海洋支持平台BT3500-2钻井包液压系统研究

王波， 安浩， 窦伟， 刘金龙， 赵晓飞

（宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002）

0 引言

图1 MEP模块结构图

近几年出现了一种新型的海洋钻井组合模式：TADU（Tender Assistant Drilling Unit），由井架设备包MEP（Mast Equipment Package）和钻井支持船或半潜式支持平台TSV（Tender Support Vessel）两部分组成，共同为SPAR和TLP等海洋平台提供钻井作业支持[1]。其中，TSV由建造船厂设计和生产，代表平台为BT3500-1/2，而BT3500-2所配套的MEP是由我国石油装备制造商宝鸡石油机械有限责任公司设计完成，整体为模块化结构，作业前要通过TSV上的吊机逐一在所服务的钻井平台上进行组装。因BT3500-2为深海作业钻井平台，其作业环境复杂恶劣，设计时要特别考虑模块必须在现有平台吊装能力范围内，即达到模块重量轻、体积小、功能完整、布局合理的标准。而最能体现此种设计思想的部分即为液压系统，它是一种集成化的液压控制系统（以下简称液压系统），它通过一台组合液压站为除防喷器控制之外的整个钻井模块提供液压动力。其不仅在体积和重量方面满足了整个模块设计的要求，而且确保能够为整个钻井模块的液压设备，包括井口工具、井架的组装拆卸以及钻井模块和钻台模块的移运提供可靠的液压动力源。本文将对BT3500-2钻井包（以下简称MEP）液压系统的应用进行分析介绍。

1 MEP简介

MEP涉及井架、绞车棚、钻台、主撬、滑移基座梁、固控模块和岩屑处理模块等至少15个子模块，每个模块的作用各有不同[2]。具体如图1所示。

2 MEP液压系统概述

该液压系统由位于通用模块的液压单元提供安全可靠的液压动力至各液压设备。主要分为3部分，第一部分由3台电动机驱动泵为钻井模块和钻台滑移及机具液压设备（GENERAL）提供液压动力；第二部分由2台电动机驱动柱塞泵为井口多功能吊机（MTC）提供液压动力；第三部分由2台气动增压泵为井口多功能吊机（MTC）提供应急情况下的液压动力。液压系统流程示意图如图2所示。本文将主要针对第一部分的关键应用进行分析。

3 液压系统的关键应用与分析

图2 液压系统流程示意图

图3 井架起升液压原理

3.1 井架的起升操作

BT3500-2 MEP模块所配井架为分段套装结构形式[3]，井架的安装和拆卸必须通过相应的液压设备来完成，该起升过程分为两步。

图4 井架由水平到直立的起升过程

第一步，进行井架由水平到直立的动作，由液压站提供液压动力，通过井架起升控制面板相应换向阀的操作来控制液缸（Raising cylinder 1#&2#）的伸出，从而实现井架的起升操作，井架起升液压原理见图3。

该井架起升液压缸为三级伸缩式液缸[4]，其一端通过销轴固定在绞车棚上，一端通过销轴连接在下半段井架上。井架的起升模型见图4。

图5 井架伸出过程

第二步，进行井架由收缩到伸出的动作。该过程由液压站提供液压动力，如图4，通过操作相应换向阀来进行起升绞车（Scoping winch 1#&2#）的收绳操作，从而带动上半段井架伸出并固定。该起升绞车固定在绞车棚内，由这2个绞车引出钢丝绳绕过下段井架顶部的滑轮组，然后固定在上段井架底部。其起升模型见图5。

3.2 模块滑移过程

图6 MEP和钻台模块滑移原理

钻井平台在作业现场定位后，往往都要进行多个井位的钻井操作，而井位的选择必须要通过钻台在一定范围内的移动来实现。而对于BT3500-2 MEP模块来讲，要实现此过程，是通过MEP模块在前后方向上的滑移及钻台模块左右方向上的滑移来完成井位的定位操作。MEP模块和钻台模块滑移执行原理如图6所示。

3.2.1 MEP模块滑移过程

该滑移结构由4组滑移装置（MEP Skidding Assembly 1#-4#）组成，其中，每组装置由1个顶升液缸和2个水平液缸构成。4组滑移装置分别位于MEP模块滑移导轨上，由2个水平液缸通过销轴固定在MEP模块滑移基座梁四角。该装置的一个滑移行程为：通过控制面板上的换向阀控制顶升液缸伸出将整个MEP模块托举，使得模块与轨道脱离，然后操作2个水平液缸伸出或收缩来实现模块相对于滑移轨道的水平前后移动。1个液缸行程结束之后，先通过控制面板换向阀对顶升液缸进行收缩复位操作，再对2个水平液缸进行复位（收缩或伸出）操作，如此，便可重复MEP模块第二个行程的前后移动操作。具体的滑移模型如图7所示。

图7 MEP模块滑移模型

3.2.2 钻台模块滑移过程

图8 钻台模块滑移模型

该滑移装置共有2组，每组由1个滑移液缸（Move cylinder 1#/2#）和2个驱动销构成，2组滑移装置分别位于MEP模块前后2个主撬结构的滑移轨道上，由液缸通过销轴固定在钻台模块结构下底面上。该装置的一个滑移行程为：首先，将2个驱动销从滑移装置上插入滑移轨道上的销孔中，该驱动销在钻台反向移动之前必须人工手动进行销轴180°旋转操作，始终保持斜面与滑移方向一致。然后，操作滑移控制面板上相应的换向阀来控制液缸的伸出或收缩，从而实现钻台模块相对于滑移轨道的水平左右移动。在一个液缸行程结束之后，再对液缸进行复位（收缩或伸出）操作，如此便可以重复钻台模块下一个行程的左右移动操作。值得一提的是，该钻台模块的滑移可以从2个位置进行操作，分别为滑移操作台（SKIDDING STATION）和钻台滑移操作台（Drill floor SKIDDING STATION）。这2个操作站分别位于通用模块和钻台模块上，两者可以通过位于钻台上的4个三向旋塞阀（V1、V2、V3和V4）进行切换。钻台模块滑移模型见图8所示。

4 结语

本文着重对服务支持平台的模块化钻井包液压系统进行分析,介绍了该液压系统的组成及在关键起升滑移设备上的应用。与传统的海洋钻井模块相比，该模块化钻井模块的液压系统不仅功能全，涵盖了除防喷器以外的所有液压设备，而且集成化程度高，大大地增加了平台的可利用空间及钻井的可变载荷。本文通过对BT3500-2钻井模块液压系统关键应用的介绍，说明了该液压系统在模块化钻井包上的设计及应用是一套不仅设计合理、先进，而且集成化程度高的液压系统。

[参考文献]

[1] 赵鹏,王安义,胡楠,等.BT3500支持平台钻井包结构设计[J].机械工程师,2016(9)：189-191.

[2] 周振威,孙树民.深海海洋平台发展综述[J].广东造船,2012,31(3)：63-66.

[3] 余利军,王嘉,张伟,等.套装伸缩式钻机井架的研制及应用[J].石油机械,2003,31(3)：34-35.

[4] 生敏,褚桂君,刘朋,等.多级伸缩油缸典型结构解析[J].液压气动与密封,2013,33(12)：61-63.