陸用型頂驅(qū)海洋鉆井平臺適應(yīng)性改造研究

劉東章，孟祥卿，黃勇，張鏢

（勝利石油工程有限公司，山東 東營 257000）

中石化勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司是中國石化集團(tuán)公司唯一一家從事淺海、極淺海海域石油工程技術(shù)服務(wù)的專業(yè)化公司。現(xiàn)有職工1392人，擁有鉆井平臺11座（座底式2座，自升式9座），自1978年勝利一號鉆井平臺投產(chǎn)打井以來，40多年來，足跡遍布勝利、冀東、遼河、大港、蓬萊，從渤海灣到遼東灣、波斯灣再到幾內(nèi)亞灣，公司多次與美國科麥奇、阿帕契、EDC，意大利阿吉普，馬來西亞云頂，伊朗IOOC、殼牌，尼日利亞NEW-CROSS等國際石油公司合作，累計(jì)完成各類井施工1350余口，進(jìn)尺310多萬m，先后發(fā)現(xiàn)了勝利油田埕島、新灘、新北、樁海、橋東、遼河油田葵花島、冀東、南堡等7個整裝海上大油田，為海洋石油事業(yè)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。為祖國的能源保障做出了突出貢獻(xiàn)。公司獲全國AAA級信用企業(yè)、全國企業(yè)文化建設(shè)先進(jìn)單位、山東省文明建設(shè)先進(jìn)單位、山東省富民興魯勞動獎狀、山東省和諧企業(yè)、山東省安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一級企業(yè)等榮譽(yù)稱號。

中石化勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司堅(jiān)持裝備優(yōu)先戰(zhàn)略，確保裝備的先進(jìn)性、可靠性。公司現(xiàn)擁有鉆井平臺11座（坐底式2座，自升式9座），平臺入CCS和ABS船級，作業(yè)水深覆蓋2~120m海域，在灘淺海石油鉆井作業(yè)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。公司所屬鉆井平臺中，勝利三號、勝利十號、新勝利一號、新勝利五平臺為國內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造，其余7座鉆井平臺分別從美國、法國等國引進(jìn)。勝利八號、勝利九號、勝利十號、新勝利一號、新勝利五平臺為懸臂梁結(jié)構(gòu)鉆井平臺，其余為槽口式鉆井平臺，一次就位最大鉆井口數(shù)6~54口不等。最大鉆井深度9144m，年鉆井能力20余萬m。通過持續(xù)地升級改造，為所有鉆井平臺安裝了頂部驅(qū)動，配備了國際主流的主柴油發(fā)電機(jī)組、電動變頻絞車、大功率泥漿泵、國際品牌的升降系統(tǒng)、甲板吊車等先進(jìn)設(shè)備，平臺主要裝備如鉆井、儀表、固控、動力、井控、通訊、救生等均達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平，確保了裝備的先進(jìn)性、可靠性，滿足了國內(nèi)外海上鉆井承包商的施工要求。

1 實(shí)施背景

勝利十號平臺出廠配置的頂驅(qū)為寶雞石油機(jī)械生產(chǎn)的DQ70/4500DB 500T 型頂驅(qū)，是一種交流變頻電驅(qū)動頂驅(qū)裝置，在伊朗波斯灣項(xiàng)目立下了汗馬功勞，但是服役已經(jīng)10年之久，尤其在伊朗施工作業(yè)中，在高溫、高濕和高負(fù)荷等惡劣工況下使用，老化嚴(yán)重，頻繁出現(xiàn)電機(jī)齒輪斷裂脫落、變頻器故障、通訊故障、過渡齒輪斷裂，復(fù)合軸承碎裂等問題，嚴(yán)重影響到平臺的施工。西南分公司有1臺CANRIG1050E加拿大CANRIG公司生產(chǎn)的單電機(jī)直流頂驅(qū)，折疊式導(dǎo)軌專為陸地鉆機(jī)搬家頻繁、拆裝方便所設(shè)計(jì)，即便如此，在西南市場使用一段時間后，由于搬遷中各種不確定因素的影響，致使頂驅(qū)無法正常使用而閑置，造成了資產(chǎn)的浪費(fèi)，為了響應(yīng)上級盤活資產(chǎn)的號召，從西南分公司調(diào)劑該頂驅(qū)到海洋鉆井公司為勝利十號平臺之用，但由于該頂驅(qū)為陸地之用所設(shè)計(jì)，有部分不適合海洋鉆井平臺的地方，因此對其進(jìn)行了海洋鉆井平臺的適應(yīng)性改造以滿足海上鉆井平臺現(xiàn)場的應(yīng)用。

根據(jù)CANRIG 1050E頂驅(qū)的特點(diǎn)，結(jié)合平臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了機(jī)械部分和電氣部分的改造。

2 機(jī)械部分適應(yīng)性改造

2.1 游動電纜懸掛改造

原CANRIG頂驅(qū)鉆臺面到二層臺的垂直段電纜，以及二層臺到頂驅(qū)本體的游動段電纜都集成在導(dǎo)軌上，如圖1所示。

圖1

這種設(shè)計(jì)十分便于快速安裝拆卸，運(yùn)輸頂驅(qū)，但是游動段電纜及液壓管線距離導(dǎo)軌及附件距離較近，在大風(fēng)天氣下頻發(fā)電纜與導(dǎo)軌剮蹭甚至電纜刮斷的故障。鑒于平臺安裝拆卸頂驅(qū)頻次低，海上惡劣天氣較多，并且井架大腿側(cè)空間位置十分充裕，所以將電纜改造為井架側(cè)面懸掛模式，并配套了相應(yīng)的安裝掛板及電纜過橋板等，每個零部件都配備專門的安全保險(xiǎn)繩，如圖2所示。

圖2

2.2 游動液壓管線懸掛

游動段液壓管線原CANRIG設(shè)計(jì)為外層水龍帶包裹1根高壓膠管內(nèi)膽作為進(jìn)油，環(huán)形腔作為回油，如圖3所示。

圖3

在以往的使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)水龍帶環(huán)形腔回油受污染、易滲漏，進(jìn)油高壓膠管損壞的故障發(fā)生。一旦損壞需要另外增加外置高壓管線，不方便使用。針對這種情況我們將游動液壓管線兩端改為法蘭式固定結(jié)構(gòu)，并在水龍帶內(nèi)置了3根高壓膠管，2根用于進(jìn)回油，1根作為備用。

2.3 導(dǎo)軌張緊液壓系統(tǒng)

CANRIG頂驅(qū)設(shè)置有導(dǎo)軌張緊系統(tǒng)，即導(dǎo)軌安裝完成后，使用閥組和導(dǎo)軌兩側(cè)的液壓缸拉近兩側(cè)鋼絲繩后將導(dǎo)軌繃直。原頂驅(qū)閥組設(shè)置在導(dǎo)軌側(cè)方液壓缸附近，操作時需要工作人員站到頂驅(qū)之上的高位，既不便于操作也不方便檢修，同時存在一定的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。

圖4

根據(jù)現(xiàn)場情況，我們將控制閥組移到液壓站后部相應(yīng)位置，定制相應(yīng)長度的液壓管線連接到張緊液壓缸。閥組安裝在此位置上，方便操作張緊液缸的伸縮，也便于日常檢查維護(hù)工作。

2.4 導(dǎo)軌懸掛及反扭矩梁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為滿足使用需求，需要調(diào)整好頂驅(qū)導(dǎo)軌的高度和與井口中心的距離。因此我們結(jié)合本套CANRIG頂驅(qū)的參數(shù)與平臺井架的參數(shù)，現(xiàn)場勘測，繪制圖紙，制作加工了“魚叉懸掛總成”及“反扭矩梁總成”。

圖5

頂驅(qū)安裝完成后，導(dǎo)軌距離鉆臺面的高度和導(dǎo)軌距離井口中心距均在設(shè)計(jì)尺寸范圍內(nèi)。

2.5 頂驅(qū)運(yùn)移架加工制作

CANRIG頂驅(qū)原設(shè)計(jì)為頂驅(qū)固定在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌就是頂驅(qū)的運(yùn)移架，導(dǎo)軌與頂驅(qū)本體整體安裝，但鉆井平臺的井架結(jié)構(gòu)尺寸受限，需逐段導(dǎo)軌安裝，本體需要單獨(dú)進(jìn)行掛裝，在本體的安裝過程中必須保證頂驅(qū)能夠吊裝至鉆臺面上，并且豎直立于井口上方。鑒于此情況，設(shè)計(jì)制作了1臺專用頂驅(qū)運(yùn)移架，運(yùn)移架的使用解決了頂驅(qū)運(yùn)移支撐的問題，確保了吊裝安全，提高了安裝速度，提升了工作效率。

圖6

3 電控系統(tǒng)改造部分

3.1 電控房400V輔助電源問題

頂驅(qū)的液壓泵站、主電機(jī)的散熱風(fēng)機(jī)、潤滑油泵以及空調(diào)等需要380V、100A的電源提供電力供應(yīng)，鉆臺原頂驅(qū)變頻房為自帶380V電源，鉆臺自身沒有380V電源備用，鑒于此問題通過增加150KVA 船舶用干式變壓器（專業(yè)變壓器廠家制作）選擇空調(diào)外機(jī)下方的閑置空間作為變壓器安放位置,地板打孔布線,并使用格蘭密封，用專用密封膠對側(cè)門進(jìn)行密封處理。

3.2 電控房安裝位置

由于陸用設(shè)計(jì)，陸地鉆井隊(duì)空間充裕，電控房可以放置在非防爆區(qū)域，所以電控房沒有防爆要求，屬于非防爆型電控房，而海上鉆井平臺空間受限，只能放置在鉆臺頂棚之上，根據(jù)鉆臺防爆要求，鉆臺面4m內(nèi)都屬于防爆區(qū)域，因此要想滿足防爆要求，一是更換防爆型電控房，二是抬高電控房安裝面超過鉆臺面4m，更換防爆型電控房費(fèi)用高、周期長，改造防爆型電控房難度大、周期長，經(jīng)過論證，綜合考量，確定采用抬高電控房安裝面滿足防爆要求，通過增設(shè)底座高度0.8m，安裝面高出了4m，達(dá)到了防爆要求。

3.3 電控房進(jìn)出線接線端子

電控房進(jìn)出線接線端子為非防爆型，不符合現(xiàn)場防爆要求，將電控房進(jìn)出線接線端口進(jìn)行了改裝，采用船用MCT進(jìn)線模式，滿足防爆要求。

3.4 600V進(jìn)線問題

由于電控房的安放位置致使600V進(jìn)線的電纜長度不足以連接到CANRIG頂驅(qū)電控房中，電纜的長度短3m，如果更換電纜費(fèi)用極高，供貨周期太長，與塢修周期無法同步，將嚴(yán)重影響塢期，從而影響公司的生產(chǎn)。通過商討，優(yōu)化方案，決定在主進(jìn)線端增加一級防爆接線盒以解決電纜短3m的問題。

3.5 程序改造

3.5.1 增扭器上卸扣模式修訂

CANRIG 1050E 頂驅(qū)設(shè)計(jì)有增扭器，在上卸扣時增加扭矩起到輔助上卸扣的功能，但是存在上卸扣模式中，操作增扭器，扭矩表沒有增鈕器扭矩顯示，使現(xiàn)場操作人員沒有任何判斷的依據(jù)，不知道確切的扭矩值。過扭可能會損壞絲扣，欠扭會造成鉆具的脫扣，造成嚴(yán)重的井下事故。針對此問題，對該程序進(jìn)行了修訂，修改為在上卸扣模式，只要增扭器動作，扭矩表就會輸出30KN.M的扭矩值。

3.5.2 上卸扣模式單獨(dú)運(yùn)行，去掉增扭器和上卸扣互鎖邏輯

CANRIG 1050E 頂驅(qū)設(shè)計(jì)增扭器和上卸扣有互鎖功能，在上卸扣時，主電機(jī)無法單獨(dú)動作，與現(xiàn)場的實(shí)際操作不相適宜。修改目的，實(shí)現(xiàn)上卸扣模式主電機(jī)能夠單獨(dú)工作，設(shè)計(jì)主軸轉(zhuǎn)速暫定15RPM，從而滿足現(xiàn)場的要求。

3.5.3 旋扣模式

CANRIG 1050E 頂驅(qū)原程序設(shè)計(jì)旋扣模式輸出的轉(zhuǎn)速為30RPM, 轉(zhuǎn)速偏高，不適宜于現(xiàn)場的具體操作，鑒于此，改變旋扣模式的輸出轉(zhuǎn)速，速度降低到20RPM,扭矩為2000N.M ，滿足現(xiàn)場的實(shí)際操作。

3.5.4 上卸扣速度重新標(biāo)定

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)15RPM的轉(zhuǎn)速偏高，8RPM的轉(zhuǎn)速滿足要求，因此將轉(zhuǎn)速從15RPM降到8RPM。

3.5.5 報(bào)警停機(jī)

CANRIG 1050E 頂驅(qū)原程序設(shè)計(jì)一旦風(fēng)壓低信號、潤滑油壓力低信號、潤滑油溫度高信號達(dá)到設(shè)置的限定值，就會出現(xiàn)主機(jī)停轉(zhuǎn)，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，修改目的，把風(fēng)壓信號，潤滑油壓力信號，潤滑油溫度信號，只輸出報(bào)警（司鉆臺輸出報(bào)警燈，不停主機(jī)）。

3.5.6 鎖銷鎖定

CANRIG 1050E 頂驅(qū)原程序設(shè)計(jì)一旦按下鎖緊按鈕，旋轉(zhuǎn)頭就無法動作，現(xiàn)實(shí)情況是鎖銷與銷孔時常發(fā)生位置不對正，需要緩慢旋轉(zhuǎn)使其對正，鎖銷進(jìn)入鎖銷孔實(shí)現(xiàn)鎖止，旋轉(zhuǎn)頭停止旋轉(zhuǎn)，針對此情況修改程序，在按下按鈕后，旋轉(zhuǎn)頭繼續(xù)緩慢旋轉(zhuǎn)直到鎖銷進(jìn)入鎖銷孔，鎖銷鎖緊后旋轉(zhuǎn)頭鎖止。

3.5.7 修改背鉗夾緊模式下，增扭器動作互鎖程序

CANRIG 1050E 頂驅(qū)原程序設(shè)計(jì)背鉗松開位增扭器仍可動作，這與現(xiàn)場的實(shí)際操作不相符合，存在一定的安全隱患，會出現(xiàn)需要背鉗夾緊后增扭器動作。因此修改程序?qū)崿F(xiàn)背鉗夾緊后增扭器動作。

3.5.8 增加旋扣速度扭矩輸出延時功能

CANRIG 1050E 頂驅(qū)原程序設(shè)計(jì)，在鉆進(jìn)、旋扣、上卸扣旋鈕切換時，旋扣功能會動作，稍有不慎會釀成嚴(yán)重后果，為避免此類隱患的發(fā)生，增加旋扣速度扭矩輸出延時功能，將扭矩輸出延時500ms，確保在鉆進(jìn)、旋扣和上卸扣旋鈕切換時旋扣功能不會動作，保證作業(yè)現(xiàn)場的安全。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

通過精密組織和安全施工，CANRIG頂驅(qū)如期完成了修理、安裝和現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)試前召開安全會，明確職責(zé)分工保持溝通順暢，檢查確認(rèn)全部電纜、液壓管線全部正確連接，全部開關(guān)、旋鈕處于初始位置。開啟主電源，啟動空調(diào)，待頂驅(qū)電控房內(nèi)溫度、濕度全部達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，按照調(diào)試流程進(jìn)行調(diào)試。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試該頂驅(qū)的各項(xiàng)功能和指標(biāo)均達(dá)到了頂驅(qū)出廠標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)施工要求。較好的滿足了平臺頂驅(qū)現(xiàn)場使用需求，正常運(yùn)行近13個月的時間，打井15口，進(jìn)尺2萬余m，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值1.7億元。

5 結(jié)語

陸用型頂驅(qū)海洋鉆井平臺的適應(yīng)性改造成功實(shí)施，盤活了閑置資產(chǎn)，提高了平臺的生產(chǎn)效率，提升了設(shè)備自持力，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為節(jié)能降耗、綠色、低碳、環(huán)保可持續(xù)發(fā)展作出了的貢獻(xiàn)，為持續(xù)攻堅(jiān)創(chuàng)效提質(zhì)及公司增收打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為閑置陸用型設(shè)備及海上平臺之用開創(chuàng)了先例，積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了借鑒，具有長遠(yuǎn)意義。