浮式钻井装置隔水管张紧系统研究.pdf

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1、SHANGHAISHIPBUILDING上海造船2010年第4期（总第84期）海洋工程浮式钻井装置隔水管张紧系统研究赵建亭，薛颖，潘云，程峰（708研究所，上海200011）摘要：针对浮式钻井装置的隔水管张紧问题，提出了几种解决方案，并对方案的补偿原理做了分析研究,同时也对DAT隔水管张紧系统设计作了阐述。关键词：浮式钻井装置；隔水管；张紧系统+中图分类号：U664.69文献标识码：A文章编号：1005-9962(2010)04-0001-05Abstract:Thispaperproposesseveralsolutio

2、nsforrisertensioningoffloatingdrillingunit,anddiscussesthecompensationmechanismsbehindeachsolution,whichalsoservesasasummaryforthedesignofDATrisertensioningsystem.Keywords:floatingdrillingunit;riser;tensioningsystem0前言CERTIFICATIONOFDRILLINGSYSTEM及挪威船级社（DNV）的DRILL

3、INGPLANT等。深海油气开采一般采用浮式钻采形式。主要有半1.1基本要求[1~3]潜式钻井平台、圆筒型钻井平台、钻井船、钻井驳及张紧系统的最小张力设定应保证隔水管的稳其它类型的浮体，为其提供一个实施钻井功能的载定性；最大张力的设定不应超过张力器动态张力极体。浮式钻井作业中极其重要的是使隔水管形成一个限值的90%。在水下防喷器组与钻台转喷器之间的泥浆返流通道。在张紧系统的管线上设限流装置，是为了张力隔水管的顶部设置一个能够补偿浮体升沉运动的伸器在绳索破断或其他失效情况下能使流体停止流缩节。伸缩节的内筒是通过柔性接头与转喷

4、器连接在入或降低流入张力器液压缸的流速。一起，外筒由张力环及卸扣与隔水管张紧器连接在一对于浮式钻井作业，在隔水管应急解脱时应有起。隔水管张紧系统可以通过伸缩节为隔水管顶部提供垂向力，以控制隔水管的应力和位移。并能在浮体空气瓶作垂直和水平运动的情况下，使隔水管柱的张力基本(200-2400psi)低压操作保持恒定，不致使它出现弯曲、扭转等损坏。本文就半潜式钻井平台的隔水管张紧系统进行了分析，并对蓄能器速度控制阀DAT（DAT：DirectActiveTensioner，直接作用式张油气筒紧器）隔水管张紧系统进行了阐述。(20

5、-40psi)控制台1隔水管张紧系统要求高压密封气源排气口液压缸隔水管张紧系统的要求，一般是根据船级社排气的规范。诸如：中国船级社（CCS）的《钻井装口置发证指南》、美国船级社（ABS）的GUIDEFOR高压空气低压空气高压油低压油第一作者简介：赵建亭，男，工程师，1978年生。主要从事机械设计及研究工作。收稿日期：2010-07-28图1有导向绳的隔水管张紧系统2上海造船2010年第4期抗隔水管反冲的措施，以避免隔水管、钻井平台和区井口的位置。人员受损。对于采用导向绳的隔水管张紧系统，见图1，其导向滑轮的布置应使钢丝绳与

6、伸缩节的轴线夹角保持尽可能地小，以使钢丝绳的垂直分力为最大，从而可增加钢丝绳的寿命。1.2冗余要求张紧系统的设计应确保一个张力器失效或维修的情况下，其余张力器还能为隔水管提供所需要[1~3]的最小张力。2隔水管张紧系统图2DAT隔水管张紧系统2.1具体要求浮式钻井装置的隔水管系统是依靠作用于隔水管顶部的轴向张力或向上的浮力来支撑。在海上钻井作业过程中，张紧系统控制着隔水管系统的应力大小，并影响着隔水管系统的弯曲度。随着隔水管尺寸、海水深度、环境载荷、泥浆比重的增加，支撑隔水管系统的轴向张力也会增大。隔水管张紧系统的运动行程

7、必须大于浮体的升沉，还要计及潮汐的影响、连接件的调整和浮体吃水的变化。但是过大的张紧运动行程又会降低张紧系统的效能。因此，隔水管张紧系统在钻井装置达到垂直升沉运动的最大峰值时的响应必须等于或大于钻井装置升沉的瞬时最大垂直速度。2.2型式图3布置于钻台四周的张紧器目前浮式钻井装置隔水管张紧系统有两种：一种是传统的钢丝绳型式，如图1所示；另一种为新颖的液压缸直接作用（DAT），如图2所示。前者通过钢丝绳及滑轮组将张紧系统的张紧升沉补偿行程增大为液压缸行程的n（滑轮组的倍率）倍，而且由于液压缸的缸体尺寸相对较小，利用布置的空间可

8、配置多对张紧器，但是，这种型式的导向附件所占用平台的月池区或者钻台四周的空间较大，而且钢丝绳易磨损失效。图3为布置于钻台四周的钢丝绳式隔水管张紧器。随着大型液压缸制造技术的不断发展，开始应用DAT型式。它的补偿行程基本为液压缸活塞杆的行程，因此液压缸的行程及缸体尺寸都较大。可以省去钢丝绳及相应的导向附件