趙 健,王芳芳,趙世剛

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司,山東青島 266520)

海洋鉆井平臺鉆桿移運起重機的發(fā)展現(xiàn)狀及前景*

趙 健,王芳芳,趙世剛

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司青島分公司,山東青島 266520)

鉆桿移運起重機是自動化管具處理系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié),也是其重要組成部分。重點介紹了國內(nèi)、外鉆桿移運起重機的發(fā)展現(xiàn)狀,并對鉆桿移運起重機的典型設備進行了詳細說明,最后對未來的發(fā)展前景進行了展望。

鉆桿移運起重機;折臂起重機;門式起重機

0 引 言

鉆桿移運起重機應用在自升式鉆井平臺上,主要作用是將排放在甲板上的管具(包括鉆桿、鉆鋌、套管,以下統(tǒng)稱為鉆桿)移送至自動貓道機上,或者進行反向操作。傳統(tǒng)鉆井作業(yè)中,鉆桿移運操作需要人力去完成,操作時人員安全得不到保證。鉆桿移運起重機的出現(xiàn),降低了操作工人的勞動強度,減少了操作工人的數(shù)量,提高了工作的安全性和效率[1]。

1 國外研究現(xiàn)狀

國外鉆桿移運起重機已取得了較為顯著的成果,產(chǎn)品已形成系列,而且得到了廣泛的應用。目前產(chǎn)品設計、應用最好的公司有美國的National oilwell Varco公司和挪威的Aker Kvaerner MH公司[2]。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)鉆桿移運起重機的起步比較晚,對鉆桿移運起重機的研究和應用較少[3]。近幾年由于海工裝備的興起,國內(nèi)的大型海工設備生產(chǎn)廠家、石油機械供應商逐漸認識到鉆桿自動操作系統(tǒng)對深水鉆井作業(yè)的重要性,加大了該系統(tǒng)的研發(fā)和制造力度,并初見成效[4]。四川宏華石油設備有限公司、寶雞石油機械有限責任公司、渤海裝備遼河重工有限公司均研制出了自己的鉆桿移運起重機。然而,國內(nèi)大多數(shù)海洋鉆井平臺配套的仍然是國外的鉆桿移運起重機產(chǎn)品,如“海洋石油941”、“中油海16”等自升式鉆井平臺,配套的均是Vacro公司的鉆桿移運起重機[5]。

3 典型的鉆桿移運起重機設備

海洋鉆井平臺鉆桿移運起重機典型設備為折臂起重機、門式起重機。

折臂起重機是一種適應于淺海的、由復合關(guān)節(jié)和伸縮梁組成,在端部裝有機械手夾鉗的設備。主要在甲板與貓道之間執(zhí)行抓取、放置鉆桿動作。另外,還可以用爪子上的吊耳吊運一些小的工具和設施等。其安裝在管子堆場的一側(cè),為基座式安裝、油缸變幅、箱型梁折疊吊臂式起重機。如圖1所示,折臂起重機整機包含起重機主體、攝像頭、軸控制、機械手、液壓控制等,其中起重機主體又包括基座、中柱(回轉(zhuǎn)臺)、主臂、關(guān)節(jié)臂、伸縮臂、操作間六個部分。其安裝占用甲板面積小,結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量輕,工作時吊機整體可3600旋轉(zhuǎn),抓取靈活;不工作時主臂與折臂折疊存放,將折臂置于停放支架上,節(jié)省空間。

門式起重機主要用來水平處理隔水管。其結(jié)構(gòu)由門架、小車、大車運行機構(gòu)、吊鉤、操縱室、電氣設備和夾軌器等部分組成,門架由主梁、左右支腿以及橫梁構(gòu)成。支腿上部為箱型梁結(jié)構(gòu),梁上安裝兩個橫移小車,橫移小車在梁上移動調(diào)整吊鉤間距,起吊不同長度的隔水管單根;吊鉤的下放和起升可通過齒輪齒條的嚙合來實現(xiàn),起吊時,兩吊鉤分別鉤住隔水管的兩端,同步提升。如圖2所示,大車、小車的驅(qū)動方式和提升機構(gòu)的驅(qū)動方式均采用液壓馬達驅(qū)動齒輪齒條嚙合,來實現(xiàn)末端夾持器的定位。門式起重機的機械結(jié)構(gòu)簡單,容易實現(xiàn)自動化,且工作范圍較大;缺點是質(zhì)量大,安裝占用空間大,移運軌跡固定,工作只受軌道行程的限制和起重機跨度的限制。

圖1 折臂起重機

圖2 門式起重機

4 鉆桿移運起重機的發(fā)展前景

隨著鉆井勘探不斷向深海發(fā)展,以及自動控制技術(shù)水平的提高,尤其是用于海上鉆探的鉆井設備,在安全性和人員配備方面的要求越來越高,鉆桿移運起重機作為自動化管具處理系統(tǒng)的重要設備,應從如下幾個方面重點進行研究。

4.1 安全性

為保證工作的安全性與可靠性,起重機應配備各種安全保護裝置,包括極限位置限制器、超載限制器、風級風速報警器、以及油溫報警器和最低油位報警器等,用來預防起重機在工作失效或者是非正常的狀態(tài)下緊急停止作業(yè),保障鉆井作業(yè)人員以及起重機設備的安全性。

4.2 產(chǎn)品類別多樣性

鉆桿移運起重機的類別應具有多樣性。可針對不同的甲板空間大小和使用要求,設計不同類型的起重機,如折臂起重機、橋式起重機、門式起重機等,來滿足海洋平臺的實際工況。

4.3 產(chǎn)品系列化

對于不同井深以及不同作業(yè)水深的鉆井平臺來說,所使用的鉆井管具在管徑范圍上有所不同,且不同類型的鉆井平臺對于鉆井管具在甲板的排放亦有所不同,因此鉆桿移運起重機應在管徑范圍、工作半徑以及承載能力等方面形成系列化產(chǎn)品,以適應不同井深、不同類型的鉆井平臺。

5 結(jié) 語

鉆桿移運起重機是實現(xiàn)自動化鉆井中必不可少的管具處理設備。目前國內(nèi)在海洋平臺自動化管具處理系統(tǒng)方面還有很大的發(fā)展空間,應加大對鉆桿移運起重機的研發(fā)制造力度,逐步改善國外產(chǎn)品的壟斷局面。隨著海洋鉆井平臺市場不斷擴大,國產(chǎn)鉆桿移運起重機將會得到更大的應用和發(fā)展。

[1] 崔學政,張富強,肖文生,等.海洋鉆井平臺折臂起重機設計[J].石油礦場機械,2009,38(11):28-31.

[2] 劉平全.鉆井平臺鉆桿自動操作系統(tǒng)設計研究[D].青島:中國石油大學,2010.

[3] 張富強.鉆井平臺鉆桿自動傳送系統(tǒng)設計研究[D].青島:中國石油大學,2008.

[4] 張茄新,王 璐,徐曉鵬,等.海洋鉆井隔水管處理系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].石油機械,2014,42(11):120-123.

[5] 王凌寒,肖文生,楊軼普.自動化管子處理裝置在海洋鉆井作業(yè)中的應用[J].石油礦場機械,2009,38(2):67-72.

[6] 中國船級社.船舶與海上設施起重設備規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2007.

Development Status and Prospect of Pipe Transferring Crane for Offshore Drilling Platform

ZHAO Jian,WANG Fang-fang,ZHAO Shi-gang
(Qingdao Branch of Lanzhou Lanshi Energy Equipment Engineering Research Institute Co.,Ltd,Qingdao Shandong 266520,China)

As the primary step of automated pipe handling system,the pipe transferring crane is also the important component. In this paper,the development status of pipe transferring crane at home and abroad are mainly introduced,and detailed instructions to the typical equipments of pipe transferring crane are also carried on.Finally,the future development trend of pipe transferring crane is prospected.

pipe transferring crane;knuckle boom crane;gantry crane

TE951

A

1007-4414(2015)05-0200-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.074

2015-08-04

趙 健(1987-),男,吉林磐石人,助理工程師,主要從事陸地鉆機和海洋平臺鉆井包的研發(fā)設計工作。