海洋钻井平台折臂吊技术现状与发展趋势.pdf

doi10. 16576/ j. cnki. 1007-4414. 2015. 05. 077 海洋钻井平台折臂吊技术现状与发展趋势 * 王芳芳, 赵摇 健, 赵世刚 兰州兰石能源装备工程研究院有限公司 青岛分公司,山东 青岛摇 266520 摘摇 要伴随着自动化钻井技术在海洋钻井平台的应用,钻杆自动移运系统得到了较快的发展。 作为钻杆自动移运 系统首道工序设备的折臂吊,在整个钻杆自动移运系统中占据着举足轻重的地位。 介绍了国内外折臂吊技术水平现 状,对折臂吊进行了归纳、分析,并对未来的发展趋势进行了展望。 关键词自动化钻井;钻杆自动移运系统;折臂吊 中图分类号TE923摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码A摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号1007-4414201505-0208-02 Technology and Developing Trend of Knuckle Boom Crane on Offshore Drilling Plat WANG Fang-fang, ZHAO摇 Jian, ZHAO Shi-gang Qingdao Branch of Lanzhou Lanshi Energy Equipment Engineering Institute Co. , Ltd, Qingdao Shandong摇 266520, China Abstract With the automation drilling technology applications on the offshore drilling plat, the pipe automatic transferring system is rapidly developed. As the first procedure device in pipe automatic transferring system, the knuckle boom crane plays a very important role. In this paper, the technical level of knuckle boom crane at home and abroad is introduced, and induc鄄 tion and analysis on the knuckle boom crane are carried out, finally the future development trend is prospected. Key words automation drilling; pipe automatic transferring system; knuckle boom crane 0摇 引摇 言 近年来,随着陆地石油钻井装备市场的饱和,海 洋钻井装备越来越成为各石油钻采公司发展的方向。 伴随着自动化钻井技术的发展,钻杆自动移运系统也 得到了很大的发展。 究其原因在于以下三点一是安 全性,钻杆自动移运系统代替了以往用钢丝绳对钻井 管具的拖、拉、拽等方法[1],不仅降低了钻井工人的 劳动强度,而且避免了钻井工人与钻井管具的直接接 触;二是经济性,钻杆自动移运系统缩短了花费在钻 井管具的移运上的时间,缩短了钻井周期,同时,减少 了参与钻井作业人员的数量,从而减少了在钻井人员 上的花费。 作为钻杆自动移运系统中的典型设备,折臂吊主 要作用是将甲板管子堆场上的钻井管具移送到动力 猫道机上,再由动力猫道机将管具运送到钻台,以便 进行后续的钻井作业,或者进行反向操作[2]。 1摇 国内技术现状 国内是近几年内才开始研究折臂吊及钻杆自动 移运系统,目前已经开发研制出折臂吊的公司有宝鸡 石油机械有限责任公司、四川宏华石油设备有限公司 和沈阳新松机器人自动化股份有限公司,其中沈阳新 松研制的折臂抓管机器人被成功应用到“海洋石油 708冶上,但是国内大多数海洋钻井平台配套的折臂 吊仍然是国外的设备,国外技术仍处于垄断地位[3]。 2摇 国外技术现状 国外对折臂吊及钻杆自动移运系统早有研究,在 海洋钻井平台上配套的折臂吊结构形式多样。 全球 最大的海洋钻井供应商美国 NOV 公司、挪威的 Aker Kvaerner MH 公司、TSC 公司、Cameron 公司已经开发 研制出钻杆自动移运系统,包括折臂吊,可处理的管 径范围为 2 7/8“ 20“,配置了自动化控制系统并带 有安全保护装置,在全球海洋钻井作业中广泛运用。 3摇 折臂吊技术分析 折臂吊主要由基座、操作室、主臂、折臂、伸缩臂、 夹持手爪等组成。 通过查阅大量的国内外公司折臂 吊产品资料和对国内产品的对比分析,归纳出目前常 用的折臂吊可分为两类。 3. 1摇 固定式折臂吊 其主要特点是折臂吊固定在钻井平台甲板管子 堆场的某个位置,占用空间小。 折臂吊由各个液压缸 的伸缩和基座的旋转实现折臂吊在 360o水平面内对 作业范围内管具的抓取,然后将抓取后的管具放到动 力猫道机上。 缺点是此种折臂吊作业范围有限,且折 臂吊是绕基座轴线旋转,在抓取过程中有作业死角, 如图 1 所示。 3. 2摇 移动式折臂吊 其主要特点是甲板上铺设有轨道,折臂吊可在轨 道上行走。 这样一来,大大增加了折臂吊的作业范 802 行业发展综述摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇2015 年第 5 期 第 28 卷,总第 139 期机械研究与应用 *收稿日期2015-08-14 作者简介王芳芳1989-,女,陕西榆林人,主要从事陆地钻机和海洋平台钻井包的研发设计工作。 围。 正是由于它的可移动性,臂架结构可不需要用伸 缩臂来增加其作业范围,通常采用中间臂。 主臂与关 节臂分别与中间臂连接,由两个液压缸来驱动,关节 臂液压缸完全缩回时,关节臂几乎与主臂平行,从而 能抓取到离基座更近距离的管具。 缺点是铺设轨道 所占用的钻井平台面积较大,成本较高,如图 2 所示。 图 1摇 NOV 公司的固定式折臂吊 图 2摇 Aker Kvaerner MH 公司的可移动式折臂吊 3. 3摇 关键技术分析 折臂吊是典型的机电液一体化设备,其中机械部 分既要保证机械结构的强度和刚度要求,又要有效的 控制结构重量;控制部分则应保证折臂吊一系列动作 的连贯、精准,且具有高的灵敏性和响应速度。 折臂 吊在作业过程中可能会出现液压动力失效、过载等安 全问题,因此对整个系统要设置过载保护、旋转限位、 急停开关、油温报警等安全保护功能,以保证操作过 程的安全性。 4摇 发展趋势 随着海洋钻井向深井乃至超深井方向的发展,这 对海洋钻井设备在自动化、安全性等方面有了更高的 要求。 折臂吊作为钻杆自动移运系统的一部分,配合 其他自动化钻井工具如动力猫道机、排管机械手、动 力鼠洞等联合使用,使得钻井实现全自动化或者是半 自动化,大大提高了海上钻井作业的安全性和效率。 未来,它们将在海洋钻井平台上得到更广泛的应用, 折臂吊在钻井管具管径处理范围、作业范围以及承载 能力等方面也会有很大的提升,结构形式呈现多样 化,产品形成系列化。 5摇 结摇 论 综上所述,折臂吊作为钻杆自动移运系统的一部 分,在自动化钻井作业过程中扮演着重要的角色。 国 外折臂吊的技术水平已趋于成熟,而国内对折臂吊的 研究还处于发展阶段,有很大的发展空间。 参考文献 [1]摇 赵淑兰,李文彪,聂永晋,等. 动力猫道技术国内外现状和发展 趋势[J]. 石油矿场机械,2014,39213-15. [2] 摇崔学政,张富强,肖文生,等. 海洋钻井平台折臂起重机设计 [J]. 石油矿场机械,2009,381131-33. [3]摇 郭学峰. 海洋折臂吊在超深水海洋钻井平台上的应用与研究 [J]. 船舶,2014550-55. 902 机械研究与应用2015 年第 5 期 第 28 卷,总第 139 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 行业发展综述