海洋修井機滑移系統研究

摘要：目前，固定式海洋平臺的常規海洋修井機滑移系統主要有兩種形式，即棘爪式和舉升滾動式。文章介紹了常規海洋修井機滑移系統的組成、工作原理，從可靠性、經濟性、結構復雜程度等方面分析了海洋修井機兩種滑移方式的優缺點，為海洋修井機滑移系統的選擇和設計提供了參考。

關鍵詞：固定式海洋平臺；海洋修井機；滑移系統；棘爪式；舉升滾動式 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE935 文章編號：1009-2374（2016）14-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.077

1 概述

海洋平臺是目前海洋石油勘探開發的主要裝備，而在眾多的海洋平臺中，固定式海洋鉆井平臺是最常用的設備。大多數情況下，固定式海洋平臺初期的鉆井由自升式鉆井平臺來完成，當自升式鉆井平臺來鉆井時，修井機可以滑移到避讓位置，給自升式鉆井平臺留出足夠的作業空間。固定式鉆井平臺的中、下層甲板都配置有配套的采油、儲油等設施，當井區鉆井完成之后，固定式平臺就充當采油平臺的角色進行采油作業。海洋修井機都是放置在固定平臺的頂層甲板上，常規固定式平臺頂層甲板由井口區（修井機作業區域）、飛行甲板區、修井輔助設備區（配電系統、固控系統、生活辦公區域等）構成。固定式平臺配置的海洋修井機主要用來進行鉆完井、修井和打調整井作業，是保障平臺采油效率的關鍵設備。修井機按噸位分為90t、112t（過渡產品，不推薦使用）、135t、158t（過渡產品，不推薦使用）、180t海洋修井機。按驅動方式分為柴油機機械驅動和電機驅動。修井機配置主要包括井架總成、移動底座、提升設備、絞車、轉盤、游車大鉤、水龍頭、泥漿泵及泥漿罐系統、井口工具、防噴器及控制裝置、泥漿管匯系統、電氣系統。修井機放置在平臺的井口區域，通過滑移系統實現修井機的橫向和縱向的移動，從而保證修井機可以覆蓋平臺區域的所有井位。

2 海洋修井機滑移系統

固定式鉆井平臺配置的海洋修井機滑移系統一般都是通過液壓傳動原理來實現滑移的，通過液壓動力及控制系統，將帶壓力的液壓油介質傳輸到執行機構液壓油缸中，將液壓動力轉換為油缸的推力或拉力，再通過連接耳板及銷軸將力傳到修井機的底座結構上，來克服修井機底座與滑移導軌之間的摩擦力，從而實現修井機底座的移動。滑移系統按修井機底座與導軌之間的摩擦方式來劃分，主要有兩種形式：棘爪式和舉升滾動式。

2.1 棘爪式滑移系統

棘爪式滑移系統的棘爪機構有兩種結構形式，插入式棘爪和摩擦式棘爪。插入式棘爪滑移系統和摩擦式棘爪滑移系統的工作原理是相同的，僅兩個系統棘爪機構的結構不同，下面主要介紹一下這兩種不同棘爪機構的滑移系統的組成、工作原理、控制原理、主要技術參數。

2.1.1 插入式棘爪滑移系統。插入式棘爪滑移系統主要由棘爪機構、插銷板、轉軸、導向塊、滑移油缸、連接耳板及銷軸組成，其結構如圖1所示：

插入式棘爪滑移系統的導軌上翼板開有很多連續的步進孔，在滑移時，先轉動轉軸，將棘爪機構的插銷板插入步進孔內，此時棘爪機構與導軌相對固定，通過控制滑移油缸的伸縮來完成修井機的移動。在移動一個油缸行程后，通過棘爪機構的轉軸將插銷板從步進孔中旋轉出來，棘爪機構與導軌相對不固定，修井機相對導軌也不固定，但是棘爪機構的重量遠遠小于修井機的重量，所以修井機與導軌之間的摩擦力遠遠大于棘爪機構底座與導軌之間的摩擦力。此時控制滑移油缸的伸縮，可以完成棘爪機構在導軌上的移動，當滑移油缸完全伸出（或縮回）時，棘爪機構運動到下一個滑移行程的起始位置，如此循環操作，可以實現修井機的連續移動。

2.1.2 摩擦式棘爪滑移系統。摩擦式棘爪滑移系統主要由棘爪機構、鎖緊油缸、鎖緊壓板、滑移油缸、連接耳板及銷軸組成，其結構如圖2所示：

摩擦式棘爪滑移系統與插入式棘爪滑移系統有相同的工作原理，僅棘爪機構的作用原理不同。鎖緊油缸鑲嵌于摩擦式棘爪機構中，與棘爪機構固定在一起。初始狀態下，棘爪機構的鎖緊壓板與導軌有一定的間隙，當鎖緊油缸的活塞桿動作時，油缸活塞桿的下端面和鎖緊壓板的上端面可以夾緊滑移導軌的上下平面，從而在棘爪機構與導軌之間產生一個很大的摩擦力（要大于修井機與導軌之間的摩擦力），從而保證在滑移油缸動作時，棘爪機構相對于導軌不動，而修井機相對于導軌移動。

2.1.3 控制原理。棘爪式滑移系統的液壓動力源來自于修井機配置的組合液壓站（電驅式修井機）或者來自于安裝在液力變速箱上的取力器及液壓油泵（機械驅動式修井機），整個液壓控制系統由三位六通手動換向閥、單向閥、溢流閥、壓力表、液壓硬管線和液壓軟管等組成。通過控制手動換向閥，來實現滑移油缸的動作。其操作需要人為手動實現，控制精度低，修井機底座兩側滑移的同步性較差。

2.1.4 主要技術參數。棘爪式滑移系統的主要技術參數如下（180t常規海洋修井機的配置）：

液壓系統額定壓力：16MPa

滑移油缸行程：600mm

設計摩擦系數：0.35

滑移油缸數量：4個（上、下移動座各2個）

滑移油缸拉力（上移動座）：650kN

滑移油缸推力（上移動座）：850kN

滑移油缸拉力（下移動座）：1300kN

滑移油缸推力（下移動座）：1750kN

2.2 舉升滾動式滑移系統

2.2.1 系統組成。舉升滾動式滑移系統的結構較為復雜，它的工作原理是用滾動摩擦來代替棘爪式滑移系統的滑動摩擦，從而大大減小修井機滑移時需要克服的摩擦力，提高滑移系統的可靠性。舉升滾動式滑移系統主要由舉升油缸及底座、導向塊、平移油缸、圓柱滾子滾排、連接耳板及銷軸組成，其結構如圖3所示：

修井機在滑移的初始狀態時，舉升油缸全部縮回，此時修井機的重量直接壓在滑移導軌上，圓柱滾子滾排與修井機之間有間隙。開始滑移時先控制平移油缸先動作，全部平移油缸伸出（或縮回）到行程的最大（或最小）狀態，然后控制舉升油缸開始動作，舉升油缸全部伸出，此時修井機被完全頂起，修井機的重量直接壓在滑移系統的圓柱滾子滾排上，再控制平移油缸的動作，使其全部縮回（或伸出）。由于修井機相對于滾排的滑移是滾動摩擦，而舉升油缸底座相對于滑移導軌的滑動是滑動摩擦，相同重量的情況下，滾動摩擦的摩擦力遠遠小于滑動摩擦，所以此時平移油缸動作過程中，舉升油缸底座相對于滑移導軌不運動，修井機相對于滑移導軌會運動一個平移油缸的行程。平移油缸走完一個行程之后，舉升油缸全部縮回，全部平移油缸伸出（或縮回）到行程的最大（或最小）狀態，此時滑移系統又回到起始狀態，進行相同的操作可以實現下一行程的滑移。如此反復操作，可以實現修井機往一個方向的連續移動。修井機的反方向的滑移原理與之相同，在此不再贅述。舉升滾動式滑移系統的滑移導軌是一個特殊規格的焊接H型鋼，其上翼板上不需要開孔，導軌的強度和滑移的安全性得到了很大的保障。

2.2.2 控制原理。舉升滾動式滑移系統配置一套單獨的液壓站作為其動力源，整個液壓控制系統由液壓站、電控系統、三位四通電磁換向閥、單向閥、溢流閥、壓力表、液壓硬管線和液壓軟管等組成，液壓站由兩臺電動柱塞泵提供動力，通過操作電控系統上的按鈕來實現電磁換向閥的動作，同時電磁換向閥的動作可以實現舉升油缸和平移油缸的動作。只需要人扳動電控系統的按鈕，就可以實現油缸的動作，其控制精度高，滑移的同步性較好。

2.2.3 主要技術參數。舉升滾動式滑移系統的主要技術參數如下（180t修井機的配置）：

液壓系統額定壓力：24MPa

舉升油缸行程：50mm

平移油缸行程：400mm

舉升油缸數量：8個

平移油缸數量：4個

單個頂升油缸最大頂升力：1226kN

單個平移油缸最大推力：188kN

單個平移油缸最大拉力：96kN

3 結語

海洋修井機兩種滑移系統的優缺點對比如表1：

文章介紹了固定式海洋鉆井平臺配套的海洋修井機滑移系統常見的兩種形式：棘爪式和舉升滾動式。棘爪式滑移系統是目前最常用的一種形式，其結構簡單，成本較低，但在使用的過程中由于操作不當、導軌加工誤差、修井機偏重、修井機底座受力之后的變形、滑移系統的同步性差等原因，很容易出現劃傷或者啃噬導軌的情況。舉升滾動式滑移系統的結構復雜，成本較高，但是舉升滾動式滑移系統是滾動摩擦，能夠很好地避免滑移底座劃傷滑移導軌的情況，而且滑移導軌上翼板不用開步進孔，保障了滑移導軌的強度，提高了滑移的安全性。舉升滾動式滑移系統的控制是通過電控系統和電磁換向閥來實現，所以其同步性也較好。通過本文的介紹，可以清楚地了解固定式海洋鉆井平臺海洋修井機滑移系統的組成、工作原理、主要技術參數等，同時也能夠了解幾種不同滑移系統的優缺點，在今后的設計中，可以根據不同的要求，為修井機設計出最優的滑移系統。

參考文獻

[1] 歐陽隆緒，劉良躍.海上石油平臺修井機（第1部分）：形式與基本參數（Q/HS 2007.1-2002）[S].

作者簡介：江榮海（1989-），男，陜西漢中人，中石化石油工程機械有限公司第四機械廠助理工程師，研究方向：海洋鉆修設備。

（責任編輯：周 瓊）