海洋钻井隔水管系统用卡盘装置技术研究.pdf

石 油机械 C H I N A P E T R O I E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 4年 第 4 2卷 第 6期 ． ． 海洋石油装 备 海洋钻 井隔水 管 系统用卡盘装 置技术研究 肖 锐 王定亚 宝鸡石油机械有限责任公司； 李鹏 南树岐 国家油 气钻 井装备工程技 术 中心 摘要 卡盘装置可保障海上油气作业安全 ，提高工作效率和钻井效率，在安装、拆卸、支撑 和悬挂隔水管系统的过程 中起着关键作用。在介绍卡盘装置功能和技术现状 的基础上 ，分析 了踏 板式、门式、旋转支撑臂式和伸缩支撑臂式卡盘的结构和性能特 点。指 出液压 自动控制卡盘装置 将是该产 品今后的主流发展方 向，具体的发展方 向有 2个 一是将液压控制的按钮做成可穿戴式 装备 ，由钻 井工作者直接控制卡盘动作；二是在 卡盘设计过程 中将应力、应变监测设备 与远程遥 感测控装置相结合。最后就该装置的发展提 出了若干建议。 关键词 海洋钻井隔水管；卡盘装置；技术现状；性能特点；发展方 向 中图分类号 T E 9 5 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 0 8 Th e St ud y o f Offs ho r e Dr i l l i ng Ri s e r S p i d e r De v i c e Xi a o Ru i W a n g Di n g y a L i Pe n g Na n S h u q i B a o j i O i lfie l d Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ；N a t i o n a l O i l a n d G a s D r i l l i n g E q u i p m e n t E n g i nee r i n g T e c h n o l o g y C e n t e r Abs t r a c tRi s e r s p i d e r de v i c e p l a y s a k e y r o l e i n e n s u r i n g t h e s a f e t y o f o f f s h o r e o i l a nd g a s o p e r a t i o n，o pe r a t i o n e ffic i e n c y i mpr o v e me n t ，d r i l l i n g e ffic i e n c y i mp r o v e me n t a n d i s a k e y d e v i c e i n t he pr o c e s s o f i n s t a l l a t i o n，di s a s s e mbl y，s u p p o r t a n d s u s p e n s i o n o f r i s e r s y s t e m． Ba s e d o n t h e s p i d e r de v i c e s f un c t i o n a n d t e c h n i c a l s t a t u s，t h e s t r u c t u r e a n d p e r f o r ma n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f p e d a l t y p e s p i d e r ，g a t e - t y p e s p i d e r ，r o t a r y d o g s p i d e r a n d s l i d i n g d o g s p i d e r a r e a n a l y z e d ．I t i s p o i n t e d o u t t h a t h y d r a u l i c a u t o ma t i c c o n t r o l s p i d e r d e v i c e s w o u l d b e t h e ma i n s t r e a m o f f u t u r e p r o d u c t de v e l o p me n t d i r e c t i o ns ．Hy d r a u l i c c o n t r o l b u t t o n wo u l d b e we a r a b l e t h a t c a n b e d i r e c t l y c o n t r o l l e d b y t h e d r i l l i n g c r e w．S t r e s s a n d s t r a i n mo n i t o r i ng d e v i c e，r e mo t e s e ns i n g d e v i c e s，mo ni t o r i n g a n d c o n t r o l de v i c e wo u l d b e i n t e g r a t e d i n t h e d e s i g n o f s p i d e r ． Fi na l l y，s u g g e s t i o n s a r e p r o p o s e d i n r e l a t i o n t o t h e d e v e l o pme nt di r e c t i o n o f t h e s p i d e r d e v i c e ． Ke y wo r ds o f f s h o r e d ril l i n g r i s e r； s pi de r d e v i c e； t e c h n o l o g y s t a t u s ； pe rfo rm a n c e c h a r a c t e ris t i c s； d e v e l o p - me n t d i r e - t i o n 0 引 言 随着 国内外经济的快速发展 ，石油和天然气供 应不足的情况更加严峻。鉴于陆上石油资源 日渐枯 竭的现状 ，经济发展 的战略性 目标方针都对准 了海 洋 ，海洋已成为世界各国油气发展的重要 目标。海 洋油气钻采装备的发展对海洋石油能源战略 目标的 实现起到关键性作用。海洋钻井隔水管系统是海洋 钻井装备的一个重要单元 ，其中卡盘装置在保障海 上油气作业安全 、提高工作效率 、提升钻井质量以 及在安装、拆卸 、支撑和悬挂隔水管系统的过程 中 起着关键作用 。笔者将通过对卡盘装置功能和性能 特点等方面的介绍，让大家对当今海洋钻井隔水管 系统的关键配套装置卡盘有一个基本认识和 了 解 ，并希望更多的石油行业 同仁关注和参与到海洋 基金项目国家 8 6 3 计划项 目 “ 深水钻井隔水管系统工程化研制” 2 0 1 3 A A 0 9 A 2 2 2 ；工信部海洋工程装备科研项 目 “ 海洋钻井平 台用深海隔水 管系统研究及关键部件研 制” 。 2 0 1 4年 第4 2卷第6期 肖 锐等海洋钻井隔水管系统用卡盘装置技术研究 一 3 7一 能力达到最高级别 H级 ，也可 以与开 口 1 5 3 7 IT I I T I 规格的转 盘配套 使用 J 。该种结构形 式 的卡盘虽 然减少 了伸缩臂的数量 ，但对每个伸缩臂 的承载能 力也提 出了更高的要求 ，相应的外部框架结构也需 要更加坚 固和安全 。同时该卡盘装置也采用可以拆 卸 的 2半式结构。 D r i l l Q u i p公司的伸缩支撑臂式卡盘装置采用 6 个支撑臂结构 J ，没有使用独 立 的液压 缸来实 现 动作 ，支撑臂就是液压缸 的外筒 ，活塞杆却是 固定 的支架结构。通过 液压动力源使 支撑臂 伸 出和缩 回，设计构想巧妙。这款卡盘装置主要针对该公司 的 F R C型【 5 隔水 管接头 。其承载 能力达 到 E级 ， 可以与开 口 1 5 3 7 mlT l 规格 的转盘配套使用 J 。另 外 ，该卡 盘 在 遇 到 风暴 需 要 紧急 拆 卸 时会 出现 “ 反冲”现象 J ，其柱状定位板 可以在较长距离 内 起到满足隔水管导向和定位的作用等 ，是一种相当 实用的设计。 3 发展 方 向 通过对 国外各家公 司卡盘装置的分析和研究 ， 认为虽然各种结构的卡盘均有 自己的特点 ，但从近 几年海洋钻井平台使用卡盘的技术现状来看 ，液压 自动控制卡盘装置将是该 产品今后 的主流发展 方 向，具体的发展方 向主要有 以下 2个 。 1 将液 压控 制 的按钮做 成 可穿 戴式 装备 ， 由钻井工作者直接控制卡盘动作。这样一方面可以 减轻司钻的劳动强度 ，另一方面钻井工作者可在井 口附近实施钻井作业 ，更加便于观察液压控制的响 应状态 。 2 未来 的卡盘在设计过程 中还可以将应力 、 应变监测设备与远程遥感测控装置相结合。现有的 设备都无法做到实时监测卡盘装置 的高应力 区变化 情况 ，由于该设备属于提升装备范畴 ，安全性尤为 重要 。这样的设计思路一方面可实时监控卡盘装置 高应力区的安全状态 ，另一方面也可以将钻井状态 传输到钻井指挥 中心 ，在双重监测控制的基础上 ， 可以将安全风险降到最低。 4结论与建议 笔者对海洋钻井隔水管系统 中卡盘装置的功能 和技术现状进行了介绍 ，着重对 4家公司4种结构 6 种设计思路的卡盘装置进行 了深入研究和分析 ，并 提出液压 自动控制卡盘装置将成为该产 品的主流发 展方向，同时对该产品的发展提出以下建议 。 1 液压控制的按钮做成可穿戴式装备。 2 卡盘在设计过程 中可 以将应力 、应变监 测设备与远程遥感测控装置相结合。 3 根据隔水管接头 的结构特点和安装方式 ， 赋予卡盘装置新 的功能 ，集支撑隔水管载荷 、安装 隔水管接头功能于一体 ，简化上井流程 。 4 以支撑臂 的材料为 突破 口，采取新 型复 合金属 ，提高屈 服强度 、冲击 韧度等力学性 能指 标 ，以降低屈服和断裂的风险。 5 研发更加 耐磨 、承压能力强 的防腐蚀 涂 层 ，减小腐蚀对卡盘装置性能的影响。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 参考文献 AP I S p e e 8 C ． S p e c i f i c a t i o n f o r d ril l i n g a n d p r o d u c t i o n h o i s t i n g e q u i p m e n t[ S ]． 2 0 1 2 ． 王进全，王定亚 ．国外海洋钻井隔水管与国产化研 究建议[ J ]．石 油机械，2 0 0 9 ，3 7 9 1 4 7 1 50． API 1 6R． Sp e c i f i c a t i o n for ma rin e d ril l i n g ris e r c o up l i n g s [ S ]． 1 9 9 7 ． 闫永宏 ，王定亚，邓平，等 ．钻井隔水管接头技术 现状与发展建议 [ J ]． 石油机械 ，2 0 0 8 ，3 6 9 1 5 91 6 2． S p i d e r[ O L ]．[ 2 0 1 3 1 1 2 0 ]． h t t p ∥W W W ． c a m． c o rn／ F o r ms ／ P r o d u c t ． a s p x p r o d I D6 EDC 0 4 4 4一 C 3 F F ．46 5 7 - 9 B1 F ． D 3 1 D 7 1 5 1 4 8 3 5 ． S p i d e r[ O L ]．[ 2 0 1 31 1 2 0 ]． h t t p ∥w w w ． c a m． c o m／ F o r ms ／ P r o d u c t ． a s p x p r o d I D 4 F 7 F 2 A A3 0E9B-45DC A0 36一 E 45E8 8A3 9 8E9． S p i d e r[ O L ]．[ 2 0 1 31 1 2 0 ]． h t t p ∥w w w ． a k e r s o l u t i o ns ． c o rn／ Do c u me n t s ／Dr i l l i n g ％ 2 0Te c h n o l o g i e s ／ Dr i l l i n g ％ 2 0 r i s e r s ／ Up d a t e d b r o c h u r e w i t h f o l d o u t l o w r e s ． p d f ． S p i d e r[ O L ]．[ 2 0 1 31 1 2 0 ]． h t t p ∥w w w ． d ri l l q ui p． c o m／dr s y s t e m． ht m． A P I 1 6 Q ． D e s i g n a n d o p e r a t i o n o f m a ri n e d r i l l i n g ri s e r e q u i p m e n t[ S ]． 2 n d e d ． 1 9 9 7 ． 第一作者简介 肖 锐，工程师，生于 1 9 7 8年 ，2 0 0 0 年毕业于西安工业大学机械设计与制造专业，现从事海洋 钻采石油装备的研究工作。地址 6 1 0 0 9 1 四川省成都市。 电话 0 2 8 6 1 6 7 0 2 2 6 。E～m a i l x i a o r u i b o m c o ． e n 。 收稿 日期 2 0 1 40 2 2 0 本文编辑王刚庆