海洋平台电缆移动装置设计

于丽萍，徐增强，郭 强

（胜利石油管理局 钻井工艺研究院，山东 东营 257017）

目前，随着海洋勘探开发的发展，海上油田的开发在石油工业的发展中，占据着越来越重要的地位。胜利油田自1992年开发浅海油田以来，形成了独具特色的半海半路的浅海开发模式[1]。海上油田开发模式也由原来的单井平台模式向综合中心平台、多井组平台发展。在进行多井组钻井和多井组修井作业时，无论是悬臂梁还是开口槽式的钻井平台或者修井平台，都需要配备移动的钻井钻台或者移动式的修井钻台。在完成多井组的钻井、修井任务过程中，该移动式钻台或移动式修井钻台能相对与平台的主甲板进行前、后、左、右的移动，以满足井口对中的要求。由于移动式钻台上安装有大量的电气设备，需要许多根外径不等电缆，从主甲板的配电间等处所引到移动式钻台上，因此，为保证移动钻台移动时不需要拆卸电缆，要求电缆能和钻台一起移动。常规做法是，预留一定余量的电缆。但是，必须要有一种装置持久的保证电缆不受外部的机械损伤，并且其在移动过程中，可以根据实际需要随时启动和停止。电缆移动装置就是为了满足这种功能需要而设计的。

我单位在多年的浅海钻井平台和修井平台的设计中，设计了多种移动式电缆装置，常用的电缆移动装置设计选择主要有三种方式：拖链式电缆移动装置、折臂式电缆移动装置和悬挂式电缆移动装置。

1 电缆移动装置的设计要求

（1）电缆移动装置具有保护、支撑电缆的能力。移动式钻台位于井口组的上方，电缆移动装置一般安装在移动钻台的下方，所在区域为钻台下面附近与钻井限界围壁范围相临接的半围壁部位，划分为二类危险区[2]，并且工艺管线布置复杂，无论从规范要求还是工艺要求，电缆的保护都十分重要，一旦发生异常损坏，不仅影响生产，而且会成为平台安全隐患。

（2）电缆装置具有随时启停，有效分隔不同类型的电缆功能。电缆移动装置是随着移动式钻台移动，承载动力电缆，信号电缆和控制电缆。特别是移动钻台上钻井工艺设备的控制基本采用变频控制，变频设备的配套电缆一般没有铠装，合理的敷设安装是保证船用变频电缆最终良好运行性能的关键[3]。

（3）电缆移动装置设计应遵从体积小、安装方便，便于维修，可靠性高的特点。海洋平台大多数不能自航，生产平台不能移动，不能像船舶那样可以定期维修[4]，而坞修周期长，增加了对平台设备技术要求。海洋平台上的设备相对于陆用设备而言，希望船用设备具有体积小，安装方便，便于维修，可靠性高等。

（4）电缆移动装置必须有适应海洋环境的能力，海洋平台是长期在海上从事钻探和采油生产的人工岛，与陆地相比，其腐蚀更为严重。电缆移动装置长期处于海洋环境中，同时从平台的主甲板到移动式钻台有多种工艺管线，安装区域有钻井液飞溅等腐蚀的影响。因此，设计的装置必须能适应盐雾油雾环境和具有耐腐蚀能力。

（5）电缆移动装置必须合理控制成本。对于中国来说海洋石油，海洋石油开发的成本不但一直高于陆地。而且一直高于国外同类的石油公司[5]。海洋石油开发的成本控制，已经是我国石油开发中主要考虑的问题之一，电缆移动装置的成本控制主要从初始投资、运行经济性以及维护费用角度、能否再利用等进行考虑。

2 拖链式电缆移动装置

2.1 装置结构

电缆拖链，目前是电缆移动时应用的标准部件，其广泛应用各个领域。拖链链条由众多的单元链条组成，各个单元链条链接之间可以自由的转动。拖链的外形类似像坦克的链条一样，拖链的各个单元链条之间连接自如，尺寸规格多种多样，拖链的宽度、高度、各个链条的距离可以根据实际工程需要进行选择。用于恶劣条件下大尺寸的拖链可以比人还要高，拖链上可以行走，而用于精密仪器的小尺寸的拖链链条宽度可以做到几毫米。单节的拖链主要由链板、支撑板和连接件等组成。其材质主要是塑料型链条和钢制链条。由于海洋工程领域环境的特殊性，考虑重量和抵抗恶劣气候环境硬性，塑料材质的拖链是其主要应用材料。拖链式电缆移动装置设计选用标准部件，设计中需配备支架和牵引架等，其主要由拖链链条、导轨、滑轨、导槽、支架、牵引架等部件组成[6]。海洋平台拖链电缆移动装置设计，可根据钻台的移动行程和电缆拖链的弯曲半径确定导轨的长度，拖链的宽度，高度根据电缆总量来选择。在钻台和平台间的空间内合理布局是平台电缆移动装置的设计重点。拖链电缆移动装置设计安装结构如图1所示。

图1 悬臂梁式移动钻台电缆拖链安装示意示意图

2.2 装置特点

（1）设计应用不需要增加其他设备，只需要将拖链安装在移动的钻台上，就可以实现电缆的拖动；可移动行程长，可以双向移动，对移动速度的适应性强。

（2）施工简单。拖链链条采用标准化设计，链条结构一体化，不易丢掉部件，容易安装，可配备隔片分隔电缆，便于维护；可设计成可变回转弯曲变径的结构形式，更便于平台改造过程中电缆的增加。

（3）外形美观、重量轻、耐油、耐盐、并且具有一定的耐酸碱能力，非常适合海洋平台恶劣的工作环境，现场维护方便，具有低维护性，高适应性的特点。

（4）价格贵，成本高。海洋平台应用的电缆拖链基本选用国外的产品，这增加海洋平台建造成本。

（5）受弯曲半径限制，对平台空间要求严格，不适合结构紧凑，空间小的海洋平台。

3 折臂式电缆移动装置

3.1 装置结构

折臂式电缆移动装置主要由：吊柱、连接筒、连接销轴、电缆桥架、平台立柱、肘板底座等组成（如图2所示）。其外形似人的手臂一样，在多井组的钻井、修井作业中，为了保证绞车大钩对准任意一口井口中心，移动钻台必须在移动轨道上作前、后、左、右的移动。折臂式电缆移动装置两头吊柱和平台立柱分别与移动钻台和平台主甲板连接固定。根据移动钻台的要求，电缆桥架与吊柱、电缆桥架与立柱、电缆桥架与电缆桥架间，可作出相应的转动，上钻台的电力电缆和信号电缆通过平台立柱、多节电缆桥架和平台立柱敷设到移动钻台上，保证电缆作出同样的移动要求。具体的实施方式是吊柱通过焊接或者法兰连接和移动钻台固定在一起，可以随着移动钻台进行移动，吊柱通过连接筒和电缆桥架连接在一起，电缆桥架可绕吊柱做自由的旋转，电缆桥架可以根据实际应用的工况，有两节或多节，节与节之间通过连接销轴连接在一起，电缆桥架可以围绕着连接销轴做360°的旋转；连接销轴上安装有半圆形的电缆护板，平台立柱通过肘板底座安装固定在平台主甲板上，通过连接筒和电缆桥架连接在一起。连接筒由两块半圆形部分组成，每个半圆形部分由吊（立）柱连接筋板，半圆形的电缆护板、电缆桥架连接筋板组成，两块半圆形的护板对接，一侧通过吊（立）柱连接筋板上的锁紧销孔将连接筒与吊（立）柱连接，另一侧通过电缆桥架连接筋板的销孔与电缆桥架连接，同时也起到固定连接筒的作用。折臂式电缆移动装置结构如图2、图3所示。

图2 折臂式电缆移动装置结构示意图

图3 电缆桥架移动位置示意图

3.2 装置特点

（1）折臂式电缆移动装置整体组成结构简单，其主要由立柱、吊柱和电缆桥架组成。

（2）相对于移动式电缆拖链对施工要求和空间要求高。折臂式电缆移动装置两头仅仅通过焊接或法兰等方式将立柱和吊柱与钻台和主甲板连接固定，电缆桥架通过销轴和立柱、吊柱连接。在海上施工非常方便。

（3）装置施工难度低，施工时间短，对空间要求比较宽松。更适合小型海洋平台使用。

（4）装置价格低廉，其工程造价不及拖链式电缆移动装置的六分之一。

（5）非标准件设计选型，可根据平台要求设计施工，受施工水平客观影响。

4 悬挂式电缆移动装置

4.1 装置结构

悬挂式电缆移动装置主要由：立柱支架、电缆托架、小车机构、小车移动轨道、小链、纵向轨道、横向轨道、电缆桥架组成。电缆托架安装在移动式钻台主体上，具有过渡和保护电缆的作用；小车机构安装在纵向和横向移动轨道上，其中移动轨道首端安装的小车机构通过连接板固定在小车移动轨道上，中间的多个小车机构通过轴承滚轮和移动轨道配合，能够沿着移动轨道移动，纵向移动末端安装的小车机构安装在电缆桥架上，能够随着电缆桥架在纵向移动轨道上移动，实现纵向小车电缆之间的伸长与收缩；小链连接各个小车机构，其长度小于各个小车之间的电缆长度，具有保护电缆和拉动小车的作用；小车移动轨道由横向移动轨道的两端悬挂，结构为“工”字型轨道，同理，横向轨道与横向移动滑轨之间的配合也能够实现横向小车电缆之间的伸长与收缩，进而实现电缆敷设。横线轨道首端小车机构固定于横向轨道端部，另有小车机构固定在横向移动滑轨上，横向移动滑轨，沿着横向轨道移动，实现横向电缆敷设，小车移动轨道通过立柱支架固定在海洋平台主甲板上承接来自纵向轨道的电缆。悬挂式移动电缆装置结构如图4、图5所示。

图4 悬挂式电缆移动装置整体结构示意图

图5 横向轨道机端部小车结构示意图

4.2 装置特点

（1）整体组成结构简单，便于加工制造。主要由电缆托架、移动轨道、小车机构等组成，结构比较简单。

（2）主甲板上的电缆沿电缆托架向上，连接到各个小车机构上，通过小车横向和纵向轨道移动，操作作业方便，简约省时。移动小车依靠轴承滚轮移动在轨道上移动，电缆运移过程简单易行，但是轨道和小车必须严格配套，对施工精度有一定要求。

（3）受电缆悬垂长度的限制，需配备较多的小车，相应配套小链以保护电缆。

（4）价格低廉，造价仅为同类产品移动式电缆拖链的五分之一，便于在海洋平台上大规模的推广应用。

（5）非标准件设计选型，根据平台要求设计施工，受施工水平客观影响。

5 结束语

以上三种电缆移动装置是我们进行海洋平台设计时常用的方式，它们已经在多座海洋平台上应用。其中以拖链式电缆移动装置适用范围最广，其对设计要求低，施工难度低，但是价格高，对空间要求高，这增加了平台的建造成本，一般用于大型的海洋平台；折臂式电缆移动装置，成本低，可以现场制作，现场施工方便，但是不适合承载大量的电缆，非标准件设计选型，对防腐工艺要求比较严格，小型平台应用较多；悬挂式电缆移动装置电缆悬垂受限，需要配备多辆小车，通常配备小链保护电缆，钢轨等必须严格配套，受移动钻台和平台的总体结构情况限制，对设计施工要求比较严格。

[1]刘 竞，刘锦昆，李 喆.新型水下井口基盘模型试验及数值分析[J].中国海洋平台，2009，24(4):33-37.

[2]孙东昌，潘 斌.海洋自升式平台设计与研究[M].上海交通大学出版社，2008.

[3]李永江，陆云春.船用变频电缆结构分析及敷设[J].船舶工程，2009，31(6):49-51.

[4]陈岗军，陈 彤.海洋平台腐蚀特点分析及涂料涂装工艺应用[J],船海工程，2010,39(3):122-124.

[5]谢国基.降低成本是开发海洋石油必由之路[J].石油矿场机械，2000，29(2):16-18.

[6]李斌贵.国外拖链供电技术简介[J].建筑机械，2005，(4):89-91.

[7]中国船级社.钢制海船入级规范[M].北京：人民交通出版社，2009.

[8]中国船级社.海上移动平台入级与建造规范[M].北京：人民交通出版社，2005.