海洋压裂用高压软管卷扬滚筒的研制.pdf

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1、石油和化工设备-38-论文广场2017年第20卷海洋压裂用高压软管卷扬滚筒的研制彭飞（中石化石油工程机械有限公司第四机械厂，湖北荆州434024）[摘要]介绍了一种海洋压裂用高压软管卷扬滚筒，该滚筒能够满足海洋石油钻采增产压裂作业中，作业船与海洋平台间高压软管的连接和紧急切断。该卷扬滚筒由支撑构件、滚筒体、驱动电机、高压管汇、高压旋转接头和快速脱离装置等部分组成，该产品已获得中国专利。[关键词]海洋压裂；高压软管；卷扬滚筒；快速脱离海洋石油钻采增产压裂作业时，压裂液由压转动滚筒体实现旋转连接的高压管汇系统；裂船上的柱塞泵泵注到井下。井口

2、位于固定的海(4)实现滚筒芯轴与高压管汇的分离，便于高洋平台上，为了与相对浮动的压裂船建立压裂液压易损件的更换。输送的通道，必须建立柔性连接，因此选用高压1.2总体结构及工作原理软管用于连接压裂船与海洋平台，同时将高压压高压软管卷扬滚筒由滚筒支座、滚筒体、驱裂液由柱塞泵加压经井口注入到井下。动电机、旋转接头、旋转轴、快速脱离装置、直国内海洋压裂作业用高压软管都未配卷扬滚[1]角弯头、直管以及活动弯头构成，具体布置情况筒，使用后直接摆放在作业船甲板上。因施工需见图1、图2。要，高压软管长度设计为100m，由于高压软管管滚筒支座对整个装备进

3、行支撑，滚筒体一径较粗且重量较重，为尽量少占用船上的空间，侧安装驱动电机，另一侧安装旋转接头，驱动电同时也为回收高压软管提供动力，需要设计高压机、旋转接头与旋转轴同轴安装。旋转接头固定软管卷扬滚筒。该设备为高压软管提供放置空在滚筒支座上，一端连接甲板高压管汇，另一端间，在施工结束回收软管时提供动力。由于海洋与穿过旋转轴的活动弯头连接，工作时通过旋转作业中可能出现风浪等突发情况，还需要滚筒设备在突发情况发生时紧急切断高压软管与压裂船的连接，起到安全保护作用，为此，研发了一种海洋压裂用高压软管卷扬滚筒，该产品已获得中国专利。1技术分析1.1

4、需要解决的技术问题由于在海洋石油钻采增产压裂作业中，需要使用高压软管滚筒对高压软管进行收放，同时能够实现紧急切断功能，在设备研制过程中存在以下技术问题需解决：(1)根据高压软管卷扬速度，选取低速大扭矩动力源；(2)设计一种快速脱离装置，用于紧急切断高图1右侧视图压软管与滚筒的连接；作者简介：彭飞（1987—），男，山东日照人，大学本科，助理(3)设计满足压力需求，同时实现静止船体与工程师。在中石化石油机械有限公司第四机械厂从事常规大型压裂装备的设计与国产前沿压裂装备的研究工作。第6期彭飞海洋压裂用高压软管卷扬滚筒的研制-39-高压软管最

5、小弯曲半径0.9m，故滚筒体半径设计为1m；软管外径D=25.4×5.7=145mm，设计高压软管分两层排布，每层10圈，故宽度设计为1524mm。两层排管量约等于3.14×2×1×10×2=125m，大于100m，滚筒体尺寸满足排管量要求。如图1所示，滚筒体两侧共有16根支撑杆与旋转轴连接，旋转轴半径166mm，支撑杆长度L=1000-166=834mm，支撑杆规格为□76×51×4.5，材料为Q345，截面积S=0.001062m。已知所选电机扭矩13800N•m，则支撑杆弯曲强度：σ=13800/0.00106/16=0.8MPa

6、<[σ]=345MPa，1-滚筒支座；2-滚筒体；3-驱动电机；4-旋转接头；5-旋转轴；6-快速脱离装置；7-直角弯头；8-直管；通过计算可知滚筒体满足使用要求。9-活动弯头2.2动力源选型图2左侧视图卷扬时高压软管一端固定在滚筒上，另一端接头实现运动部件与静止部件的连接并输送高压由平台吊机进行牵引，简化受力模型如图3所示，[2]压裂液。快速脱离装置安装面与滚筒外圆相切，图中力Fn即为克服高压软管弯曲应力，G为高压一端与直角弯头相连，另一端与高压软管相连，软管重力，F为吊机拉力。已知滚筒半径为1m，软作业时一旦发生危险情况可通过远程控

7、制将快速管弯曲应力为5800N，则卷扬需要的扭矩为：脱离装置从内部断开，实现高压软管与船体的分T=Fn×r=5800N•m，设计要求软管最快需在离，保证施工安全。3min内卷起，已知滚筒转一圈卷起6.28m，则转速1.3主要技术参数为：n=100÷6.28÷3=5.3r/min。高压软管口径：3in，高压软管外径：5.7in，高压软管长度：100m，高压软管最小弯曲半径：0.9m，高压软管重量：31.2kg/m，卷扬滚筒直径：2m，滚筒重量：3350kg，系统最大压力：105MPa。2关键部件设计2.1滚筒体及支座滚筒体重量M=1364

8、kg；高压软管重量G"=31.2kg/m，长度L=100m；电机及管汇重量图3简化受力模型M1=400kg，故支座支撑总重量：T=(M+G"L+M1)g=(1364+31.2×100+400现有类似滚筒多选