小、安裝方便，便于維修，可靠性高的特點。海洋平臺大多數不能自航，生產平臺不能移動，不能像船舶那樣可以定期維修[4]，而塢修周期長，增加了對平臺設備技術要求。海洋平臺上的設備相對于陸用設備而言，希望船用設備具有體積小，安裝方便，便于維修，可靠性高等。

（4）電纜移動裝置必須有適應海洋環境的能力，海洋平臺是長期在海上從事鉆探和采油生產的人工島，與陸地相比，其腐蝕更為嚴重。電纜移動裝置長期處于海洋環境中，同時從平臺的主甲板到移動式鉆臺有多種工藝管線，安裝區域有鉆井液飛濺等腐蝕的影響。因此，設計的裝置必須能適應鹽霧油霧環境和具有耐腐蝕能力。

（5）電纜移動裝置必須合理控制成本。對于中國來說海洋石油，海洋石油開發的成本不但一直高于陸地。而且一直高于國外同類的石油公司[5]。海洋石油開發的成本控制，已經是我國石油開發中主要考慮的問題之一，電纜移動裝置的成本控制主要從初始投資、運行經濟性以及維護費用角度、能否再利用等進行考慮。

2 拖鏈式電纜移動裝置

2.1 裝置結構

電纜拖鏈，目前是電纜移動時應用的標準部件，其廣泛應用各個領域。拖鏈鏈條由眾多的單元鏈條組成，各個單元鏈條鏈接之間可以自由的轉動。拖鏈的外形類似像坦克的鏈條一樣，拖鏈的各個單元鏈條之間連接自如，尺寸規格多種多樣，拖鏈的寬度、高度、各個鏈條的距離可以根據實際工程需要進行選擇。用于惡劣條件下大尺寸的拖鏈可以比人還要高，拖鏈上可以行走，而用于精密儀器的小尺寸的拖鏈鏈條寬度可以做到幾毫米。單節的拖鏈主要由鏈板、支撐板和連接件等組成。其材質主要是塑料型鏈條和鋼制鏈條。由于海洋工程領域環境的特殊性，考慮重量和抵抗惡劣氣候環境硬性，塑料材質的拖鏈是其主要應用材料。拖鏈式電纜移動裝置設計選用標準部件，設計中需配備支架和牽引架等，其主要由拖鏈鏈條、導軌、滑軌、導槽、支架、牽引架等部件組成[6]。海洋平臺拖鏈電纜移動裝置設計，可根據鉆臺的移動行程和電纜拖鏈的彎曲半徑確定導軌的長度，拖鏈的寬度，高度根據電纜總量來選擇。在鉆臺和平臺間的空間內合理布局是平臺電纜移動裝置的設計重點。拖鏈電纜移動裝置設計安裝結構如圖1所示。

圖1 懸臂梁式移動鉆臺電纜拖鏈安裝示意示意圖

2.2 裝置特點

（1）設計應用不需要增加其他設備，只需要將拖鏈安裝在移動的鉆臺上，就可以實現電纜的拖動；可移動行程長，可以雙向移動，對移動速度的適應性強。

（2）施工簡單。拖鏈鏈條采用標準化設計，鏈條結構一體化，不易丟掉部件，容易安裝，可配備隔片分隔電纜，便于維護；可設計成可變回轉彎曲變徑的結構形式，更便于平臺改造過程中電纜的增加。

（3）外形美觀、重量輕、耐油、耐鹽、并且具有一定的耐酸堿能力，非常適合海洋平臺惡劣的工作環境，現場維護方便，具有低維護性，高適應性的特點。

（4）價格貴，成本高。海洋平臺應用的電纜拖鏈基本選用國外的產品，這增加海洋平臺建造成本。

（5）受彎曲半徑限制，對平臺空間要求嚴格，不適合結構緊湊，空間小的海洋平臺。

3 折臂式電纜移動裝置

3.1 裝置結構

折臂式電纜移動裝置主要由：吊柱、連接筒、連接銷軸、電纜橋架、平臺立柱、肘板底座等組成（如圖2所示）。其外形似人的手臂一樣，在多井組的鉆井、修井作業中，為了保證絞車大鉤對準任意一口井口中心，移動鉆臺必須在移動軌道上作前、后、左、右的移動。折臂式電纜移動裝置兩頭吊柱和平臺立柱分別與移動鉆臺和平臺主甲板連接固定。根據移動鉆臺的要求，電纜橋架與吊柱、電纜橋架與立柱、電纜橋架與電纜橋架間，可作出相應的轉動，上鉆臺的電力電纜和信號電纜通過平臺立柱、多節電纜橋架和平臺立柱敷設到移動鉆臺上，保證電纜作出同樣的移動要求。具體的實施方式是吊柱通過焊接或者法蘭連接和移動鉆臺固定在一起，可以隨著移動鉆臺進行移動，吊柱通過連接筒和電纜橋架連接在一起，電纜橋架可繞吊柱做自由的旋轉，電纜橋架可以根據實際應用的工況，有兩節或多節，節與節之間通過連接銷軸連接在一起，電纜橋架可以圍繞著連接銷軸做360°的旋轉；連接銷軸上安裝有半圓形的電纜護板，平臺立柱通過肘板底座安裝固定在平臺主甲板上，通過連接筒和電纜橋架連接在一起。連接筒由兩塊半圓形部分組成，每個半圓形部分由吊（立）柱連接筋板，半圓形的電纜護板、電纜橋架連接筋板組成，兩塊半圓形的護板對接，一側通過吊（立）柱連接筋板上的鎖緊銷孔將連接筒與吊（立）柱連接，另一側通過電纜橋架連接筋板的銷孔與電纜橋架連接，同時也起到固定連接筒的作用。折臂式電纜移動裝置結構如圖2、圖3所示。

圖2 折臂式電纜移動裝置結構示意圖

圖3 電纜橋架移動位置示意圖

3.2 裝置特點

（1）折臂式電纜移動裝置整體組成結構簡單，其主要由立柱、吊柱和電纜橋架組成。

（2）相對于移動式電纜拖鏈對施工要求和空間要求高。折臂式電纜移動裝置兩頭僅僅通過焊接或法蘭等方式將立柱和吊柱與鉆臺和主甲板連接固定，電纜橋架通過銷軸和立柱、吊柱連接。在海上施工非常方便。

（3）裝置施工難度低，施工時間短，對空間要求比較寬松。更適合小型海洋平臺使用。

（4）裝置價格低廉，其工程造價不及拖鏈式電纜移動裝置的六分之一。

（5）非標準件設計選型，可根據平臺要求設計施工，受施工水平客觀影響。

4 懸掛式電纜移動裝置

4.1 裝置結構

懸掛式電纜移動裝置主要由：立柱支架、電纜托架、小車機構、小車移動軌道、小鏈、縱向軌道、橫向軌道、電纜橋架組成。電纜托架安裝在移動式鉆臺主體上，具有過渡和保護電纜的作用；小車機構安裝在縱向和橫向移動軌道上，其中移動軌道首端安裝的小車機構通過連接板固定在小車移動軌道上，中間的多個小車機構通過軸承滾輪和移動軌道配合，能夠沿著移動軌道移動，縱向移動末端安裝的小車機構安裝在電纜橋架上，能夠隨著電纜橋架在縱向移動軌道上移動，實現縱向小車電纜之間的伸長與收縮；小鏈連接各個小車機構，其長度小于各個小車之間的電纜長度，具有保護電纜和拉動小車的作用；小車移動軌道由橫向移動軌道的兩端懸掛，結構為“工”字型軌道，同理，橫向軌道與橫向移動滑軌之間的配合也能夠實現橫向小車電纜之間的伸長與收縮，進而實現電纜敷設。橫線軌道首端小車機構固定于橫向軌道端部，另有小車機構固定在橫向移動滑軌上，橫向移動滑軌，沿著橫向軌道移動，實現橫向電纜敷設，小車移動軌道通過立柱支架固定在海洋平臺主甲板上承接來自縱向軌道的電纜。懸掛式移動電纜裝置結構如圖4、圖5所示。

圖4 懸掛式電纜移動裝置整體結構示意圖

圖5 橫向軌道機端部小車結構示意圖

4.2 裝置特點

（1）整體組成結構簡單，便于加工制造。主要由電纜托架、移動軌道、小車機構等組成，結構比較簡單。

（2）主甲板上的電纜沿電纜托架向上，連接到各個小車機構上，通過小車橫向和縱向軌道移動，操作作業方便，簡約省時。移動小車依靠軸承滾輪移動在軌道上移動，電纜運移過程簡單易行，但是軌道和小車必須嚴格配套，對施工精度有一定要求。

（3）受電纜懸垂長度的限制，需配備較多的小車，相應配套小鏈以保護電纜。

（4）價格低廉，造價僅為同類產品移動式電纜拖鏈的五分之一，便于在海洋平臺上大規模的推廣應用。

（5）非標準件設計選型，根據平臺要求設計施工，受施工水平客觀影響。

5 結束語

以上三種電纜移動裝置是我們進行海洋平臺設計時常用的方式，它們已經在多座海洋平臺上應用。其中以拖鏈式電纜移動裝置適用范圍最廣，其對設計要求低，施工難度低，但是價格高，對空間要求高，這增加了平臺的建造成本，一般用于大型的海洋平臺；折臂式電纜移動裝置，成本低，可以現場制作，現場施工方便，但是不適合承載大量的電纜，非標準件設計選型，對防腐工藝要求比較嚴格，小型平臺應用較多；懸掛式電纜移動裝置電纜懸垂受限，需要配備多輛小車，通常配備小鏈保護電纜，鋼軌等必須嚴格配套，受移動鉆臺和平臺的總體結構情況限制，對設計施工要求比較嚴格。

[1]劉 競，劉錦昆，李 喆.新型水下井口基盤模型試驗及數值分析[J].中國海洋平臺，2009，24(4):33-37.

[2]孫東昌，潘 斌.海洋自升式平臺設計與研究[M].上海交通大學出版社，2008.

[3]李永江，陸云春.船用變頻電纜結構分析及敷設[J].船舶工程，2009，31(6):49-51.

[4]陳崗軍，陳 彤.海洋平臺腐蝕特點分析及涂料涂裝工藝應用[J],船海工程，2010,39(3):122-124.

[5]謝國基.降低成本是開發海洋石油必由之路[J].石油礦場機械，2000，29(2):16-18.

[6]李斌貴.國外拖鏈供電技術簡介[J].建筑機械，2005，(4):89-91.

[7]中國船級社.鋼制海船入級規范[M].北京：人民交通出版社，2009.

[8]中國船級社.海上移動平臺入級與建造規范[M].北京：人民交通出版社，2005.