勘探四號(hào)鉆井平臺(tái)鏈條式升沉補(bǔ)償器

李彥寧

中石化海洋石油工程有限公司上海鉆井分公司 上海 200000

石油鉆探行業(yè)中的各種鉆井平臺(tái)分守不同的海域?yàn)樽鎳?guó)的能源產(chǎn)業(yè)日夜奮戰(zhàn)，一般來(lái)說(shuō)，鉆井平臺(tái)分為自升式跟半潛式，相較自升式平臺(tái)，半潛式具有適應(yīng)性強(qiáng)，作業(yè)能力更加強(qiáng)大等特點(diǎn)。鉆具升沉補(bǔ)償器作為半潛式平臺(tái)必不可少的鉆井設(shè)備，是打井工作能否順利進(jìn)行的保障[1]。

1 結(jié)構(gòu)原理

1.1 分類(lèi)

升沉補(bǔ)償器是指海上浮動(dòng)鉆探裝置中，能使全套鉆具在鉆進(jìn)時(shí)不受升沉影響的一種專(zhuān)用設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用最廣泛的是大鉤補(bǔ)償類(lèi)的上下升沉式系統(tǒng)；目前勘探四號(hào)平臺(tái)采用的就是這種應(yīng)用最廣泛的補(bǔ)償器。

1.2 基本參數(shù)

型號(hào)：鏈條式DSC-I-25-600-L-BO-R 被動(dòng)式補(bǔ)償器，其中25 表示補(bǔ)償器的最大行程是25 ft；600 表示補(bǔ)償器補(bǔ)償能力是600 kips；其余參數(shù)為鏈條長(zhǎng)度25 ft，最高工作壓力2400 psi。

1.3 總體結(jié)構(gòu)

鉆柱補(bǔ)償器 Drilling String Compensator 也叫被動(dòng)補(bǔ)償器。包括主框架、補(bǔ)償框架、兩個(gè)圓柱型液缸，鏈條和鎖緊系統(tǒng)等。

1.3.1 主框架

升沉式補(bǔ)償器的主框架主要是兩圓柱形液缸，補(bǔ)償框架、鏈條和機(jī)械鎖緊銷(xiāo)等。它們的連接主要用螺栓結(jié)構(gòu)。以勘探四號(hào)設(shè)備為例，其工作時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備的主框架的安全拉力可達(dá)600 kips，設(shè)備鎖緊狀態(tài)時(shí)，其拉力為1500 kips。

1.3.2 補(bǔ)償框架 hook frame

補(bǔ)償框架位于補(bǔ)償器底部，與頂驅(qū)相連接，其與頂驅(qū)連接形式為一個(gè)圓柱形的可伸縮的液缸（機(jī)械鎖緊銷(xiāo)）。

1.3.3 圓柱型液缸 cylinder

補(bǔ)償器圓柱型液缸的內(nèi)徑是18．75″，活塞桿的直徑是14″，活塞桿的直徑相對(duì)較大的原因是：當(dāng)活塞行程到最末端的時(shí)候，還能夠提供最小體積的潤(rùn)滑油來(lái)保持潤(rùn)滑作用，而且活塞桿是空心結(jié)構(gòu)，能有效降低補(bǔ)償系統(tǒng)的自身重量。

兩個(gè)圓柱型液缸是升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的主要裝置，液缸內(nèi)的活塞和活塞桿是高壓氣體的直接作用點(diǎn)，通過(guò)高壓氣體從活塞底部自下而上作用活塞，從而使活塞桿向上伸出；或者減少氣體體積，使活塞桿下落。

1.3.4 鏈條 chain

補(bǔ)償器主要靠?jī)筛湕l連接，其額定壓力1000kips，一端連接在液缸上，因?yàn)橐焊着c游車(chē)連接在一起，間接又與平臺(tái)連接，所以屬于固定裝置，另一端連接在補(bǔ)償框架上，是升沉補(bǔ)償系統(tǒng)中的一個(gè)重要的部件，屬于動(dòng)態(tài)裝置。

1.3.5 鎖緊系統(tǒng) lock pin

鎖緊系統(tǒng)是一個(gè)可伸縮的圓柱形活塞桿，其工作動(dòng)力來(lái)自于氣瓶?jī)?nèi)壓縮的氮?dú)狻；钊麠U收回時(shí)系統(tǒng)打開(kāi)，活塞桿伸出時(shí)，系統(tǒng)鎖緊。由于活塞桿打開(kāi)時(shí)不能夠受力，因此只有當(dāng)系統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)備的重量與活塞所受的力相等時(shí)才能夠?qū)⒁焊状蜷_(kāi)[2]。

1.4 工作原理

通常將補(bǔ)償器液缸等主框架和平臺(tái)視為一體；補(bǔ)償框架與頂驅(qū)跟鉆具等運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償部件視為一體。當(dāng)海浪較大和某些回收套管送入工具、提抗磨補(bǔ)芯和打撈套管等海況復(fù)雜的情況下，平臺(tái)升沉較大時(shí)，首先增加補(bǔ)償器活塞底部的氣源壓力，直至壓力大于需要補(bǔ)償?shù)你@具的重量加上補(bǔ)償框架與頂驅(qū)的力量之和10 噸左右，保證活塞桿完全伸出，鏈條完全拉伸，然后打開(kāi)機(jī)械鎖緊銷(xiāo)，緩慢減小氣源壓力，則補(bǔ)償器跟頂驅(qū)脫離，持續(xù)減少氣源壓力，直至活塞桿下降至伸出中部位置，讓補(bǔ)償器發(fā)揮作用。

補(bǔ)償器正常工作時(shí)，活塞以上所承受的力為活塞體與氣壓大體平衡，海浪較大時(shí)，液缸會(huì)隨著平臺(tái)一起在潮差影響下做上下運(yùn)動(dòng)，而活塞需要保持上下兩端受力平衡，因此也會(huì)相應(yīng)上下運(yùn)動(dòng)，保證了鉆具保持相對(duì)靜止。

在補(bǔ)償器工作時(shí)，液缸活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成液缸內(nèi)部氣體體積的變化，從而導(dǎo)致氣體作用在活塞上的力不斷發(fā)生變化。作業(yè)時(shí)如果海況較差，平臺(tái)升沉較大則需要多打開(kāi)幾組工作氣瓶，保證氣源充足。

使用補(bǔ)償器應(yīng)注意，不能突然加大噸位或者超載使用，每一次誤操作都會(huì)導(dǎo)致意外情況發(fā)生；在氣管爆裂氣源急劇降低意外情況下，補(bǔ)償器自動(dòng)鎖緊裝置能夠自動(dòng)鎖緊，切斷補(bǔ)償器本體與氣源供應(yīng)管線之間的通路。

2 關(guān)于鉆桿升沉補(bǔ)償系統(tǒng)工作的一些認(rèn)識(shí)

2.1 該系統(tǒng)有滯后效應(yīng)的補(bǔ)償系統(tǒng)

因?yàn)檠a(bǔ)償器是為了應(yīng)對(duì)外界升沉影響和某些特殊工況時(shí)才會(huì)使用，故它是一個(gè)被動(dòng)的，應(yīng)對(duì)的系統(tǒng)，由于設(shè)備的一系列操作和反應(yīng)聯(lián)動(dòng)作用，故補(bǔ)償器的作用無(wú)法同時(shí)補(bǔ)償外界對(duì)設(shè)備造成的影響。

2.2 補(bǔ)償系統(tǒng)工作載荷的限度

本次我們討論的鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)額定載荷為600 kips，在有斜度的井中作業(yè)可能會(huì)造成卡鉆，鉆具維持活動(dòng)的力量可能超過(guò)600 kips。此時(shí)就不能使用補(bǔ)償器，需要將活塞桿收回，鎖緊機(jī)械鎖緊銷(xiāo)，使用鉆井絞車(chē)活動(dòng)鉆具，從而此時(shí)保護(hù)補(bǔ)償器系統(tǒng)[3]。

2.3 補(bǔ)償系統(tǒng)補(bǔ)償距離的限度

本次我們討論的鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)活塞桿長(zhǎng)度12．5ft，鏈條最大行程是25 ft，即該系統(tǒng)的最大補(bǔ)償距離為25 ft，因?yàn)殒湕l是動(dòng)態(tài)量；使用過(guò)程中也應(yīng)注意，如果需要補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)度超過(guò)鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的工作范圍，也不能適用補(bǔ)償器系統(tǒng)。

2.4 關(guān)于動(dòng)力氣瓶

由于海浪情況跟不同的作業(yè)需求，在鉆柱升沉補(bǔ)償系統(tǒng)工作時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要根據(jù)不同的需要確定使用動(dòng)力氣瓶的個(gè)數(shù)，勘探四號(hào)補(bǔ)償系統(tǒng)工作瓶配備了10 個(gè)動(dòng)力氣瓶，可提供500～ 2400 psi 不等的壓力。

3 結(jié)語(yǔ)

在鉆井平臺(tái)上補(bǔ)償器處于長(zhǎng)期工作狀態(tài)，不可避免會(huì)發(fā)生一些突發(fā)故障，這就要求我們?cè)谄饺绽镆惨龊镁S修和保養(yǎng)工作，保障鉆井工作順利進(jìn)行。