FYQ-60防喷器移动装置故障分析及改进

何玉苟，何德磊，陈胜根，万永乾，杜 昆，李立鹏

（中海油田服务股份有限公司，广东深圳 518067）

0 引言

近年来，固定式海洋石油平台模块钻机在开发海洋石油方面得到普遍应用和推广，南海东部新建模块钻机日益趋多。固定式海洋石油平台一般设计有多个井槽，井槽设计主要以4×4排布或4×6排布为主。模块钻在进行钻完井作业期间，分别通过上底座爬行器和下底座爬行器进行移井位作业，实现模块钻机在整个井槽排布之间进行移动和切换井口进行开发井钻完井作业，在后期的修井作业期间也需要进行移井位作业。防喷器组是用以控制井口压力的关键设备，每当切换井位、不同井段需要下套管或检修防喷器组等井口作业时，需要通过防喷器移动装置起吊防喷器组并将防喷器组坐回试压桩。由于防喷器和移动装置都是关键设备，为了追求钻完井作业时效，在早些年，一般选用进口欧美知名品牌的防喷器移动装置，随着海洋石油模块钻机设备国产化进程的不断推进，国产FYQ-60防喷器移动装置于2021年首次在南海东部海域某油田新建模块钻机项目上成功应用。在该模块钻机项目的开发井钻井作业期间，防喷器移动装置出现提升链条卡阻、传动机构损坏等故障，无法提升、下放和移动防喷器组，导致钻完井作业时效受到影响，产生较大非生产时间损失和间接经济损失（约4万元/h）。作业时效是评价钻完井作业绩效的关键指标，对FYQ-60防喷器移动装置故障产生的原因进行分析和总结提升，为解决故障提供帮助，同时对该装置提出改进措施并在模块钻机上进行实施和验证，取得较好的应用效果。

1 防喷器移动装置故障及原因分析

该油田模块钻机配备的国产FYQ-60防喷器移动装置采用2台额定提升能力为30 t的气动葫芦，每台气动葫芦安装了1个提升气动马达和2个行走气动马达，通过压缩空气驱动。提升气动马达通过减速箱和链轮驱动提升链条，链条底部的大钩可悬挂在防喷器组提升装置上的吊耳上，实现对防喷器组的起升和下放；行走气动马达负责驱动气动葫芦在固定的平直轨道上行走，实现防喷器组的移动。气动控制箱安装在气动葫芦机体上，操作者通过操作远程气控手柄上的按钮实现防喷器移动装置的操作。

1.1 故障情况及处理

国产FYQ-60防喷器移动装置首次在南海东部海域某油田新建模块钻机项目上应用，发生故障时，钻井井深约3800 m，正由12-1/4英寸井眼转8-1/2英寸井眼作业，此时为满足井口作业需求，需将防喷器组吊离井口并坐回试压桩。故障现象为防喷器移动装置靠平台南侧的气动葫芦突然无法下放和上提，防喷器组被悬挂在半空，导致井口作业和钻井作业无法继续，由于该防喷器移动装置未配备应急悬挂系统，在提升葫芦无法工作时，平台维修人员只能通过其他方式将约28 t的防喷器组起吊稳固后再对提升气动葫芦进行检查和维修。

检查发现提升链条被卡阻在气动葫芦的链条进出口位置，链轮无法转动，由于该气动葫芦未配备故障情况下自动切断气源的保护装置，提升气动马达持续工作导致齿轮减速机构和链轮损坏。因井口位置进行气动葫芦维修是高空作业，需要搭设脚手架才能进行，故维修减速箱和链轮整个维修过程造成超过24 h的停工损失，直接和间接经济损失超过100万元。

1.2 故障原因分析

根据设备损坏情况及作业现场维修情况进行分析，导致该装置产生故障的原因主要有以下3方面：

（1）导链架设计不合理。额定提升能力30 t的气动葫芦采用的是重负荷镀铜防爆链条，链条规格为18×54，最小破断拉力410 kN。导链架的出入口设计不合理，链条不能顺利通过导链架进入链轮，是导致链条卡阻的直接原因，接着就会导致链轮无法转动。

（2）缺少卡链条停车保护装置。气动葫芦配备压缩空气驱动的气动马达及常闭式刹车，如果该防喷器移动装置配备卡链条停车保护装置，则不会导致齿轮箱和链轮受损的情况发生，也会大大减小现场维修难度和缩短维修时间，在很大程度上减少非生产时间损失。故而非常有必要对其进行技术改进。

（3）缺少应急悬挂装置。7000 m海洋石油模块钻机所用防喷器组重量一般在25～30 t，该油田防喷器组重量约28 t，如果在起吊并移动防喷器组过程中出现气动葫芦故障导致无法提升、下放现象，若没有应急悬挂装置对防喷器的重量进行转移就进行气动葫芦的维修则存在防喷器组滑落至井口甲板等非常大的作业安全风险，甚至可能给作业人员带来人身伤害。若增加应急悬挂装置，则可以快速转移防喷器组的重量，快速对故障的气动葫芦进行维修，也可以大大缩短维修时间，减少非生产时间损失。

2 改进措施及实施

2.1 技术改进思路和方向

作业时效是评价钻完井作业绩效的关键指标，防喷器移动装置作为一个特殊的井控关键设备，其维修造成非生产时间损失导致的钻完井间接经济损失或可远大于设备维修本身的直接经济损失。所以，提高防喷器移动装置的可靠性、降低故障频率是首先要考虑的因素。其次，防喷器移动装置在设计时应尽可能考虑故障停车等安全保护装置实现故障停机以实现对驱动马达、减速机构等零部件的保护，如此可以减少非易损件的损坏，减小维修范围和降低维修难度。另外，当设备发生故障，如何能更安全、更高效地进行故障排除和修复，尽量减少非生产时间损失，也是在设计和改进防喷器移动装置这种特殊的钻完井关键设备时应考虑的重要因素。

2.2 改进措施的提出和实施

（1）导链架的改进。为了使重负荷链条能顺利出入导链架进入链轮或排入链条存放篮，结合链条的特点和运动轨迹，取最优计算和选型，通过反复改进设计模型和加工制作试验品进行试验，得出了1个铸造和焊接成型的一体式导链架模型，改进后的导链架本体模型如图1所示。

图1 改进后的导链架本体模型

该导链架增加专用的链条入轮引导模块，悬挂安装在驱动链轮下方，其形状和内空模型设计刚好适合该气动葫芦提升链条顺利通过。同时增加空链条引导进入链条存放篮的模型，改变链条进入导链架的角度，不仅优化起升、下放链条的运动方向，也有利于避免气葫芦在没有负载时由于链条刚性导致的链条堆积情况。在此基础上，为导链架增加一根限位杆，为下一步实现卡链条停车保护装置功能的实现提供前提条件。

（2）加装停车保护装置。设计和加装停车保护装置是在负载端出现卡链条等故障时，能实现自动切断气动马达和常闭式刹车的气源，以保护气动马达和齿轮减速箱等设备，同时实现应急刹车。结合气动葫芦的自身的气控原理，设计一套停车保护装置接入气动葫芦的气控系统中，停车保护装置控制原理如图2所示。停车保护装置主要包括行程开关、两位三通顶杆滚轮阀（图中安全限位阀）、气控管线、快速放气阀、弹簧、弹簧座等。

图2 停车保护装置控制原理

停车保护装置的启动是利用改进后的导链架自带的限位杆来触发，由于导链架是采用一端销轴式悬挂安装，另一端为自由端可以在一定行程范围内上行，当出现卡链条故障时，在负载的作用下链条就会带动导链架一同上行，直至导链架尾部限位杆触碰到行程开关，使两位三通顶杆滚轮阀动作，实现气路切换，进而控制气动马达主控气路，实现切断气动马达气源和刹车功能。为了防止链条微小外力或阻力造成的卡链条假象而导致误动作停车，在两位三通顶杆滚轮阀的另一端装有一个弹簧，弹簧的预压缩量可以调节，可以有效避免空载链条动作不顺或其他微小外力导致的误动作。

出于下放总行程限位功能的考虑，将一个链条限位块安装在设定长度的链条尾部相应位置，当链条下放到预设最下限位置时，限位块会造成“卡链条”一样的故障现象使得停车保护装置触发而停车，实现下限位保护。如此可通过停车保护装置即可实现卡链条保护，又可实现下限位保护，结构简单、增加的零部件少，经过试验验证，该装置安装简便、触发精准、保护功能可靠。

（3）增加应急悬挂装置。为了最大限度减小设备维修对钻完井作业时效的影响，结合现场维修条件，当气动葫芦等部件发生故障需要维修时能更安全、更高效地进行故障排除和修复，同时降低作业安全风险，需要将防喷器的重量从主钩上转移后才能进行维修作业。应急悬挂装置由4组安全链条和悬挂吊耳组成。在2台气动葫芦的前后两侧各增加1组26×78的安全链条和17 t悬挂吊耳，采用销轴连接，应急需要时，现场操作简便，不用时可以拆下，不影响正常使用。

3 结束语

防喷器移动装置是和防喷器同等关键的特殊设备，发生故障时维修不便，作业风险非常高，其维修作业属于占井口作业，对钻完井作业时效影响很大。通过对FYQ-60防喷器移动装置故障处理情况和故障原因的分析，总结经验，同时为了降低设备故障频率，提高维修效率和降低维修作业风险，发现该设备装置设计制造时的不合理之处并提出改进措施，使该平台模块钻机防喷器移动装置平稳、安全运行，得到验证并取得很好的应用效果。

实践证明，通过故障处理、分析原因、提出并成功实施改进措施，改进后该装置在现场使用故障频率降低90%以上，维修效率明显提高。在今后FYQ系列防喷器移动装置在故障处理方面具有非常重要的实践指导意义，为国产防喷器移动装置制造商进行技术改进和提高设备可靠性提供有利的参考。提出的改进方法在同系列产品设计和技术改进方面有推广价值。