關(guān)雙會(huì)

（中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設(shè)工程分公司，天津 300452）

0 引言

隨著海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)技術(shù)[1]的發(fā)展及無鉆修機(jī)設(shè)備的邊際油氣生產(chǎn)平臺(tái)[2]的大量出現(xiàn)，為解決海洋鉆修機(jī)設(shè)備資源不足問題，可搬遷式海洋鉆修機(jī)跨平臺(tái)安裝方法得到推廣。海洋鉆修機(jī)搬至非所屬平臺(tái)安裝時(shí)，與平臺(tái)的最主要關(guān)聯(lián)部件是平臺(tái)滑軌，其設(shè)計(jì)通常不能與新搬遷的在役海洋鉆修機(jī)支撐腿滑靴結(jié)構(gòu)相匹配，需要對(duì)平臺(tái)滑軌進(jìn)行改造才能符合安裝連接要求。

海洋石油平臺(tái)所配置的海洋鉆修機(jī)來源于國(guó)內(nèi)外不同的生產(chǎn)廠商[3]，不同生產(chǎn)廠商所提供的鉆修機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡相同，雖整體結(jié)構(gòu)大都分為井架總成、下底座總成、上底座總成[4]三大部分，但是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)存在顯著差異。其中鉆修機(jī)平臺(tái)滑軌部分的設(shè)計(jì)就有著明顯的不同，僅此部分所存在的設(shè)計(jì)差異，就給海洋平臺(tái)鉆修機(jī)設(shè)備資源共享帶來極大的不便。對(duì)于平臺(tái)滑軌設(shè)計(jì)，完全可在設(shè)計(jì)初期就要求設(shè)備提供方按標(biāo)準(zhǔn)化要求進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)平臺(tái)滑軌標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可極大地方便海洋鉆修機(jī)設(shè)備資源的共享[5]，進(jìn)而可有效緩解海洋平臺(tái)鉆修機(jī)設(shè)備資源不足的問題。下面針對(duì)海洋平臺(tái)固定式鉆修機(jī)[6]的平臺(tái)滑軌情況進(jìn)行闡述。

1 海洋鉆修機(jī)平臺(tái)滑軌現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式及截面數(shù)據(jù)

1.1 H型滑軌

1.1.1 H型滑軌主要數(shù)據(jù)及與平臺(tái)承載梁連接形式

海上平臺(tái)現(xiàn)有的鉆修機(jī)H型滑軌結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

圖1 H型滑軌示意

H型滑軌與平臺(tái)主承載梁結(jié)構(gòu)的連接形式如圖2所示，系由下翼板與平臺(tái)承載梁上翼板焊接而成。安裝H型滑軌的主要生產(chǎn)平臺(tái)，如渤海油田的QK17-2、QK17-3、QK18-1等，建成投產(chǎn)時(shí)間相對(duì)較早。

1.1.2 H型滑軌制作與安裝的優(yōu)缺點(diǎn)

H型滑軌整體傳遞力的性能及穩(wěn)定性能較好，但是在平臺(tái)上安裝時(shí)其形位公差的調(diào)整存在難度。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及使用要求，滑軌安裝后自身及整體平面度公差需控制在5 mm以內(nèi)，以保證修井機(jī)大鉤的正常井口對(duì)中功能需求，此時(shí)由于其下部為較寬的翼板結(jié)構(gòu)，無論切割還是修磨都會(huì)存在很大的困難。圖3所示為某海上平臺(tái)改造加裝H型滑軌，需要填充墊片才能達(dá)到平面度調(diào)整要求。這種作法有局限性，且存在設(shè)計(jì)及工藝上的不足。因而，此種形式的滑軌結(jié)構(gòu)，目前已不再用于平臺(tái)滑軌設(shè)計(jì)。

表1 海上平臺(tái)鉆修機(jī)H型滑軌主要設(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 H型滑軌與平臺(tái)承載梁安裝截面示意

圖3 H型滑軌與平臺(tái)結(jié)構(gòu)連接平面度調(diào)整

1.2 T型滑軌

1.2.1 滑軌截面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

現(xiàn)行T型滑軌結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，對(duì)中國(guó)海洋石油渤海油田的海上在役平臺(tái)滑軌調(diào)研數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。由表2可以看出不同生產(chǎn)廠商所設(shè)計(jì)的滑軌截面結(jié)構(gòu)基本相近，只是在細(xì)節(jié)尺寸方面有所不同。

圖4 T型滑軌示意

1.2.2 滑軌加強(qiáng)筋板布置

目前T型結(jié)構(gòu)平臺(tái)滑軌加強(qiáng)筋板的布置形式有兩種，如圖5所示，其中圖5（a）為常規(guī)筋板分布形式，圖5（b）為典型筋板分布形式。根據(jù)不同的海洋鉆修機(jī)支反力計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)二者進(jìn)行強(qiáng)度分析，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足承載要求，但以圖5（a）所示的結(jié)構(gòu)形式最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用?；壖訌?qiáng)筋板的布置形式對(duì)滑軌的通用性影響不大，其布置形式不影響滑軌的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2.3 T型滑軌制作與安裝的優(yōu)缺點(diǎn)

T型結(jié)構(gòu)滑軌與H型結(jié)構(gòu)滑軌相比較，在構(gòu)件強(qiáng)度符合要求的前提條件下，主要有以下幾點(diǎn)不同：

（1）T型結(jié)構(gòu)平臺(tái)滑軌制作時(shí)用料及焊接加工制作工作量較H型結(jié)構(gòu)滑軌減少近50%。

（2）在調(diào)整由于滑軌自身制造時(shí)存在的形位公差及海洋平臺(tái)滑軌承載梁建造及安裝后形成并存在的形位公差時(shí)，T型滑軌較H型滑軌容易實(shí)現(xiàn)，T型滑軌具有更好的調(diào)整性能。

（3）T型導(dǎo)軌較H型滑軌在平臺(tái)上更加容易實(shí)現(xiàn)海上安裝。H型滑軌安裝較T型滑軌有更嚴(yán)格的平臺(tái)原始形位公差的限制要求。平臺(tái)形位公差超限的情況下，H型滑軌安裝工作很難進(jìn)行。

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圖5 T型滑軌筋板布置

通過以上幾點(diǎn)的比較可以看出，T型滑軌較H型滑軌有著強(qiáng)度高、安裝性能優(yōu)越、靈活性強(qiáng)、制作及安裝工作量少的優(yōu)點(diǎn)。正是基于工程應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前在海洋平臺(tái)上H型滑軌已經(jīng)很少見。

2 國(guó)內(nèi)外滑軌設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較分析

由于平臺(tái)滑軌從性質(zhì)上來說，是屬于功能性部件，因此在強(qiáng)度符合要求的前提下，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還要與海洋鉆修機(jī)的滑移功能相適應(yīng)。海洋平臺(tái)上現(xiàn)有鉆修機(jī)配置的滑軌由不同生產(chǎn)廠商提供，其基本設(shè)計(jì)理念是一致的，但其滑軌細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)各有特色，下面對(duì)主要生產(chǎn)廠商的滑軌產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 江漢石油管理局第四機(jī)械廠

江漢石油管理局第四機(jī)械廠為海洋鉆修機(jī)配套生產(chǎn)的平臺(tái)滑軌主要為T型結(jié)構(gòu)，但其在不同時(shí)期為不同的海洋平臺(tái)所提供的平臺(tái)滑軌截面及步行孔分布等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并不完全一致，即使在設(shè)備規(guī)格型號(hào)相同的情況下，其滑軌設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也現(xiàn)出一定的不一致情況，其為海洋鉆修機(jī)所配生產(chǎn)的滑軌設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

2.2 南陽二機(jī)石油裝備 （集團(tuán)）有限公司

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河南南陽二機(jī)石油裝備 （集團(tuán)）有限公司是國(guó)內(nèi)較早為海洋石油提供海洋鉆修機(jī)設(shè)備的廠商[3]，其設(shè)計(jì)制造的海洋鉆修機(jī)已大量地應(yīng)用于渤海油田海上生產(chǎn)平臺(tái)上，設(shè)備性能優(yōu)良，作業(yè)能力儲(chǔ)備系數(shù)高；其所提供的鉆修機(jī)的配套平臺(tái)滑軌截面設(shè)計(jì)及步行孔分布等數(shù)據(jù)在不同時(shí)期并不一致，并且與其他廠商所提供的平臺(tái)滑軌設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也存在小差別。其所提供的海洋鉆修機(jī)的配套滑軌設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表4所示。

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2.3 國(guó)內(nèi)外的其他廠商

目前在中海油渤海油田內(nèi)分布有為數(shù)不多的國(guó)外進(jìn)口[3]的修井機(jī)。由于早期引進(jìn)時(shí)只是為了滿足常規(guī)修井作業(yè)需要，修井機(jī)的額定鉤載都較小，隨著海洋石油技術(shù)及工藝措施的不斷改進(jìn)，其性能已經(jīng)不能夠適應(yīng)新形勢(shì)下的作業(yè)需求；此外早期的進(jìn)口設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命已經(jīng)或即將到期，一部分國(guó)外引進(jìn)設(shè)備已經(jīng)報(bào)廢，如CB-A平臺(tái)、CB-B平臺(tái)的原配套K400修井機(jī)都已經(jīng)報(bào)廢用作教學(xué)或?qū)嶒?yàn)機(jī)。隨著舊設(shè)備報(bào)廢及新設(shè)備配置安裝，舊滑軌被割除并設(shè)計(jì)安裝了國(guó)產(chǎn)滑軌。根據(jù)設(shè)備配置實(shí)際情況，有些滑軌被全部割除，而有些則是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，如CB-A/B，SZ36-1A/B/J平臺(tái)就屬這種情況。在新配置鉆修機(jī)的過程中，有必要進(jìn)行全面的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作，以使其達(dá)到通用性要求。早期國(guó)外及國(guó)內(nèi)其他廠商為鉆修機(jī)配套生產(chǎn)的平臺(tái)滑軌設(shè)計(jì)參數(shù)如表5所示，國(guó)外與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的平臺(tái)滑軌設(shè)計(jì)參數(shù)差別較大。

2.4 數(shù)據(jù)比較分析

通過對(duì)2.1、2.2及2.3項(xiàng)所述內(nèi)容的分析比較不難看出，不同生產(chǎn)廠商所生產(chǎn)的滑軌設(shè)計(jì)形式基本是一致的，但是其詳細(xì)的截面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、步行孔分布設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、加強(qiáng)筋板分布形式等卻有些差別。總體來看，國(guó)外生產(chǎn)的滑軌設(shè)計(jì)參數(shù)與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的滑軌設(shè)計(jì)參數(shù)差別較大，國(guó)外尺寸較小，國(guó)內(nèi)尺寸相對(duì)較大；國(guó)內(nèi)不同生產(chǎn)廠商提供的滑軌設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)雖然存在小差別，但設(shè)計(jì)所選用的材料基本一致。

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所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中截面數(shù)據(jù)的A、B、C項(xiàng)數(shù)值，步行孔分布的E、F、G、H等數(shù)值的差異，是導(dǎo)致目前海上平臺(tái)鉆修機(jī)設(shè)備資源互換共享工作實(shí)施困難的主要因素，使海上鉆修機(jī)設(shè)備互換應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)大量的后期改造工作，既是對(duì)原有設(shè)備的一種破壞，也是一種應(yīng)用過程中的資源浪費(fèi)。

正是由于這些差別的存在，使得海洋鉆修機(jī)設(shè)備在跨平臺(tái)應(yīng)用時(shí)，在跨距一致的情況下，仍不能夠?qū)崿F(xiàn)即裝即用，根本原因就在于鉆修機(jī)設(shè)備的滑移結(jié)構(gòu)及配套裝置設(shè)計(jì)為非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，不具備通用性及互換性。這在很大程度上是造成海洋鉆修機(jī)設(shè)備后期二次或多次進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)改造的主要原因。就本質(zhì)來說，這些工作是完全可以在設(shè)計(jì)前期予以避免的。

綜上考慮，滑軌在滿足相應(yīng)的承載強(qiáng)度的前提條件下做到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是非常必要的。這樣就會(huì)使每臺(tái)海洋鉆修機(jī)整體上具有更廣泛的通用性，達(dá)到設(shè)備資源的有效整合與共享，提高海洋鉆修機(jī)設(shè)備的管理與利用效率。

3 現(xiàn)役海上平臺(tái)滑軌存在的不足

3.1 早期的滑軌材料抗低溫性能較差

根據(jù)平臺(tái)所處海洋環(huán)境條件的某些變化，早期滑軌設(shè)計(jì)通常選用16Mn材質(zhì)鋼板，后來則變?yōu)镼345B，它們的抗低溫性能較差，所以現(xiàn)在都采用Q345D，它具備-20℃的低溫沖擊性能，基本滿足目前海洋環(huán)境工作的安全需要。Q345材料沖擊性能如表6所示。

表6 Q345材料的沖擊性能

3.2 滑軌面損傷

滑軌在平臺(tái)上安裝后，鉆修機(jī)整機(jī)在其上面滑移時(shí)，多數(shù)平臺(tái)滑軌會(huì)在接觸面出現(xiàn)滑移損傷，如圖6所示，損傷深度最深可達(dá)6 mm。針對(duì)該問題，已有相關(guān)的專題進(jìn)行了較深入全面的研究[7-8]，通過改變選用材料、提升產(chǎn)品制造精度、改進(jìn)表面處理工藝及滑靴與滑軌的配合工藝等，該問題目前已經(jīng)得到有效的改善。

圖6 滑軌面損傷示意

3.3 滑軌形變

海上鉆修機(jī)平臺(tái)滑軌在應(yīng)用后期，由于各種原因，會(huì)產(chǎn)生較大的下沉變形及形位公差尺寸的變化，使得滑軌整體的形位公差不符合設(shè)備使用要求，目前看來，這是一個(gè)較普遍存在的問題。某些平臺(tái)滑軌由于下沉變形及形位公差較大，致使鉆修機(jī)大鉤對(duì)中轉(zhuǎn)盤及井口中心的精度要求 （±20 mm）不再滿足，直接影響海上平臺(tái)鉆修井作業(yè)的實(shí)施。雖然影響大鉤對(duì)中精度的因素是多方面的，但是平臺(tái)滑軌變形所產(chǎn)生的影響最明顯。渤海油田內(nèi)有多座平臺(tái)已經(jīng)存在或出現(xiàn)這種問題，如SZ36-1B、SZ36-1A、S36-1J平臺(tái)。

3.4 滑軌布置設(shè)計(jì)的局限性

為滿足海上生產(chǎn)平臺(tái)在開發(fā)后期增產(chǎn)及穩(wěn)產(chǎn)的需求，許多在役生產(chǎn)平臺(tái)要實(shí)施調(diào)整井作業(yè)，調(diào)整井作業(yè)可以由鉆井平臺(tái)完成，也可以由固定式海洋鉆修機(jī)設(shè)備完成。如新型式的模塊鉆機(jī)，既可完成鉆井作業(yè)，也可以實(shí)施修井作業(yè)。另外，根據(jù)實(shí)際需求新建造的大噸位可搬遷式海洋修井機(jī)同樣可以滿足平臺(tái)開展調(diào)整井作業(yè)的需要。由此而出現(xiàn)的問題就是平臺(tái)原有修井機(jī)的避讓問題，避讓的方式通常有三種，一是搬遷回陸地存放，二是延長(zhǎng)平臺(tái)滑軌使修井機(jī)避讓出鉆井船的合理作業(yè)空間，三是設(shè)備互換。多數(shù)早期開發(fā)的生產(chǎn)平臺(tái)滑軌布置不能滿足相關(guān)形式的使用要求，需修改滑軌布置設(shè)計(jì)，如CB-A、 CB-B、 QK17-3、 QK17-2、 SZ36-1E、SZ36-1G、LD10-1等平臺(tái)先后實(shí)施了平臺(tái)滑軌布置改進(jìn)設(shè)計(jì)工作，以適應(yīng)新情況。

3.5 滑軌互適性能不足

鉆修機(jī)平臺(tái)滑軌通用性能不足的主要原因還是早期設(shè)計(jì)時(shí)的非標(biāo)性，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)考慮不足，使得目前已有的平臺(tái)滑軌對(duì)不同的鉆修機(jī)及部件應(yīng)用匹配性較差。

4 滑軌標(biāo)準(zhǔn)化建議

為使后期新配置可搬遷式海洋鉆修機(jī)能更廣泛地應(yīng)用于多種平臺(tái)，建議:

（1）所配置的海洋鉆修機(jī)平臺(tái)滑軌的設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)及通用性設(shè)計(jì)。

（2）所有設(shè)計(jì)制造的固定式海洋鉆修機(jī)設(shè)備的滑移裝置實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化及通用性設(shè)計(jì)。

（3）對(duì)已有平臺(tái)滑軌實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)改造，以便使經(jīng)過改造后的平臺(tái)滑軌具有更強(qiáng)大的通用性。

（4）已有的海洋鉆修機(jī)按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)后的圖紙改造其滑靴結(jié)構(gòu)，使其實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)滑軌的全面匹配。

[1] 陳衛(wèi)江.海洋平臺(tái)加掛井槽研究[J].石油工程建設(shè)，2011，37（4）：22-23.

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