石油圈
升式鉆井平臺所使用的隔水套管主要用來隔離海水,為鉆井過程提供一個鉆井液流動的通道。目前大多數在建自升式鉆井平臺的目標水深一般超過90m，需要足夠大的頂部張力及橫向約束才能維持隔水套管自身的穩定性及安全性。自升式平臺配置套管張緊器主要用來給隔水套管提供頂部張緊力及橫向約束，以改善隔水套管的力學性能，減小隔水套管的彎矩和橫向變形，解決隔水套管深水作業時的穩定和安全問題。
國內尚未有成熟的套管張緊器推向市場，為了加快我國套管張緊器的開發速度，筆者對隔水套管張緊器的現狀及相關技術進行了初探，主要對2種典型的隔水套管張緊器結構進行了說明；并針對該產品的配置選型、張緊力的確定和控制系統的設計等關鍵技術進行了探討，同時對產品的開發提出了建議,以供國內相關科研人員參考。
1應用現狀及類型石油圈原創www.h29736.cn
隔水套管張緊器的設計制造在國外已比較成熟，主要生產廠商有ICON、PATRIOT和TSC等公司，全球市場幾乎全部由國外公司壟斷；國內有寶雞石油機械有限責任公司和中石油海洋工程公司等單位進行了相關產品的試驗研究。石油圈原創www.h29736.cn
隔水套管張緊器主要有固定式和可移動式2種類型。固定式張緊器主要配置于執行勘探任務的平臺上，這是因為勘探井的井位一般為一個井位，井眼位置固定，張緊器相對船體的位置不能變化。而有的平臺主要用于鉆探開發井,故主要配置可移動式張緊器，以便在不同位置的井位鉆探井組。
1.1固定式張緊器
固定式張緊器的生產廠家主要是澳大利亞的I-CON公司,其產品又可分為整體式和分半式套管張緊器?該張緊器由張緊器支撐平臺?張緊器固定底座?支撐油缸和控制系統等構成?張緊器支撐平臺與船體通過銷軸耳板相連,起到支撐張緊器的作用;張緊器底座為焊接式結構,主要承載油缸反作用力,其中心為一通孔結構,可通過隔水套管?4個或8個支撐油缸安裝在底座的底板上,油缸的活塞桿上部通過卡瓦將力傳遞到隔水套管上,對隔水套管起到支撐作用;蓄能器與液缸相連,具有存儲能量和減小沖擊的作用?石油圈原創www.h29736.cn
正常工作時，隔水套管通過張緊器中心的通孔通向海底，其上部與卡瓦固結,靠支撐油缸對其支撐，然后通過增加蓄能器的壓力使活塞桿伸出并達到隔水套管設定的張力。當海浪或海流作用于隔水套管,迫使套管彎曲變形時，其縱向長度縮短，此時油缸活塞桿縮回,可補償隔水套管縱向距離的變化，并給隔水套管提供持續的頂部張力，改善了隔水套管的受力狀況,延長了其使用壽命。整體式張緊器可直接安裝在支撐平臺上，分半式張緊器則是在張緊器固定支座后面設計一個活門，更容易從隔水導管側面安裝卡瓦并將其與隔水導管固定，從而更方便地安裝隔水導管等設施。
其典型產品(T230A)的主要技術參數為:最大垂直載荷2300kN，最大水平載荷230kN，最大通徑952mm，最大行程300mm，適應套管508.0、609.6、762.0和914.4mm。
該產品已經在美國AtwoodBeacon鉆井平臺及迪拜的SAHAR-1~6等多個自升式平臺成功應用。由于該張緊器給隔水套管提供了一定的垂直張緊力，所以延長了隔水套管使用壽命。
1.2可移動式張緊器石油圈原創www.h29736.cn
可移動式張緊器的生產廠家主要有TSC和PA-TRIOT公司,目前JU-2000型自升式平臺配置的就是該類型的張緊器。該張緊器由張緊器支撐平臺、移動小平臺、支撐油缸、小平臺存儲單元、鎖緊裝置、張緊器移動裝置、提升工具和控制系統等構成,其結構比固定式張緊器復雜?
該張緊器可在左舷和右舷方向移動，2個液力作用的移動裝置分別安裝在套管張緊器底座的兩側，推動張緊器在張緊小平臺上左、右移動；在張緊器本體上安裝有4個鎖緊裝置，可左、右舷的任意位置將張緊器鎖緊在張緊平臺上，也可為移動裝置在步進移動時提供反作用力的支撐點。隔水套管的側向約束由4個徑向安裝的弧形支撐來限制,這些支撐均布安裝在井口方向，并且可以前、后移動，支撐上面安裝有帶弧度的支撐鞋來適應不同直徑的隔水套管。石油圈原創www.h29736.cn
在張緊器左右移動的過程中，移動小平臺存儲單元可將一側多余的移動小平臺存儲，同時將另一側的小平臺自動鋪設到張緊器平臺上。其典型產品的主要參數為：液缸8個，最大垂直載荷2800kN，最大水平載荷280kN,最大通徑1070mm，適應套管508.0、609.6、762.0和914.4mm。
近幾年建造的平臺大部分為JU-2000型自升式平臺，配置的張緊器為可移動式,如中海油的941號、942號平臺及CPOE17號平臺均采用了可移動式張緊器，已經服役多年。
2關鍵技術
2.1張緊器的配置技術
隔水套管張緊器安裝配置主要有3種型式：一是安裝在懸臂梁下，二是安裝在船尾船體上，三是懸臂梁和船尾各承擔一部分張緊載荷。TSC的可移動式張緊器將張緊器平臺懸掛在懸臂梁下，懸臂梁承受張緊載荷。懸臂梁下安裝的固定式張緊器通常采用4個液缸，在活塞桿上端連接鋼繩,鋼繩的另一端與隔水套管上部的防噴器連為一體，同樣也可給隔水套管提供張緊力。
ICON的固定式張緊器平臺安裝在船尾船體上，張緊器平臺靠拉桿和船體用銷軸耳板連接，在拖航工況下，張緊器平臺可用風動小絞車將支撐平臺合攏,工作時，張緊力全部作用在張緊器支撐平臺上，張緊器支撐平臺又將力傳給船體。有時為了讓懸臂梁和船體后側都承擔一部分力，使得整體結構更加合理,則在懸臂梁下安裝2個油缸通過鋼絲繩給隔水套管提供一定的張力，船尾的張緊器通過張緊器支撐平臺也給隔水套管提供一部分張力?？傊?，可根據鉆井類型和懸臂梁的承載能力等因素綜合考慮。
隔水套管張緊器布置在船尾的優點是在正常鉆井工況和風暴自存工況下均可使用，其缺點是張緊器平臺較大，導致現場安裝工作量和施工難度均較大;隔水套管張緊器布置在懸臂梁下的優勢是鋼絲繩式結構簡單，質量輕，現場安裝工作量小，同時可橫向移動，因此可以在平臺位置不變的情況下鉆探井組，其缺點是只能在正常鉆井工況下使用,現場安裝空間狹窄，張緊器的提升力受懸臂梁允許最大載荷的限制。
2.2控制系統設計
隔水套管張緊器的控制系統既可以單獨設計為一個模塊，也可以與BOP移動裝置設計為一體?？刂葡到y設計分為硬件設計和軟件設計。硬件設計包括電氣設計和箱柜設計，軟件設計包括PLC程序設計和人機界面設計。硬件主要由主配電單元、中央控制單元(MCC)、張緊器監控單元、氣瓶組監控單元、升沉測量單元以及附屬箱柜組成。中央控制單元負責收集并顯示張緊器系統的數據,并依據相應的流程和算法對系統進行控制。為保障控制系統穩定可靠,采用熱冗余PLC控制器作為系統的主控制器。張緊器監控單元主要完成對張緊器液缸數據、小平臺位置、張緊器鎖緊與解鎖等數據的采集功能,將張緊液缸的沖程長度實時傳遞到中央控制單元,并執行中央控制單元給出的指令。氣瓶組監控單元的主要功能是對張緊系統蓄能器及其連接的工作氣瓶組進行壓力控制。采集每組氣瓶的壓力并將數據傳遞給中央控制單元，實時接收用戶的操作命令,通過控制電動球閥對蓄能器、工作氣瓶組和備用氣瓶組進行沖、放氣,達到調節張緊系統張力的目的。升沉測量單元采集平臺運動測量單元提供的平臺升沉數據，并反饋回中央處理單元。石油圈原創www.h29736.cn
軟件設計主要包括3個方面：①沖程測量。通過張緊液缸上的位移傳感器,測量每個張緊油缸的沖程，并反映到人機界面中，該界面還可反映波浪的升沉運動情況。②張緊缸狀態監控。主要是對液缸的壓力、沖程及波浪等進行實時監控，并經過中央處理器進行運算，判斷張緊缸是否處于安全狀態，如果1組油缸出現故障，則可增加另幾組油缸的壓力，以保持恒定的張緊力。③記錄。實時顯示張緊器液缸的沖程、操作步驟和波浪升沉等信息，并生成數據曲線,將其記錄在系統存儲介質中，方便以后分析。
3發展建議
(1)建議相關研制單位進一步加強隔水套管張緊器的應用研究及工業性試驗驗證?尤其是目前JU-2000型自升式平臺使用較為廣泛，因此要加大研發可移動式隔水套管張緊器的力度，使其盡快實現國產化?石油圈原創www.h29736.cn
(2)解決隔水套管張緊器的反沖問題?在張緊器使用過程中，一旦卡瓦與隔水套管脫離,儲存在張緊器蓄能器中的巨大勢能將會被釋放出來,對張緊器支撐油缸產生沖擊,對產品造成破壞?因此，需采取措施對支撐油缸的反沖進行控制,可采取增配反沖閥及油缸設計阻尼裝置等措施?
(3)加強隔水套管張緊器支撐平臺的設計制造研究?目前隔水套管張緊器的支撐平臺體積和質量普遍較大，安裝困難，因此需要進一步優化平臺的結構及受力支撐點,使其達到輕量化的目的?
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