JU 2000E型自升式平台拖带链设计与应用

李 薇，林志浩，陆征希，吕碧野，廖吕斌，胡海波

(1.大连船舶重工集团设计研究院，辽宁 大连 116005； 2.上海外高桥造船有限公司，上海 200137；3.蓬莱中柏京鲁船业有限公司，山东 烟台 265601)



JU 2000E型自升式平台拖带链设计与应用

李 薇1，林志浩2，陆征希2，吕碧野3，廖吕斌3，胡海波3

(1.大连船舶重工集团设计研究院，辽宁 大连 116005； 2.上海外高桥造船有限公司，上海 200137；3.蓬莱中柏京鲁船业有限公司，山东 烟台 265601)

拖带链作为自升式钻井平台的专用设备，其设计方案的优劣直接影响平台钻井作业性能。基于JU 2000E型自升式平台悬臂梁和钻台的滑移特性，阐述拖带链的选型方法、安装方式以及拖带链内部的电缆排布和敷设方式，根据拖链的形式和电缆排布优化电气系统，减少电缆数量和型号，使电气系统高度集成，以达到减轻重量和降低成本的目的。

钻井平台拖带链；悬臂梁；钻台

0 引言

JU 2000E型自升式钻井平台[1]属于海上移动式平台，其定位能力强、作业稳定性好，在大陆架海域的油气勘探开发中居主力军地位。JU 2000E型平台主要由主船体、桩腿、悬臂梁、钻台以及生活楼等部分组成。悬臂梁可以沿主甲板轨道纵向滑移；钻台安装于悬臂梁艉部顶部的底座上，并沿顶部底座轨道横向滑移。悬臂梁与钻台内设备均为钻井作业服务，钻井设备电源主要由机舱配电板供给，钻井作业时信号需反馈给中控，因此主甲板和生活区与悬臂梁和钻台之间有大量的电缆连接[2]。另外，钻井作业时，悬臂梁与钻台内部的钻井设备是联动的，也有很多电缆需要连接。基于悬臂梁与钻台的滑移特性，为满足平台钻井作业的需求，需要采用履带式电缆拖带链(简称拖带链)来满足电缆移动的特殊敷设要求。因此，开展自升式平台拖带链的选型、安装以及电缆排布的研究具有较大的理论意义和工程实用价值。

1 拖带链选型

拖带链在生产后期无法修改，且一般在项目后期安装，因此通常在电气系统完成度达到80%以上时开始制定拖带链的技术方案，以减少修改量[3]，避免不必要的损失。

1.1 拖带链长度

JU 2000E自升式平台拖带链的设计和安装应满足悬臂梁的最大外延伸长度22.86 m，钻台左右横移4.572 m的全范围移动要求，且悬臂梁的最大延伸距离应考虑以井心为基准点。

1.1.1 悬臂梁滑移拖带链长度

悬臂梁井心距悬臂梁艉部的距离为7 m，因此在悬臂梁拖带链的实际选型中，悬臂梁的滑移距离理论值应为29.86 m。但是在实际滑移过程中，拖带链的行程会大于悬臂梁的滑移距离，综合考虑滑移工况，确定拖带链行程为31 m，计算得到拖带链的长度为24.23 m。悬臂梁拖带链滑移行程如图1所示。

图1 悬臂梁滑移拖带链行程示意图

1.1.2 钻台滑移拖带链长度

钻台拖带链左右横向滑移距离均为4.572 m，根据滑移距离确定拖链的整体长度，综合考虑钻台滑移工况，将拖带链左右滑移行程增加到4.95 m，最终计算得钻台拖链长度为13.22 m。钻台拖带链滑移行程如图2所示。

图2 钻台滑移拖带链行程示意图

1.2 拖带链材质

拖带链使用时会受到海水和雨水的侵蚀，并且需要承受大量电缆的挤压，考虑其强度和耐腐蚀性，拖带链一般选用不锈钢SS 316或者等同材质。

1.3 拖带链横切面尺寸

拖带链内部不同直径的圆管通过纵向和横向布置分割成多个方格，电缆敷设在方格之内，影响拖带链外型尺寸的主要因素为电缆和周边船体结构等[4]。一般情况下应先根据电缆的数量确定拖带链的高度和宽度，再依照周围的空间最终确定尺寸。在确定尺寸的过程中需要考虑几个要点：(1) 拖带链内部电缆的布置。考虑到拖带链在滑移过程中电缆是移动的，需要有一定的活动空间，因此方格的尺寸系数一般约为电缆外径的1.1倍。(2) 拖带链的高度。此高度是指拖带链的侧板高度和整体安装高度。拖链的侧板高度由电缆数量决定，根据电缆类型一般分为变频、电力、信号和本安这几大类。在前期粗略的排布后，再计算拖链整体的承重和中心，最后确定一个合适的宽度和高度。

2 拖带链安装

电缆拖链由数个连接装置(如图3所示)拼装而成，两端为带金属夹的装置(如图4所示)，用于固定电缆，带金属夹装置的两边带有安装孔，悬臂梁和钻台拖带链的上端分别固定在悬臂梁和钻台结构上，悬臂梁和钻台移动时将带动整个拖带链移动。

图3 连接装置 图4 金属夹装置

拖带链生产完成后，现场安装方案需要根据拖带链到货的形式来确定，一般可分为整体到货和散装到货。整体到货的拖带链相对于散装拖带链安装方便，可以省去现场拼装的人工成本，极大地节省施工周期，但缺点是费用昂贵；散装到货形式是每一个连接装置分开到货，连接装置之间的安装较为烦琐。拖带链的安装需要注意几点：(1) 由于悬臂梁轨道的特殊性，悬臂梁滑移距离达到29.86 m，在滑移的过程中不可避免地发生偏移。因此现场在安装拖链之前，平台的上方需安装不锈钢轨道，以防止拖带链在滑移过程中出现偏移，损坏拖带链。(2) 考虑到拖链与轨道为不锈钢材质，平台为碳钢材质，如果直接将不锈钢轨道安装在平台上，不锈钢轨道会发生锈蚀，因此需要在两者之间加四氟垫片进行隔离从而避免腐蚀。

3 拖带链内部电缆的选型与敷设

3.1 拖带链电缆选型

考虑到拖带链滑移的特性，其内部的电缆也会随之移动，普通的电缆整体硬度较高，弯曲半径较大，不适宜在拖链内部使用，因此拖链内部电缆选用CLASS 5的软电缆[5]。但由于软电缆价格较高，考虑到拖链的使用一般平均为1年3次左右，将软电缆的选用定为电力电缆35 mm2以上，信号多芯及双绞电缆27芯以上。

3.2 拖带链电缆排布

拖链内部的电缆排布，首先考虑的是大电缆的排布，JU 2000E型平台的悬臂梁电缆拖链内部有12根3×185 mm2悬臂梁电机控制中心的电力电缆，36根3×120 mm2+3×25 mm2的钻井绞车和顶驱的变频电缆。根据电缆类别对电缆进行分层布置，考虑到弯曲半径问题，大电缆敷设在最外层。依照电缆类别的分层，可以很好地做到不同电缆的分割，将拖链依次分割为4层。第1层为悬臂梁电机控制中心的主电力电缆和变频电缆，第2层为变频电缆，第3层为电力电缆，第4层为信号电缆。拖带链电缆排布如图5所示。

图5 拖带链电缆排布示意图

在电缆的排布过程中，需要注意几点：(1) 电缆的分隔需根据船级社规范和船厂工艺进行分隔。(2) 拖带链内部空间需要有余量，以方便后期修改增加电缆，一般为10%～15%的余量。(3) 外径相差较大的电缆尽量不要放在同一个方格内，以免在滑移过程中大电缆挤压小电缆造成电缆损坏。(4) 拖带链内电缆均为跨区域的总线电缆，在布置时需考虑电缆的走向，JU 2000E型拖带链电缆的走向以主甲板为起点，悬臂梁进线口与钻台面设备接口为终点，需考虑电缆在拖带链内部方格的具体位置。

3.3 拖带链电缆清单

与拖带链内部的排版对应的是电缆清单，这份清单内需要有详细的电缆信息，如电缆具体的排布位置、电缆类型、外径、重量和编号等，以提供给厂家和现场施工人员，现场根据这份清单整理电缆，并安排电缆敷设的顺序，电缆的排布位置对应拖链内的方格。

在敷设过程中，需要结合拖链排版图和电缆清单，每根电缆的敷设必须严格与清单内的位置相对应，防止电缆交叉。

由于电缆拖链内需要敷设的电缆有200根左右，因此需要有一个合理的敷设顺序，一般为从拖链的最下层即最外层的左侧或者右侧向另一边敷设，然后依次向上层敷设。在敷设过程中，拖链两端电缆需要留有余量，余量约为拖链长度的3%，以防止拖链在运动中拉扯电缆造成损伤。电缆敷设完成后，需要使用拖链两端的电缆固定搁架对电缆进行固定，如图6所示，以防止电缆产生过多的位移。

图6 电缆固定搁架

4 电气系统优化

根据JU 2000E型平台拖带链设计以及现场施工的反馈，可燃气体探测系统和防火风闸系统在系统设计方面存在很大的优化空间。

(1)可燃气体探测系统设计优化。按照JU 2000E型平台可燃气体探测系统设计惯例，机舱区域安全控制I/O柜控制悬臂梁与钻台所有可燃气体探头，每根电缆连接悬臂梁和钻台的1个可燃气体探头；悬臂梁和钻台区域一共有41只可燃气体探头，因此可燃气体探测系统有41根电缆需要经过悬臂梁拖带链，使拖带链体积增大。可以在悬臂梁MCC间增加安全系统就地控制站，这样只需要给安全系统就地控制站提供1根正常电源和1根应急电源电缆，再用1根光纤反馈到中控系统即可满足悬臂梁与站台区域可燃气体的监控要求，直接省去38根穿过拖带链的电缆。

(2)防火风闸系统优化。JU 2000E型平台在悬臂梁与钻台上的MCC间、泥浆处理间、刮泥器间、司钻房和就地设备间需要防火风闸。根据现有的防火风闸系统设计，每个房间提供1个防火风闸指示控制箱，该控制箱需要机舱区域风闸电源和指示电源各提供1根2×2.5 m2的电缆。另外，中控系统有1根12×1.5 mm2的控制电缆，5个房间有15根电缆穿过拖带链进入悬臂梁，因此可以在悬臂梁区域将5个风闸控制箱合成1个控制箱，只需要2根2×2.5 m2的电源电缆、2根2×2×1.0 mm2的指示控制电缆、1根19×1.5 mm2的控制电缆，共5根电缆，可以节省10根穿过拖带链的电缆。

根据系统优化减少电缆后，后续项目的拖链宽度减小了100 mm，整体宽度由1 180 mm缩减为1 080 mm。从机舱区域到悬臂梁，电缆所需要的长度大约为90 m，省去的48根电缆总共节省4 320 m电缆，直接降低成本约15万元，拖链宽度的减小降低成本约3万元。

5 结语

对JU 2000E型自升式钻井平台的拖带链开展设计和应用研究，并对该型平台拖带链的实际建造经验进行总结，得到如下结论：

(1) 拖带链的长度要大于悬臂梁和钻台的滑移距离，需要综合考虑滑移工况确定。

(2) 拖带链横切面的尺寸要根据内部电缆的布置情况和周围船体结构形式综合考虑确定。

(3) 拖带链内部电缆的布置要考虑弯曲半径的影响，根据电缆尺寸大小依次排列，一般情况下大电缆布置在最外层。同时，需要考虑内部电缆的类型分层排列。

[1] 汪张棠，赵建亭.我国自升式钻井平台的发展与前景[J].中国海洋平台，2008(04)：8-13.

[2] 安国亭，卢佩琼.海洋石油开发工艺与设备[M].天津：天津大学出版社，2001.

[3] 王龙庭，王西录,梁会高，等.国外自升式悬臂梁钻井平台结构特点[J].海洋石油，2009(04)：89-93.

[4] 陆彦博.400英尺海洋平台悬臂梁滑移装置研究[D].大庆：东北石油大学，2015.

[5] 向光宇.自升式钻井平台的电气系统设计[J].四川水泥，2016(04)：93.

Design and Application on Drag Chain of JU 2000E
Self-Elevating Drilling Rig

(1.Dalian Shipbuilding Industry Design and Research Institute,Dalian 116055,Liaoning,China；2.Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China；3.Penglai Zhongbai Jinglu Shipyard Industry Co.,Ltd.,Yantai 265601,Shandong,China)

As a special equipment of self-elevating drilling rig,design quality of the drag chain has a direct impact on the operational performance of the rig.The model selection me-thod and installation method,and the cable arrangement and installation method inside the drag chain are analyzed based on the skidding characteristics of cantilever and drill floor for JU 2000E type self-elevating drilling rig.According to the type of drag chain and cable arrangement,the electrical system is optimized,the number and types of cables are reduced to make the electrical system be highly integrated in order to reduce the unit weight and construction cost.

drilling rig drag chain; cantilever; drill floor

2017-05-02

李 薇(1982-)，女，工程师

1001-4500(2017)03-0018-05

P75

A