深水勘察船管子處理控制系統研制及應用

徐煒華 周建峰 呂拴明

【摘 要】深水勘察船（海洋石油“708“）鉆井及取樣提升系統利用折臂抓管機和鷹爪機之間的協調配合工作，將管子堆場中水平放置的鉆桿移動到井口，翻轉為豎直狀態，并對鉆桿在對扣過程中進行扶持；或者將井口上方拆卸下的豎直鉆桿，翻轉并移運到管子堆場。本文將介紹寶雞石油機械有限責任公司國內首次聯合研發、配套的管子處理控制系統，著重介紹折臂抓管機和鷹爪機的技術特點和功能操作，作為國內首次配套其意義不言而喻。

【關鍵詞】深水勘察船 管子處理系統 折臂抓管機

1引言

深水勘察船項目是我國自主研發的第一艘3000米水深的石油資源勘查船，是國家重大海洋工程項目之一，也是國家深水重大科技攻關項目的綜合配套項目之一，其將作為深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”輔助船支[3]。[2]本文將著重介紹國內首次聯合研發配套的關鍵設備：機械化鉆桿處理系統，即：管子處理系統。

管子處理系統，起步于上世紀50年代，隨著科技進步和技術創新，其在海洋石油勘探開發領域已被廣泛應用，提高作業效率、降低勞動強度，充分保障人員安全，這些設備得天獨厚的優勢都已被認可。管子處理系統根據作業區域和功能的不同，大致分為垂直式和水平式兩類，主要作業區域有：鉆臺面、二層臺、管子堆場，其中典型垂直式，如：鉆桿排管系統（XY Column Racking Systems）、星型二層臺排管結構（Star Racker）、鷹爪機（Eagle Light）等；而水平式主要以鉆桿傳遞運輸為主，如：折臂抓管機（Pipedeck Pipehandler）、動力貓道（Catwalk Machine）等。

2深水勘察船管子處理系統技術分析

深水勘察船管子處理系統（Pipe Handling Systems）是利用折臂抓管機和鷹爪機[1]之間的協調配合工作，將管子堆場中水平放置的鉆桿移動到井口，翻轉為豎直狀態，并對鉆桿在對扣過程中進行扶持；或者將井口上方拆卸下的豎直鉆桿，翻轉并移運到管子堆場。該系統由折臂抓管機、液壓系統、鷹爪機、管子處理系統集成控制、鉆桿支架、鉆桿盒等組成。其系統特點是：安全性、可靠性、實用性、高效性、經濟性的實現鉆桿搬運操作。

2.1 設備使用環境

（1）海洋環境 環境溫度及濕度：在環境溫度-20℃～+50℃，濕度≤90% （+20℃時）的海洋工況下，設備可正常工作；（2）船體工作升沉參數：浪3m/9s、船 2.4m/9s；（3）最大工作風速：36m/s，自存風速：55m/s；（4）安裝位置：船體露天甲板。

勘察船管子處理系統的布局圖

2.2折臂抓管機（Pipedeck Pipehandler）

2.2.1 主要性能參數（表二）

序號 名 稱 參 數 備 注

1 最大負載 3000kg 工作幅度≤9.6 m 運動速度≤1/s

2 常規工作負載 500kg 工作幅度≤10.m 運動速度≤6/s

3 抓取負荷直徑范圍 4 1/2”～8 1/4” 長度3-9.5m

4 重復精度 ±9mm

5 重量 12.5T

表二

2.2.2 組成介紹

折臂抓管機本體由基座、轉臺、主臂及抓管軛組成；基座與甲板法蘭螺栓連接；轉臺與基座采用回轉支撐連接，由帶減速機的液壓馬達驅動回轉支撐旋轉；主臂分由3個液壓缸驅動，完成俯仰運動；抓管軛（末端執行器）采用夾持式卡爪。液壓系統為折臂抓管機和鷹爪機的各個動作提供所需動力、同時能將控制系統給定的輸入信號轉化為響應的位置和速度輸出，從而實現折臂抓管機和鷹爪機按照操作路徑工作。執行機構主要由液壓缸和液壓馬達組成。采用設備操作室和現場無線遙控操作盒兩種操作方式，通過電液比例控制閥、傳感器和編碼器等檢測元件，提高了系統的自動化程度和精度，又簡化了系統，實現功能完整。

2.3 鷹爪機 （Eagle）

2.3.1 主要技術參數

（1）適用鉆具尺寸：4 1/2”～8 1/4”；（2）最大提升鉆具重量：3000Kg；（3）主臂有效擺動角度范圍：70.92°、副臂有效擺動角度范圍：19.09°；（4）額定提升速度：250mm/s；（5）驅動方式：液壓驅動、系統額定壓力25MPa。

2.3.2 工作原理

YZJ-3000鷹爪機，主要配合折臂抓管機一起工作，由司鉆房控制，其按照預制的操作路徑進行作業。工作步驟是：⑴ 液壓絞車準確定位鷹爪機位置；⑵通過扶正鉗頭和夾緊鉗頭復合作用，準確加持鉆桿；⑶ 主臂、副臂聯合作用，確保鉆桿位置與井口中心線重合，同時頂驅下放利用動力吊卡將鉆桿卡住；⑷ 夾緊鉗頭、扶正鉗頭相繼松開，返回至初始位置抓取下一根鉆桿。

3結語

以上對深水勘察船的管子處理系統從功能到配套，進行了簡單的介紹，與國外海洋裝備相比，我國的海洋裝備尚處于起步階段，中國海洋石油總公司副總經理周守為曾談到，“向海洋深水領域進軍，向深水技術挑戰”將是今后工作的核心之一，深水海洋裝備勢必成為國家能源的保障，對于國內石油裝備制造企業來說，不斷學習吸收和技術創新的路，任重而道遠。

參考文獻

[1]深水勘察船折臂抓管機、鷹爪機.《操作維護手冊》及相關技術資料.

[2]王維旭等.深水工程勘察船研制.《石油機械》.

[3]維基、NOV、MH等網絡媒體有關管子處理系統的資訊.

作者簡介：徐煒華（1978-）男，工程師，2002年畢業于西南科技大學機械制造及自動化專業，主要從事海洋裝備生產工作。