張彩瑩，陳才虎，羅 強(qiáng)，王耀峰，楊 虎

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司 成都研究分院，成都610000）①

海上浮式平臺(tái)是海洋石油生產(chǎn)的重要作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)時(shí)需要一整套行之有效的補(bǔ)償系統(tǒng)來進(jìn)行移動(dòng)的浮體和固定的井口之間的補(bǔ)償，其中鉆井隔水管伸縮裝置是該系統(tǒng)中不可或缺的一部份，主要用于對平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償［1-2］。筆者從隔水管伸縮裝置工作原理出發(fā)，結(jié)合關(guān)鍵功能模塊的結(jié)構(gòu)，分析了國外主流廠商的設(shè)備特點(diǎn)及國內(nèi)該設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)出該設(shè)備所需的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向，以期為海洋鉆井隔水管裝備的國產(chǎn)化發(fā)展提供參考。

1 隔水管伸縮裝置工作原理

海洋石油平臺(tái)在波浪作用下，除前后左右發(fā)生搖擺外，還將產(chǎn)生上下升沉運(yùn)動(dòng)。這種隨波浪周期性的上下升沉運(yùn)動(dòng)將影響立管系統(tǒng)穩(wěn)定性及井口裝置安全性，甚至帶來災(zāi)難性后果。隔水管伸縮裝置最主要的功能即是補(bǔ)償鉆井船和隔水管間的相對運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證隔水管泥漿返回通道的完整性。另外，由于伸縮裝置處于隔水管系統(tǒng)頂端，內(nèi)、外筒分別與平臺(tái)不同設(shè)備相連接，其還承擔(dān)著2個(gè)重要功能［3］：①為隔水管張緊器提供連接接口及連接支撐，并通過伸縮裝置外筒把張力傳遞給整個(gè)隔水管管串；②為隔水管邊管管線提供出口，使相關(guān)流體能通過跨接柔性管連接至平臺(tái)。

伸縮裝置的補(bǔ)償原理主要是依靠內(nèi)、外筒所組成的伸縮機(jī)構(gòu)來進(jìn)行鉆柱長度的補(bǔ)償；同時(shí)通過密封系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外筒之間相對滑動(dòng)時(shí)內(nèi)部泥漿不會(huì)出現(xiàn)滲漏［4］。

張緊器在對整個(gè)隔水管系統(tǒng)進(jìn)行張緊作業(yè)時(shí)，其張力是通過隔水管伸縮裝置外筒上的張緊環(huán)傳遞到整個(gè)隔水管管串的，伸縮裝置張緊環(huán)的設(shè)計(jì)應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度來承擔(dān)整個(gè)隔水管串的張力。因?yàn)榇w可能在海上出現(xiàn)艏搖擺動(dòng)，張緊環(huán)還應(yīng)具有旋轉(zhuǎn)的能力，以免船體擺動(dòng)形成的轉(zhuǎn)矩造成隔水管的破壞［3］。

隔水管管串下放完成后，平臺(tái)的節(jié)流／壓井系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等通過柔性管與附著于外筒之上的邊管終端出口相連接，完成各流體通道的建立。

2 隔水管伸縮裝置關(guān)鍵功能模塊

隔水管伸縮裝置按功能分為伸縮機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、密封系統(tǒng)、張緊環(huán)、邊管終端機(jī)構(gòu)5大關(guān)鍵功能模塊，如圖1所示。

圖1 伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意

2.1 伸縮機(jī)構(gòu)

隔水管伸縮裝置是由2個(gè)可相對運(yùn)動(dòng)的套疊筒體組成的伸縮機(jī)構(gòu)，其中內(nèi)筒為一個(gè)帶傳壓孔、承載筒靴的細(xì)長薄壁筒體，可自由在外筒內(nèi)滑動(dòng)；外筒作為整個(gè)隔水管系統(tǒng)的承載機(jī)構(gòu)與隔水管單根連接，并為輔助管線終端提供支撐架，為張緊環(huán)提供連接接口。其上端以鎖緊機(jī)構(gòu)與內(nèi)筒及伸縮裝置上接頭相連，下端與隔水管單根有通用的連接接頭。內(nèi)、外筒需通過一定技術(shù)措施保證其相對運(yùn)動(dòng)的同軸度以及相對較小的動(dòng)作阻力，以保證伸縮運(yùn)動(dòng)過程中不因外力擾動(dòng)而出現(xiàn)折彎失效。

2.2 鎖緊機(jī)構(gòu)［5-6］

伸縮裝置設(shè)計(jì)有內(nèi)外筒鎖緊機(jī)構(gòu)，是由其工作狀態(tài)決定的。伸縮裝置在下入時(shí)，內(nèi)、外筒必須處于收縮和鎖緊狀態(tài)，主要有以下兩個(gè)原因，首先，在BOP安裝送入或取出時(shí)，內(nèi)筒需要處于縮回位置和鎖緊狀態(tài)；其次，在船上比較容易裝卸，在鉆井平臺(tái)、底座上更容易起吊，工作時(shí)，則需要內(nèi)、外筒解鎖，以內(nèi)、外筒相對移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)升沉補(bǔ)償功能。

伸縮裝置的鎖緊機(jī)構(gòu)有單、雙耳板配合的手動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)，也有液壓驅(qū)動(dòng)的鎖緊-解鎖機(jī)構(gòu)。手動(dòng)鎖緊方式結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于加工制造，但是較耗費(fèi)人力；液壓鎖緊-解鎖的操作方式是發(fā)展趨勢，現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出多種遠(yuǎn)程控制的鎖緊-解鎖機(jī)構(gòu)。

2.3 密封系統(tǒng)［7-8］

隔水管伸縮裝置最關(guān)鍵的功能為鉆柱升沉補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)空泥漿的密封，而密封系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)密封內(nèi)外筒環(huán)空的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。密封系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)分為2種，一種是整體式密封；另一種是對分式密封。密封系統(tǒng)可根據(jù)情況配備一對對分式密封，或者一個(gè)對分式密封、一個(gè)整體式密封。對分式密封是密封系統(tǒng)的核心部件，可根據(jù)密封套的激勵(lì)方式分為氣動(dòng)對分式密封和液動(dòng)對分式密封，其主要功能是密封內(nèi)、外筒之間的環(huán)空，并確保內(nèi)筒與外筒的對中。保持內(nèi)筒與外筒的對中不但可以防止內(nèi)筒對密封套的偏磨，同時(shí)也可以減小外筒對內(nèi)筒的附加彎矩。對分式密封的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)方便，可以在不對伸縮接頭進(jìn)行拆卸的情況下、或者工作態(tài)下對磨損嚴(yán)重的密封元件進(jìn)行更換。工作時(shí)，從密封外筒本體的加壓孔加壓，驅(qū)動(dòng)密封支撐套對密封套進(jìn)行壓縮，使密封套緊緊地貼在內(nèi)筒上，從而達(dá)到密封內(nèi)、外筒環(huán)空的目的。整體式密封主要適用于備用密封，作為備用密封的一種結(jié)構(gòu)選擇形式，一般是液壓驅(qū)動(dòng)式密封，結(jié)構(gòu)形式與分體式密封類似，但更換不方便。

2.4 張緊環(huán)

張緊環(huán)主要用作隔水管張緊載荷的傳遞。通過耳板與張緊環(huán)本體分別與張緊器和伸縮裝置外筒相連，使張緊系統(tǒng)將張緊力傳遞到伸縮接頭外筒的連接點(diǎn)，并由外筒將立管張緊裝置的張緊載荷傳遞給隔水管串。張緊環(huán)結(jié)構(gòu)形式較多，與平臺(tái)設(shè)計(jì)水深、定位方式相關(guān)，按連接形式可分為固定式和旋轉(zhuǎn)式。對于深水動(dòng)力定位或轉(zhuǎn)塔系泊式浮式平臺(tái)，船體本身轉(zhuǎn)動(dòng)或搖擺運(yùn)動(dòng)的，若無張緊環(huán)的大承載推力軸承，船只的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到隔水管串上，會(huì)引起管串扭轉(zhuǎn)失效。按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和分體式。整體式張緊環(huán)一般存放在分流器外殼下方，隔水管下放時(shí)直接穿過張緊環(huán)中心孔；分體式張緊環(huán)可在伸縮節(jié)就位以后，再通過伸縮裝置預(yù)留接口安裝到伸縮裝置外筒上。按操作方式可分為機(jī)械式和液壓式。無論其是機(jī)械式還是液壓式形式，最終是依靠控制操作插銷進(jìn)入和退出伸縮接頭中間連接套環(huán)槽來實(shí)現(xiàn)張緊環(huán)和伸縮接頭的連接。

2.5 邊管終端機(jī)構(gòu)

隔水管邊管包括節(jié)流／壓井管線、泥漿增壓管線、液壓管線等，這些硬管在伸縮裝置位置有一個(gè)終端接口機(jī)構(gòu)，在這里與平臺(tái)設(shè)備通過柔性管相連接。由于高壓邊管在使用時(shí)存在壓力波動(dòng)，安裝于伸縮裝置外筒上的終端機(jī)構(gòu)必須能夠承受足夠高的壓力及其波動(dòng)帶來的振動(dòng)。邊管終端機(jī)構(gòu)一般在轉(zhuǎn)盤之下、月池之上進(jìn)行與柔性管的連接，可逐個(gè)進(jìn)行連接，也可采取對分式的一次性連接。

3 國內(nèi)外伸縮裝置發(fā)展現(xiàn)狀

國外伸縮接頭的研究和生產(chǎn)主要集中在Vetco［9-10］、Aker Kvaerner［11］、Cameron［12-13］、Dril-Quip［14-15］等公司，其工作原理大致相同，而液壓鎖緊機(jī)構(gòu)、伸縮接頭氣動(dòng)（液動(dòng)）密封機(jī)構(gòu)、張緊環(huán)和兩端連接接頭各有不同。伸縮接頭的設(shè)計(jì)遵守API Spec 16F規(guī)范，設(shè)計(jì)水深一般為300～3 000 m；行程一般為13.7～19.8 m（45～65 英尺），行程長度可根據(jù)水深及海況適當(dāng)加長。

3.1 國外伸縮裝置對比分析

3.1.1 技術(shù)參數(shù)

國外公司部分伸縮裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 國外公司主要技術(shù)參數(shù)

3.1.2 總體結(jié)構(gòu)

國外各公司伸縮裝置如圖2 所示。Cameron、Dril-Quip、Vetco公司的伸縮接頭均采用法蘭式連接，其上和通用的撓性接頭或者隔水管短節(jié)連接，其下和相應(yīng)的隔水管單根連接；Aker Kvaerner公司的伸縮接頭采用夾式連接。各公司輔助管線的終端連接架也各有不同，Cameron公司的伸縮接頭采用可以對折過來的鵝頸管；Vetco公司的終端連接集成于終端法蘭中，在其與張緊環(huán)連接時(shí)可通過液壓方式一次性完成安裝。

3.1.3 鎖緊機(jī)構(gòu)

國外各公司伸縮裝置的鎖緊機(jī)構(gòu)如圖3所示，均有自己的特點(diǎn)。Cameron公司的鎖緊機(jī)構(gòu)采用凸輪機(jī)構(gòu)，通過加壓驅(qū)動(dòng)4個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而促使其脫離卡槽，從而達(dá)到解鎖的目的；Vetco公司的液壓鎖緊機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)的插銷式結(jié)構(gòu)，通過一個(gè)液壓控制閥來控制鎖舌插入或退出伸縮接頭外筒連接部分環(huán)槽里的動(dòng)作，達(dá)到對伸縮接頭加壓解鎖、卸壓鎖緊的目的，該結(jié)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但其工作原理相對簡單，動(dòng)作也可靠；Aker的鎖緊機(jī)構(gòu)采用夾式接頭原理，通過鎖緊連接套軸向的移動(dòng)，使其和外筒脫開，達(dá)到解鎖的目的；Dril-Quip公司的鎖緊機(jī)構(gòu)通過液壓控制液壓連接器，使活塞升起，然后釋放對分式鎖環(huán)，使之卡緊內(nèi)筒，從而實(shí)現(xiàn)伸縮接頭的補(bǔ)償功能。

圖2 國外各公司伸縮裝置示意

圖3 各公司伸縮裝置鎖緊機(jī)構(gòu)示意

3.1.4 密封總成

國外各公司伸縮裝置的密封總成如圖4所示。除Aker公司伸縮接頭的密封機(jī)構(gòu)采用3 個(gè)密封以外，Cameron、Vetco、Dril-Quip 公 司 均 采 用2 個(gè)密封。各公司在密封單元結(jié)構(gòu)及密封機(jī)構(gòu)密封的操作方式基本相同；密封單元采用兩層結(jié)構(gòu)，一層為密封層，一層為密封支撐層，均使用兩半榫接在一起的結(jié)構(gòu)，且兩層間縫間夾角相互成90°，層間涂密封脂，操作方式為氣動(dòng)或液動(dòng)。

Cameron、Dril-Quip公司的密封機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)，2個(gè)密封中上密封為主密封，下密封為副密封。其中Dril-Quip公司的2 個(gè)密封中，只有上密封可以在伸縮節(jié)不拆開的情況下進(jìn)行更換，下密封更換時(shí)，需要拆開伸縮接頭。Cameron公司的2個(gè)密封均可以在伸縮節(jié)不拆開的情況下進(jìn)行更換。Vetco公司的2 個(gè)密封也可以在伸縮節(jié)不拆開的情況下進(jìn)行更換。Aker Kvaerner公司的3個(gè)密封中，除中部密封需要在伸縮接頭拆開的情況下更換以外，上、下兩個(gè)密封均可以在伸縮節(jié)不拆開的情況下進(jìn)行更換。

密封結(jié)構(gòu)的密封能力設(shè)計(jì)一般需要和其上部接口——分流器的設(shè)計(jì)壓力一致，這樣才不致于在工作壓力達(dá)到分流器的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，密封失效。Vetco、Cameron、Aker 公司密封結(jié)構(gòu)的密封能力為3.45 MPa（500 psi），Dril-Quip 公司分流器 的 工 作壓力可以達(dá)到13.8 MPa（2 000 psi），故可以推斷，其密封結(jié)構(gòu)的密封能力同樣可以達(dá)到13.8 MPa（2 000 psi）。

圖4 各公司伸縮裝置密封總成示意

3.1.5 張緊環(huán)及邊管終端

國外各公司張緊環(huán)如圖5所示。

Cameron和Aker公司的張緊環(huán)采用了分體式，具有簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，不帶推力軸承（推力軸承集成在伸縮裝置外筒上），可以一直和張緊線連接，不需要拆卸，安裝比較方便，可靠性較高。

GE Vetco公司的張緊環(huán)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，集成了邊管終端出口、液壓推力軸承及兩層若干個(gè)張緊器連接接口，其在操作上有明顯的優(yōu)點(diǎn)：①操作簡單，在月池區(qū)域，下放、回收隔水管時(shí)，不需要進(jìn)行張力器及軟管的安裝和拆卸；②下放伸縮裝置時(shí)有自動(dòng)對正裝置，與張緊環(huán)的對接安裝可全程通過液壓操控完成；③作為節(jié)流／壓井管線、輔助管線的終端支架，在伸縮裝置與張緊環(huán)進(jìn)行連接時(shí)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)邊管流體通道的連接；④不作業(yè)時(shí)可下掛于分流器外殼下方，不占用儲(chǔ)存空間。

與GE Vetco 高度集成的張緊環(huán)相比，Dril-Quip公司的張緊環(huán)并未將邊管終端出口集成到張緊環(huán)裝置中，但是同樣保留了液壓鎖緊功能。

設(shè)計(jì)時(shí)，張緊環(huán)一般應(yīng)和相應(yīng)的張緊器匹配，目前張緊器分為436 t、654 t、725 t、908 t、1453 t幾個(gè)級別，故張緊環(huán)的張力級別也應(yīng)為這幾個(gè)級別。

圖5 各公司張緊環(huán)示意

3.2 國內(nèi)伸縮裝置研制情況

由于隔水管伸縮裝置研制難度大、失效后果嚴(yán)重，國內(nèi)尚無任何公司的產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)。寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司在這方面進(jìn)行了一些技術(shù)準(zhǔn)備工作，完成了產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)，形成了部分中國專利，并完成了原理樣機(jī)的制造和試驗(yàn)；株洲時(shí)代新材料科技公司針對伸縮裝置動(dòng)密封用密封橡膠材料進(jìn)行了研究，并開發(fā)出了適用的新型特種橡膠材料，形成了專利技術(shù)［16］；在產(chǎn)品制造或大修領(lǐng)域，僅有中海油田服務(wù)有限公司及寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司進(jìn)行過隔水管伸縮裝置的修理工作。

中海油服進(jìn)行的流花油田南海挑戰(zhàn)號(hào)FPS伸縮裝置修理中［17］，僅對破損的密封面進(jìn)行修補(bǔ)，同時(shí)對邊管公母接頭進(jìn)行堆焊和機(jī)加工修復(fù)，對產(chǎn)品整體幾乎無改動(dòng)。其中，GE 公司拒絕單獨(dú)提供內(nèi)筒等部件，導(dǎo)致產(chǎn)品使用壽命受到很大的局限。

寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司近年來對南海六號(hào)660.4 mm（26英寸）、711.2 mm（28英寸）兩根伸縮裝置進(jìn)行了修理，對外筒整體進(jìn)行了再制造；對亞馬遜伸縮裝置進(jìn)行了改造。攻克了內(nèi)、外筒動(dòng)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、大直徑薄壁圓筒自動(dòng)復(fù)合TIG 焊接工藝、超長大直徑圓筒機(jī)加工藝、高性能材料的研制、高壓邊管焊接工藝、海洋飛濺區(qū)構(gòu)件防腐技術(shù)、伸縮裝置工程化應(yīng)用試驗(yàn)方法研究等伸縮裝置研制中的關(guān)鍵技術(shù)。再制產(chǎn)品已陸續(xù)投入平臺(tái)的鉆井作業(yè)，現(xiàn)場應(yīng)用情況良好。

4 隔水管伸縮裝置關(guān)鍵技術(shù)

4.1 動(dòng)密封技術(shù)

在深水鉆井作業(yè)中，由于浮式鉆井船／平臺(tái)在水面上的運(yùn)動(dòng)，平臺(tái)井口與海底井口間的位置隨時(shí)都在變化，需要有進(jìn)行位移補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)空密封的裝置，其中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)密封的關(guān)鍵部件為伸縮裝置密封總成。伸縮裝置密封總成在設(shè)計(jì)時(shí)須兼顧以下幾點(diǎn)要求：

1） 動(dòng)密封效果好。伸縮裝置的密封不同于普通的靜密封，亦不同于工程設(shè)備用液壓動(dòng)作桿腔的密封。因?yàn)榇半S風(fēng)浪升沉的速度較快，伸縮裝置內(nèi)、外筒之間的相對運(yùn)動(dòng)速度較傳統(tǒng)液壓動(dòng)密封裝置更大，要實(shí)現(xiàn)完全密封不滲漏難度大。

2） 相配合的密封構(gòu)件為薄壁大直徑圓筒，密封行程超長，通過提高加工精度難以保證內(nèi)筒外圓各段均能與密封盤根緊密接觸，僅依靠橡膠體的自壓縮，也無法實(shí)現(xiàn)密封。

3） 伸縮裝置工作的區(qū)域?yàn)楹Ｉ巷w濺區(qū)，是腐蝕形勢最惡劣的區(qū)域，內(nèi)部與鉆井液和地層液體相接觸；內(nèi)筒在這樣的區(qū)域中長期工作，腐蝕和磨損都是無可避免的。須保證在內(nèi)筒磨損和腐蝕減薄的前提下仍能實(shí)現(xiàn)同樣的密封效果。

4） 密封膠體應(yīng)該同時(shí)兼?zhèn)淠湍ァ⒛屠匣?、耐油、耐化學(xué)腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)，以保證在膠體可長期處于惡劣的工作條件下滿足密封要求。

5） 應(yīng)具有應(yīng)急備用機(jī)制，在密封膠體出現(xiàn)撕裂等問題的前提下，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)對井液的動(dòng)密封，以免污染環(huán)境。

4.2 遠(yuǎn)程控制鎖緊技術(shù)

伸縮裝置在移運(yùn)和下放過程中，內(nèi)、外筒處于鎖緊位置，待BOP 坐放完成以后，再打開內(nèi)外筒的鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和密封的功能。這就要求伸縮裝置的鎖緊總成具有自動(dòng)控制、動(dòng)作敏捷、動(dòng)作到位等特點(diǎn)。

1） 自動(dòng)控制。傳統(tǒng)的伸縮裝置依靠單、雙耳板加鎖緊銷的方法進(jìn)行內(nèi)、外筒的鎖緊。因?yàn)樯炜s裝置下放位置處于月池附近，人工操作風(fēng)險(xiǎn)極大，同時(shí)安裝和拆卸銷子都是耗時(shí)費(fèi)力的工作；若能實(shí)現(xiàn)液壓鎖緊和解鎖，在鉆臺(tái)面操作進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，將極大提升產(chǎn)品的HSE性能。

2） 動(dòng)作到位。遠(yuǎn)程控制的產(chǎn)品一個(gè)重大和基本的要求就是動(dòng)作到位，如果所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)無法做到這一點(diǎn)，反而比人工操作的簡單鎖緊機(jī)構(gòu)更加耗時(shí)費(fèi)力，并且出現(xiàn)故障不易修理。

3） 動(dòng)作敏捷。鉆井平臺(tái)的日費(fèi)率高昂，所設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)必須滿足動(dòng)作敏捷的特點(diǎn)，方能比人力操作更有優(yōu)勢。

4.3 內(nèi)筒制造技術(shù)

伸縮裝置的內(nèi)筒是一個(gè)超長的大直徑薄壁圓筒，整個(gè)外表面都屬于運(yùn)動(dòng)密封表面，對表面質(zhì)量及形狀公差要求極高。同時(shí)，內(nèi)筒也是主承載路徑上的關(guān)鍵件，對材料等級和缺陷控制也是十分嚴(yán)格。內(nèi)筒的制造需要滿足以下要求：

1） 超長管保證直線度。內(nèi)筒一般是一個(gè)十幾米的大長筒，內(nèi)筒的全長直線度若不能保證，會(huì)引起密封橡膠的偏磨，最終會(huì)影響密封效果以及縮短密封橡膠的壽命。

2） 大直徑薄壁長管表面粗糙度。在伸縮裝置服役過程中，內(nèi)筒與密封膠體在較大的接觸應(yīng)力作用下長時(shí)間保持雙向的相對運(yùn)動(dòng)，若表面粗糙度無法保證，很容易造成密封橡膠的磨損甚至撕裂，影響密封效果和密封橡膠的壽命。

4.4 張緊環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

隔水管管串與張緊設(shè)備的連接依靠張緊環(huán)實(shí)現(xiàn)，要求張緊環(huán)在傳遞巨大的軸向拉伸載荷條件下盡量小的傳遞轉(zhuǎn)矩，即張力環(huán)本身相當(dāng)于一個(gè)極大的推力軸承，并且要求轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，啟動(dòng)無爬行等。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)達(dá)到以下要求：

1） 承載能力強(qiáng)。張緊環(huán)需要承載整個(gè)隔水管串的拉伸載荷，其承載力設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。

2） 轉(zhuǎn)動(dòng)平滑。對于部分要求可旋轉(zhuǎn)的張緊環(huán)，需確定采用液壓推力軸承或者選用傳統(tǒng)的軸承滿足張緊環(huán)旋轉(zhuǎn)的要求；且需要對張緊環(huán)啟動(dòng)和運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦阻力進(jìn)行設(shè)計(jì)和檢測，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力過大同樣會(huì)引起隔水管串的扭轉(zhuǎn)過渡，引起系統(tǒng)損傷。

5 伸縮裝置發(fā)展方向

作為隔水管系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，隔水管伸縮裝置承擔(dān)著BOP 坐放、泥漿循環(huán)密封、補(bǔ)償平臺(tái)升沉運(yùn)動(dòng)等重要功能，其可靠性十分重要。目前，海上平臺(tái)仍然存在隔水管密封失效導(dǎo)致的環(huán)境事故，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)著重關(guān)注產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，通過提升設(shè)計(jì)計(jì)算水平、施工水平以及材料能力予以避免。

由于海上平臺(tái)對可變載荷十分敏感，隔水管系統(tǒng)的質(zhì)量控制非常重要，隔水管伸縮裝置由于其較大的長度和功能集成，使其成為隔水管系統(tǒng)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)可以為平臺(tái)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。

另一方面，由于海上工作條件惡劣，危險(xiǎn)系數(shù)較高，自動(dòng)化、智能化的裝備有利于鉆井工作的進(jìn)行，且降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)。目前，多數(shù)隔水管伸縮裝置在產(chǎn)品的鎖緊、解鎖，與張緊環(huán)的對接安裝，節(jié)流壓井管線出口與平臺(tái)設(shè)備的連接等工作中，依然需要人力參與。國外產(chǎn)品的一個(gè)趨勢就是將這些問題交由液壓、電控等更先進(jìn)的自動(dòng)化方案來解決，在此概念引導(dǎo)下，國外公司開發(fā)了一些該類產(chǎn)品。

張緊環(huán)和邊管終端的集成化也是伸縮裝置的一個(gè)發(fā)展方向。目前的設(shè)計(jì)中，張緊環(huán)以及邊管終端的連接多在轉(zhuǎn)盤下方以及月池上方由人工進(jìn)行對接組裝。由于深水隔水管系統(tǒng)裝備載荷大、質(zhì)量大，人工進(jìn)行安裝耗時(shí)費(fèi)力，且在上下升沉運(yùn)動(dòng)中的浮式平臺(tái)月池上方作業(yè)非常不利于人員的安全。在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制安裝的同時(shí)進(jìn)行張緊環(huán)和邊管終端的集成化設(shè)計(jì)，可以使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，操作更方便。

6 結(jié)論

1） 根據(jù)對隔水管伸縮裝置關(guān)鍵功能模塊的分析研究，以及對國外同類產(chǎn)品的對比分析，闡明了隔水管伸縮裝置的主要功能和關(guān)鍵技術(shù)，并提出了伸縮裝置關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2） 國際領(lǐng)先的隔水管制造公司已經(jīng)將輕量化、機(jī)械化作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向，并給出了一些實(shí)施范例，這也應(yīng)該成為國內(nèi)同行進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展目標(biāo)和方向。包括但不限于：內(nèi)、外筒鎖緊裝置平臺(tái)機(jī)械化集成操作；在位可更換的隔水管伸縮裝置密封；平臺(tái)集成控制的氣／液兩路伸縮裝置動(dòng)態(tài)密封；軸承／液壓的低轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦張緊環(huán)；機(jī)械式易安裝的邊管終端接頭及其工具；低摩阻耐海洋氣候防腐涂層。