自升式海上钻井平台液压升降系统解析

石油和化工设备
自升式海上钻井平台液压升降系统解析
程 龙
（ 中海油能源发展股份有 限公司监督监理技术 公司， 天津 ３ ０ ５ ） ０４ １
［ 要］结合 海上 平 台液压升降 系统的应 用情 况，对 该液压升降 系统的主要功 能、结构组 成、工作 过程 、液压和控制 等进 摘
行 了系统 的分析介 绍。 ［ 关键 词］ 自升 式海 上钻 井平 台；液压升降 系统 ；分析介 绍
伸 出 状 态 ，随着 主 油 缸缩 回 ， 当上 插 销 对 准 销 孔 时 ，上 插 销 插 到位 后 触 发 水平 位 置传 感器 ，主 油 缸和 上插 销 油缸 自动 停止 工作 。 （ ）下 插 销 卸载 。控 制 主 油缸 继 续缩 回 ，直 ５
液 保 持清 洁 ，过 滤 器 上 装 有 堵 塞 发 讯 装 置 ， 当 需 要 更 换 滤 芯 时 ，控 制器 自动 发 出报 警 提 示 信 号 ； 系 统 装 有 液位 温 度 计 用 以检 测 指 示 油 箱 的 油 位 和 温 度 ， 同时 系 统 利 用海 水 作 为冷 却 介 质 ，防 止 系
统 油 温 过 高 。空 气 过 滤 器保 证 油 箱 内部 与 大 气 相 通 及 空气 的清 洁 ，确 保系 统稳 定工 作 。
销 到 位 后 ，上 插 销 水 平 位 置 传 感器 发 出信 号 ，系 统 自动 停止插 销 油缸 动作 。 （ ）主 油缸 回位 。控 制 主 油缸伸 出 ，通 过 安 ４ 装 在 主 油 缸 上 的位 移 传 感器 检 测 主 油 缸 的行 程 ， 当主 油 缸伸 出至 ｌ ０ ｍｍ时 ，上插 销 自动 切换 到伸 Ｏ０ 出状 态 ， 随着 主油 缸 伸 出 ， 当上 插 销 对准 销 孔 时
插 销 经 过桩 腿 的下 一 个 销 孔 ，上 插 销 插 到位 后 触 发 水 平 位 置 传 感 器 ，主 油 缸 和 上 插 销 油 缸 自动 停
止 工作 。
图２ 上插 销机构结构示意图
（ ）下插 销 卸载 。控 制 主 油缸 伸 出 ，直至 下 ５ 插 销 纵 向位 置 传 感 器 发 出信 号停 止动 作 。 即下 插
床 及 平 台 的升 降 ；桩 腿在 工 作 过程 中 Fra Baidu bibliotek应 运 行 平 稳 ， 无卡 死 现 象 ：插 桩 或 拔 桩 过程 中 ，液 压 执 行 机 构 能满 足 一 定节 距 的行 程 要 求 ； 系统 设计 为 自 锁 式 桩 腿 液 压 升 降 系统 ，在 各 种 工 作 及 非 工 作 状 态 下 ，系 统 可 以实现 自锁 ，通 过 计 算 机 或 中央 控 制 台下 达指 令完 成平 台 的升 降作 业 。
１ 海上平台液压升降系统 的结构及组成
海 上 平 台 液 压 升 降 系 统 采 用 主 油缸 插 销 式 ， 共 有 几 套 相 同 的升 降 机 构 。 以４ 桩 腿 的 平 台 为 条 例 ，液压 升 降系统 的主 要部件 见 表 １ 。
表 １ 液压升降 系统的主要部件
序 号 １ 名 称 主 油 缸 单位 数 量 △ 口 １ 双 作 用 液压 油缸 及 附件 。 ６ 备 注
２平 台液 压 升 降 系 统 工 作 原 理 平 台液 压 升 降 系 统 可 实 现 七 个 动 作 ：下 桩 、 插 桩 、 升 平 台 、 调 平 、落 平 台 、拔 桩 、起 桩 ，其 中 升 平 台与 插 桩 工 作 过 程 相 同 ， 降平 台与 拔 桩 过
程 相 同 ，而 调 平 根 据 平 台高 （ ）情 况 不 同与 拔 低 桩 （ 桩 ） 相 似 。根 据 上 述 分 析 与 桩 体 受 力 的 插 不 同 ，将 桩 腿 的 全 部 工 作 过 程 分 为 四个 动 作 ：下 桩 、插 桩 、 拔 桩 、起 桩 。升 降 平 台作 业 前 首 先 将 桩 与 主 甲板之 间 固 定 楔 块 卸 去 ，检 查 升 降 系 统 装 置工 作 正常 ，平 台处 于可 升 降 的作 业状 态 。
液 压 升 降系 统 的执 行 机 构 分 别 安 装 在 钻 井 平 台的 四个 角 上 ，每 套 执 行 机 构 由桩 体 、上 环 梁 、 插 销 机 构 、主 油 缸 、 下 环 梁 等 组成 。通 过 上 、下 两 组 插 销 机 构 交 替 伸 缩 （ 环 梁 为 动环 梁 ，下 环 上 梁 固定 在 平 台船 体 上 ） ，配 合 主 油 缸 的伸 缩 ，实 现 整 个 桩 腿 的下 桩 、插 桩 、升 平 台 、 调 平 、落 平
２ ３ ４
５ ６
７ ８
插 拔销机构 液压站及控制 系统 液压软管及接头
安全装置 行程检测系统
位 置 检 测 系 统 控制系统
套 厶 口 套
套 套
套 套
４ 每台包括插 销油缸、销轴 以及可滑动 的插销油缸安放基座 。 ８ １ 提供液压动力的电机、液压泵 站以及控制 阀组 。 ４ 包括液压动力站至控制阀模块、控 制模 块至各 油缸之 间的所有 软管及接 头
１ 液压 自锁装置 。 ６ ４ 检测各主油缸 的伸缩行程 。
４ 包 括 插 销 油 缸 轴 向 以及 径 向 的位 置 检 测 装 置 。 １ 包括 Ｐ Ｃ 辑 控 制 系 统 、 同 步控 制 系 统和 动 力控 制 系 统 。 Ｌ逻
９
电气控制箱
套
１ 包括控制 柜、电器控制元器件 。
（ ）拔 桩 （ １ 降平 台 ） 。平 台处 于漂 浮 状态 ， 拔 桩 时是 销 子 的上 部 承 受 载 荷 ， 受 力 大 小 为海 床 泥 土 所 产 生 的摩 擦 力 与 吸 附 力 。 首 先 操 作 控 制 器 ，使 主 油 缸 伸 展 ，桩腿 随着 主 油缸 的伸 展 而 向
自升 式 海 上 钻 井 平 台 液 压 升 降 系 统 由一套 独 立 的 液 压 驱动 系 统提 供 动 力 ，确 保 桩 腿 可 克 服泥
土 、砂 石 等 带 来 的 阻 力和 升 降平 台 自身 的 重 力 ， 将 桩 腿 插 入 或 拔 离 海床 以及 升 降整 个 平 台 。根 据 平 台升 降工 况 、作 业 工 况 、 自存 工况 、预 压 工 况 的 重量 重心 计 算 及 环 境 载 荷 的 计 算 结 果 ，确 定升 降 系 统 的 正 常升 降 能力 、预 压 升 降能 力 、 船 体 升 降 速 度 。海 上平 台液 压 升 降系 统 设 计 应 满 足 以下 功 能 ：确 保 系 统 有 足够 的动 力 克服 泥 土 、砂 石 等 阻 力 与 平 台 自身 的 重 力 ，将 桩 腿 体 插 入 或 拔 离 海
图 １ 执行 装置 结构 示意图 作者简介 ：程龙 （９ ２ １ ８ 一），男，西南石油大学毕业，学士
工程师。研究方向海洋 工程 。
第８ 期
程 龙 自升 式海 上钻 井平 台液压升降系统解析
一３ ３
内 设 有 纵 向 位 置 传 感 器 ， 用 来 检 测 插 销 纵 向 位
置 ，防止在 带 载插 拔销 轴 时损坏 销 轴 。
上 移 动 ，通 过 安 装 在 主 油 缸 上 的位 移传 感 器 检 测
主 油 缸 的 行 程 ， 当主 油 缸伸 展 至 １ ０ ｍｍ时 ，下 Ｏ０ 插 销 自动 切 换 到 伸 出状 态 ， 随着 主 油缸 伸 展 ， 当 下 插 销 对 准 销 孔 时 插 销 ，下插 销 插 到位 后 触 发 水 平 位 置 传 感 器 ，主 油 缸 和 下插 销 油缸 自动 停 止 工 作。 （ ）上 插 销卸 载 。控 制 主油 缸 缩 回 ，直 至 上 ２ 插 销 纵 向位 置 传 感 器 发 出信 号 停 止动 作 。即 上 插
２２插桩 （ ． 升平 台）。当桩腿被放置 到海 底时 ， 需要 利用 升 降系统 将桩 体插入 海床 （ 或将 钻井 平 台顶 起 ） ， 防 止 钻 井 平 台滑 动 。 插 桩 过 程 与 下 桩过 程类 似 ，不 同之 处在 于受力 方 式不 同 ， 下 桩 时是销 子 的上部 承受 载荷 ，受 力 大小 为桩 腿 自重 ；而插桩 是 销子 的下 部承 受载荷 ，受力 大小 为插入泥土 的阻力。 ２３拔桩 。当钻井平 台准 备移动 时，要将 桩腿从 ． 海 床 中拔 离 。通 过 主油缸 的伸 展 实现起 桩和 降 平 台作业 。其具体过程如下 ：
（ ）上 插 销拔 出 。控 制 上插 销 油缸 缩 回 ，拔 ３ 销 到 位 后 ，上 插 销 水 平 位 置传 感 器 发 出信 号 ，系
（ ）上 插销 拔 出 。控 制 上插 销 油 缸伸 出 ，拔 ３
３ 一 ■ 技术 交流 ４
统 自动停 止插 销 油缸 动作 。
石１年 ５ ２ ２ 化工 卷 ０ 和第１ 油 设备
（ ）上 插销 卸 载 。控 制 主 油缸 继 续缩 回 ，直 ２ 至 上插 销 纵 向位 置 传 感 器 发 出 信 号 停 止 动 作 。即 上插 销 已经脱 离 桩腿 内孔壁 ， 载 荷 已经 全 部 转 移
到下 插销 ；
销 已经 脱 离 桩 腿 内孔 壁 ， 载荷 已经 全 部 转 移 到 下 插销。
主 油 缸 的行 程 ， 当 主 油 缸 缩 回 至 ｌ ０ ｍｍ时 ， 下 Ｏ０ 插 销 自动 切 换 到伸 出状 态 ， 随着 主 油缸 缩 回 ，当 下插 销对 准 销 孔 时 插 销 ，下 插 销 插 到位 后 触 发 水 平 位 置传 感 器 ， 主 油 缸 和 下 插 销 油 缸 自动 停 止 工 作。
台 、拔 桩 、起桩 动作 。桩 腿 升 降结构 如 图１ 所示 。 插 销 机 构 主 要 由轴 套 、插 销 油 缸 、插 销 油缸 护 罩 、 销 轴 以及横 向位 置检 测 装 置 及 附件 组 成 。 如 图２ 示 。在 上 下 环 梁 插 销 孔 内各 有２ 水 平 位 所 个 置传 感 器 ，用 来 检 测 插 销 的 水平 位 置 。在 各 插 销
液 压 辅 助 设 备 的 回 油过 滤 器 使 液 压 系 统 的 油
（ ）主 油 缸 回位 。控制 主 油缸 缩 回 ，通 过 安 ４ 装 在 主 油 缸 上 的位 移 传 感 器 检 测 主 油 缸 的 行 程 ， 当主 油 缸 缩 回至 １ ０ ｍｍ时 ，上 插 销 自动 切 换 到 Ｏ０
主 油 缸 为 桩 腿 提 供 主 要 动 力 ，顶 部 与 底 部 分 别 连 接 上 环 梁 和 下环 梁 机 构 。 除此 之 外 在 主 油 缸 上 还 安 装 了位 移 传 感 器 与 行 程 开关 ，协 助 主 油缸 与插 销 油缸 协调 工作 。
销 已经 脱 离 桩腿 内孔 壁 ，载 荷 已经 全 部 转 移 到 上 插销 。 （ ）下插 销 拔 出 。控 制 下插 销 油缸 缩 回 ，拔 ６ 销 到位 后 ， 下插 销 水 平 位 置 传 感 器 发 出信 号 ， 系 统 自动停 止插 销油 缸动 作 。 （ ）重 复步 骤 （ ）。 ７ １
２１ 桩 。当钻平 台需 要就位 时 ，需要 下放桩腿 ． 下 并插 入海 床 。通 过主 油缸 的收 缩 实现 下桩 和平 台起 升作业 。其具体过程如下 ：
（ ） 下 桩 。 此 时平 台处 于 漂 浮 状 态 ， 下 桩 １ 过 程 升 降装 置 的 受 力 为 桩腿 重 力 。首 先操 作 控 制 器 ， 使 主 油缸 缩 回 ， 桩 腿 随着 主 油 缸 的缩 回 而 向 下 移 动 ，通 过 安 装 在 主 油 缸 上 的 位 移 传 感 器 检 测