新型高效12 000 m海洋自升式平台用绞车设计*

程 立，寇 蓓，焦思菡，陈继甲

(兰州兰石石油装备工程股份有限公司，甘肃 兰州 730314)

0 引 言

根据国家海洋石油战略十四五规划， 2025年海洋油气产量超过8 000万吨，为实现这一目标，海洋石油钻采装备必须先行。兰石集团研发的12 000 m海洋自升式平台钻井包已完成，其技术指标达到国际先进水平，钻井包技术方案可实现Range2四单根立柱起下钻作业，且具有离线管具处理功能，可极大提高海上钻井平台的作业效率。而绞车作为该钻井包核心部件，其性能直接影响整个钻井包的可靠性和经济性，通过此次绞车设计，得出新型高效传动方案及提升能力满足400～600英尺水深海域内自升式平台配套使用需求，解决了该类大型装备国产化的迫切需求。

1 传动原理及设计目标

12 000 m海洋自升式平台用绞车传动原理图如图1，主要由滚筒轴总成、液压盘式刹车、齿轮箱、4×1500hpACVF电机、油气阀岛系统及绞车架等零部件组成。动力系统由4台主电机同步连接两台两级一档齿轮箱，从滚筒轴左右两端同步输入动力驱动滚筒，并采用ACVF矢量控制技术实现最优化的钻机起下钻具和主电机自动送钻等作业。设计目标是实现Range2四单根立柱起下钻所需缠绳容量，具备lines 14 960t提升力和不小于1.5 m/s的空钩提升速度。

图1 绞车传动原理图1.ACVF电机 2.鼓齿式联轴器 3.减速机 4.湿式液压离合器5.液压盘式刹车 6.滚筒轴总成

2 主要技术参数[1]

额定输入功率4×1500 hp；最大快绳拉力 890 kN；钢丝绳公称直径51 mm；滚筒直径×长度：Φ1 320×2 092 mm；绞车档数：I+IR无极调速；主刹车：AC电机能耗制动；辅助刹车：液压盘式刹车；刹车盘(外径×厚度)Φ2 250×76 mm；绞车质量75 t。

3 特性分析

绞车特性主要取决于电机特性、减速比的配置以及传动效率的优化是否科学合理，下面以电机特性分析该绞车特性[2]。电机特性如图2，当输出扭矩大于11.8 kN·m时需过载，过载扭矩小于16.2 kN·m。

图2 电机特性曲线

3.1 提升能力[3，5]

提升速度0.46 m/s，额定钩载为657 t；恒功区最高提升速度0.95 m/s，钩载为318 t；最高最高提升速度1.52 m/s，钩载为133 t；过载工况下提升能力：1.37倍的额定钩载为900 t。

3.2 特性曲线

根据电机特性和提升能力计算得出钻机钩速-钩载/功率特性曲线如图3。

图3 钻机钩速-钩载/功率特性曲线

分析图3知钩速为0～1.52 m/s，钩载为133～900 t。分析图2、3知绞车曲线分3个区域：升功恒扭区、恒功降扭区、降功降扭区：①升功恒扭区：钩速在0～0.46 m/s时为升功恒扭区，钩载657 t，若额定转速下继续升功至7320 Hp，绞车能力过载至800 t，单边齿轮箱提升能力大于最大钻柱重400 t；若持续过载至900 t，钩速会随之降低至0.4～0 m/s。进行处理事故、下超重深层套管等大载荷作业；②恒功降扭区：钩速在0.46～0.95 m/s时为恒功降扭区，钩载为657～318 t，可进行正常钻进、起下钻具、下套管等作业；③降功降扭区：钩速在0.95～1.52 m/s时为降功降扭区，钩载为318～133 t，为降功降扭，可用该区进行空吊卡等载荷小、效率高的作业。

4 性能及结构特点

该绞车按照参考文献[1]设计，但部分参数高于其规定值，符合HSE要求及API相关规范。满足12 000 m海洋自升式平台使用要求。该绞车性能结构特点如下：

(1) 滚筒直径×长度为Φ1 320×2 092 mm，具备提升4单根形式立根缠绳容量、以立根下放套管、3rd900 t解卡能力(2rd 960t解卡能力)。主刹车采用能耗制动，辅助刹车采用全闭型液压盘式刹车。

(2) 采用矢量控制技术，利用其极低速恒扭输出技术实现主电机自动送钻。

(3) 减速箱和滚筒轴采用湿式液压离合器连接，在单边出现故障时可脱开，单边提升能力400 t。具有无极挂合、脱离性能，若能力不足可直接挂合进行连续作业，同时其具备免维护，寿命长等特点。

(4) 绞车架及护罩采用铝合金型材及板材制造工艺，结构强度高重量轻，抗腐蚀型强等特点。

5 结 语

此次新型高效12 000 m海洋自升式平台用绞车设计有效利用ACVF电机过载性能，降低正常钻井中功率配置；去除冗余小电机配置，采用湿式液压离合器技术设计减少能耗，降低成本；铝合金型材等工艺技术满足盐雾、油雾、霉菌下正常使用。

针对国际海洋油气资源大跃开发，该绞车在国内外陆海市场具有非常广阔的应用前景，并为公司15 000 m海洋自升式平台用绞车的研发铺下坚实的基础。