TZ400海洋钻井平台关节式抓管机试验研究

李晓光，张晓军，戴克文，朱兴，任伟

（辽宁陆海石油装备研究院有限公司，辽宁 盘锦 124010）

海洋钻井平台在钻井作业过程中，需要将钻具（包括钻杆、钻铤、套管等）由悬臂梁堆场移运到钻台，再将钻杆单根连接成立根，已连接好的立根可直接用于钻井，也可直接排进指梁备用，即钻杆的移运、排放操作。另外在海上钻井作业，经常遇到风浪，环境极其恶劣，安全问题很难保证。因此提高钻具的钻进效率、减少钻井的操作人数尤为重要。

关节式抓管机是海洋钻井平台的主要吊运设备，担负着钻具在悬臂梁和自动猫道机之间的移运工作。关节式抓管机为全液压驱动，系统稳定、可靠性高、控制精准、结构紧凑、覆盖范围广，工作效率极高，配有独立的操作间，极大地改善操作人员的工作环境，减轻工人劳动强度。同时，关节式抓管机还可以通过夹持器的吊钩吊取其它装置与设备，作为吊机使用。

1 关节式抓管机介绍

1.1 关节式抓管机结构介绍

关节式抓管机（以下简称抓管机）位于悬臂梁左侧，通过焊接形式与悬臂梁上的基础连接固定，主要由基座、转台、司机室、主臂、主臂液缸、副臂液缸、副臂、伸缩臂、夹持器等部分组成，见图1。

基座焊接固定在悬臂梁的吊机基础上，基座的主要目的是将抓管机上的所有载荷传递到平台结构件上。基座将抓管机提高到一个预期的操作高度，同时为原动机提供空间，基座内部装有电机（带万向轴）、电缆拖链、电缆槽、启停装置和灯具等。拖链能确保抓管机在±180°范围内回转。人可以通过一个合页舱门进入基座内部。

图1 关节式抓管机平面图

转台主要为整个抓管机提供旋转功能，通过一套回转机构使抓管机可在基座上实现±180°范围内任意旋转，回转机构主要包括回转支承、液压马达、行星减速机和小齿轮等。回转支承外圈通过高强度螺栓与转台固定，回转支承的内圈通过高强度螺栓与基座固定，可承受较大的垂向力和倾覆力矩。回转支承的内圈是一个大齿圈，加工有内齿，转台下底面安装有3套驱动装置，驱动装置由液压马达、行星减速机和小齿轮组成，小齿轮提供吊机回转运动时所需的扭矩，转台可通过驱动装置带动整个关节式抓管机和负载做旋转运动。通过转台平台上一个合页舱门可以进入转台内部，内部空间提供给了HPU和液压控制阀件，同时液压油箱也集成在了转台内部。柱塞泵安装在转台底部，驱动电机安装在基座内，中间通过一根万向轴连接，控制抓管机的液压阀和其他一些辅助设备也安装在转台内部油箱上面。

图2 关节式抓管机功能和速度试验照片

图3 关节式抓管机 抓管试验照片

图4 关节式抓管机负荷试验照片

图5 关节式抓管机 负荷试验砝码照片

司机室由转台的平台支撑，人员通过一段直梯进入司机室，直梯与转台一起旋转，保证发生故障后操作者可以在任意位置离开抓管机。

转台、主臂、副臂之间通过主臂液缸、副臂液缸、销轴等进行连接，副臂通过其内部的伸缩液缸与伸缩臂连接，通过主臂液缸、副臂液缸、伸缩液缸的组合运动，可实现抓管机在前后、俯仰、高度方向上的调整。

夹持器通过内置称重传感器的销轴与伸缩臂前端连接，主要负责管具的抓取工作。夹持器通过液缸与马达实现夹持器±180°范围内任意旋转、钳爪夹紧、压紧管具、钳爪水平移动4个动作。同时还可将夹持器替换为吊耳，作为吊车使用。

1.2 技术参数

回转范围：360°；

回转速度：0～1.0r/min；

抓管载荷：3.5t；

夹持器回转角度：±180°；

适用管具长度：3.5～14m；

抓管尺寸（同时夹持）：2—7/8″，6根；5—1/2″，3根；6—5/8″，3根；8″，1根；9—1/2″，1根；13—3/8″，1根；20″，1根。

2 关节式抓管机的试验

关节式抓管机完成制造、总装及单个动作测试后，于2017年年初在辽宁陆海石油装备研究院有限公司钻机成套基地进行了厂内试验，试验标准参照美国石油学会API Spec 2C《海洋基座式起重机》，下面将主要试验项目进行介绍（图2～5）。

表1

2.1 功能和速度试验（表1）

2.2 夹持器抓管试验（表2）

表2

2.3 负荷试验（表3）

表3

2.4 安全设施试验（表4）

表4

2.5 报警试验（表5）

3 结语

通过试验证明，关节式抓管机的各项参数和性能均达到设计要求，试验后经检查，结构件没有弯曲、变形，焊缝表面和内部均未见裂纹。同时该关节式抓管机可实现单人、自动化、迅速、准确地将管具抓取后放置在猫道机上，是一种稳定、高效、节能、安全的海洋平台钻具吊运工具。

表5