CN106836164A - 一种旋转式多方位移动悬臂梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式多方位移动悬臂梁，包括通过悬臂梁移动装置3安装于钻井平台船体4上的悬臂梁2；悬臂梁移动装置3包括旋转移动部分5、水平移动部分6，以及连接结构7；旋转移动部分5包括为连接结构7提供移动导向的圆形旋转轨道8，连接结构7上设置了在圆形旋转轨道8上移动的驱动装置9；水平移动部分6包括固定在悬臂梁2上的滑移轨道10以及关联连接结构7的驱动机构。本发明满足自升式海洋石油钻井/采油平台在海上钻井、采油对平台上移动悬臂梁的钻井能力需要，一次海上定位同时钻采多口油井，平台的建造成本较低。悬臂梁在钻井平台上通过转动加伸缩运动，可以实现钻采石油时悬臂梁、钻台全负载钻井。

Description

一种旋转式多方位移动悬臂梁

技术领域

本发明涉及自升式钻井平台，更具体地说，涉及一种旋转式多方位移动式悬臂梁方案设计。

背景技术

自升式钻井平台为实现一次海上定位同时钻采多口油井，为实现这种功能自升式钻井平台通常在甲板上设置一个可以移动的悬臂梁和钻台，通过二者的配合满足自升式钻井平台的一次定位同时可以钻采多口油井的需要。

目前国际上在30米至170米水深区域的海上石油钻井平台通常采用的是自升式带悬臂梁及钻台方式，这种方式可以实现平台在海上一次定位同时钻采几十口油井的功能。目前这种自升式钻井平台的悬臂梁移动的方式分为两种。

一种悬臂梁移动的方式是将悬臂梁与钻台分为两个部分，悬臂梁在钻井平台上作纵向移动，而悬臂梁端部的上方布置了一个安装了主要钻井设备的钻台结构，该结构可以载着钻井设备在悬臂梁尾部上方横向移动，通过二者纵、横向的移动实现自升式钻井平台一次定位同时钻采多口油井的需要；

另外一种是荷兰的GustoMSC专利设计的X-Y形悬臂梁方案，该方案是将悬臂梁与钻台结构设计成为一个整体，采用该设计方案的自升式钻井平台在甲板上设计了两道横向T型结构，另外设计了一种特殊移动设备，该特殊移动设备下部与甲板上的两道横向T型结构配合，实现悬臂梁及钻台的横向移动；而该设备的上部与悬臂梁的两道轨道配合，可以实现悬臂梁及钻台的纵向移动。

这两种形式的悬臂梁及钻台形式对于自升式钻井平台来说，第一种因没有专利的限制所以目前被很多设计方所采用，而第二种因为专利的约束，所以只能选用荷兰GustoMSC的设计，同时还需购买他们的设备，所以平台的相对建造成本较高。

问题在于，两种形式中，荷兰的GustoMSC专利设计的X-Y形悬臂梁方案因钻台与悬臂梁为一个整体，钻井作业时钻井载荷被相对均匀的分布到悬臂梁的两个纵梁上，因此，这种X-Y形悬臂梁可保证在每一口油井处的钻井载荷没有变化，而传统型悬臂梁由于钻台在悬臂梁上移动，钻井载荷随着钻台的移动，被悬臂梁两个不同的纵梁所承担，这样造成要么悬臂梁结构要做的很强，要么钻井载荷需要降低，目前所有设计方或建造者选择的是后者，也就是降低钻井载荷。这样对钻井操作方来说影响较大，这也说明为什么近几年荷兰GustoMSC的X-Y悬臂梁形式的自升式钻井平台在海洋工程市场上占有率明显上升了很多。

发明内容

本发明针对自升式海洋石油钻井平台在海上钻采石油时悬臂梁、钻台无法实现全负载钻井的问题，提供一种旋转式多方位移动式悬臂梁方案设计。

本发明的优点是：(1)满足自升式海洋石油钻井/采油平台在海上钻井、采油对平台上移动悬臂梁的钻井能力需要，一次海上定位同时钻采多口油井，平台的建造成本较低。(2)悬臂梁在钻井平台上通过转动加伸缩运动，可以实现钻采石油时悬臂梁、钻台全负载钻井。

附图说明

图1是旋转式多方位移动悬臂梁的布置示意图。

图2是悬臂梁移动装置的正视结构示意图。

图3是悬臂梁移动装置的左视结构示意图。

图4是旋转移动部分布置示意图。

图5是焊接于主甲板的圆形旋转轨道俯视结构示意图。

图6是圆形旋转轨道的C-C截面示意图。

图7是采用齿轮齿条驱动方式实现悬臂梁旋转的系统布置左视示意图。

图8是采用齿轮齿条驱动方式实现悬臂梁旋转的系统布置俯视示意图。

图9是采用液压缸驱动方式实现悬臂梁旋转的系统布置左视示意图。

图10是采用液压缸驱动方式实现悬臂梁旋转未加压力平衡装置的布置俯视示意图。

图11是采用液压缸驱动方式实现悬臂梁旋转加压力平衡装置之后的系统布置俯视示意图。

图12是采用液压缸驱动方式实现悬臂梁纵向移动的系统布置正视示意图。

图13是采用液压缸驱动方式实现悬臂梁纵向移动的系统布置俯视示意图。

图14是采用液压缸驱动方式实现悬臂梁纵向移动的悬臂梁底部及侧部导向(滑移轨道和底座滑动板)结构示意图。

图15是连接结构的左视示意图。

图16是连接结构的A-A截面示意图。

图17是连接结构的B-B截面示意图。

图18是液压缸驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明一种旋转式多方位移动悬臂梁，使钻台结构与悬臂梁为一个整体，在钻井平台船体甲板上采用圆形旋转轨道，采用了特殊设计的连接结构和导向结构，通过安装于钻井平台甲板上与悬臂梁下的一套特殊装置，保证悬臂梁可以在钻井平台船体上通过旋转加纵向平移实现悬臂梁全负载钻井，从而实现自升式钻井平台在海上一次定位同时可以保证满钻井负载情况下钻井的需要，具体布置如图1所示，主要结构分为四部分：钻台1，悬臂梁2，悬臂梁移动装置3，钻井平台船体4。

本发明是一种新形式的旋转式多方位移动式悬臂梁方案设计，为实现该功能，悬臂梁移动装置3的驱动系统分为负责悬臂梁旋转运动的旋转移动部分5和负责悬臂梁纵向运动的水平移动部分6，而这两部分通过连接结构7连接，其中旋转移动部分5被安装在连接结构7与主甲板上的圆形旋转轨道8之间；水平移动部分6安装在连接结构7与悬臂梁2之间，具体详见图2～4所示。

旋转移动部分5包括为连接结构7提供移动导向的圆形旋转轨道8，连接结构7上设置了在圆形旋转轨道8上移动的驱动装置9。

圆形旋转轨道8用于悬臂梁旋转支撑及导向，主要目的是保证悬臂梁2在驱动装置9的推动下，可以沿着所述圆形旋转轨道以该轨道的圆心为中心旋转。圆形旋转轨道8的截面被设计为一个类似T型的结构，如图5～6所示。

圆弧转动的驱动装置9可以通过两种形式来实现驱动功能，一种是通过齿轮齿条形式，另外一种是通过液压缸的推移。

齿轮齿条形式的驱动方式是在圆形旋转轨道8上安装一个齿条13，在连接结构7上安装满足悬臂梁转动需求的带齿轮12的驱动马达11，所述驱动马达带动齿轮12咬合安装在圆形旋转轨道8上的齿条13，通过这种方法实现悬臂梁2在圆形旋转轨道8上的转动，如图7～8所示。

另外一种驱动方式是将上述的驱动马达11、齿轮12、齿条13取消，将其换成液压缸14，通过液压缸14的伸缩推、拉连接结构7及悬臂梁2，从而实现连接结构7及悬臂梁2在钻井平台船体4的圆形旋转轨道8上做圆弧转动，如图9～11所示。

本发明的悬臂梁水平移动部分6是用于实现悬臂梁2相对于钻井平台船体4的纵向移动，这种移动方式可以通过上述齿轮齿条驱动(类似图7连接形式，将圆形齿条换成平直齿条)或所述的液压缸驱动。这两种移动方式中，液压缸驱动因加工、安装精度及相应的加工及采购成本低，因此，首选直接采用液压缸推拉的方式用于悬臂梁2的纵向移动，整套悬臂梁纵向运动的水平移动部分6包括安装在连接结构7上的液压缸14、连接结构7、安装在悬臂梁2侧面的滑移轨道10、安装在悬臂梁2下部的底座滑动板15，如图12～14所示。

实施例一：旋转移动部分5采用齿轮齿条形式来实现悬臂梁旋转功能。在钻井平台船体4的主甲板上设计安装一个圆形旋转轨道8。所述圆形旋转轨道上安装了连接结构7，所述连接结构的上部与悬臂梁2的滑移轨道10通过液压推移油缸即液压缸14连接，所述连接结构的下部与焊接于主甲板上的圆形旋转轨道8、齿条13通过带齿轮12的驱动马达11连接。当悬臂梁2需要在平台上旋转时，启动驱动马达11，因旋转用支撑齿条13与焊接于平台上的圆形旋转轨道8相对固定，当驱动马达11带动齿轮12转动，齿轮12咬合齿条13迫使所述悬臂梁和所述连接结构在平台上沿着圆形旋转轨道8作圆弧旋转，驱动马达11可以采用电动马达或液压式马达，如选用液压式马达，为确保多个驱动马达的运转同步，需在液压系统中增加压力平衡装置16从而实现驱动马达运行同步。

当悬臂梁2旋转到一定角度后，为保证钻台1上的钻井中心可以与海上需钻采的油井中心对准，这时所述悬臂梁则需在连接结构7上做纵向移动，为实现悬臂梁2的纵向移动，需在悬臂梁2两侧各安装一个滑移轨道10，滑移轨道10与连接结构7之间通过液压缸14连接，所述液压缸一端固定在连接结构7上，另外一端可以沿着滑移轨道10移动和锁紧，通过所述液压缸在悬臂梁侧面的滑移轨道10上的交互伸缩和锁紧，使得悬臂梁2可以在连接结构7上沿着滑移轨道10做纵向移动，从而保证悬臂梁上的钻井中心与需钻采的油井中心对位，为确保多个液压缸的运转同步，需在液压系统中增加压力平衡装置16实现多个液压缸推移同步。

实施例二：采用液压缸驱动方式来实现悬臂梁旋转功能，旋转移动部分5采用液压缸的推移形式。在钻井平台船体4的主甲板上设计安装一个圆形旋转轨道8，同时在所述圆形旋转轨道的面板上设置用于液压缸插、拔销用配合孔，见图11。所述圆形旋转轨道上安装了连接结构7，所述连接结构的上部与悬臂梁2的滑移轨道10通过液压推移油缸即液压缸14连接，连接结构7的下部与焊接于主甲板上的圆形旋转轨道8通过液压缸14连接，取消带旋转齿轮的驱动马达和齿条，在圆形旋转轨道8与连接结构7之间安装可以伸缩的液压缸14，所述液压缸一端固定安装在连接结构7上，另外一端可以在圆形旋转轨道8上移动和锁紧，通过所述液压缸在圆形旋转轨道8上交互锁紧和伸缩，使得悬臂梁2同样可以沿着圆形旋转轨道8作圆弧旋转，为确保多个液压缸的运转同步，需在液压系统中增加压力平衡装置16实现多个液压缸推移同步。

当悬臂梁2旋转到一定角度后，为保证钻台1上的钻井中心可以与海上需钻采的油井中心对准，这时悬臂梁2则需在连接结构7上做纵向移动，为实现悬臂梁2的纵向移动，需在悬臂梁2两侧各安装一个滑移轨道10，滑移轨道10与连接结构7之间通过液压缸14连接，液压缸14一端固定在连接结构7上，另外一端可以沿着滑移轨道10移动和锁紧，通过所述液压缸在悬臂梁2侧面的滑移轨道10上的交互伸缩和锁紧，使得悬臂梁2可以在连接结构7上沿着滑移轨道10做纵向移动，从而保证悬臂梁2上的钻井中心与需钻采的油井中心对位，为确保多个液压缸的运转同步，需在液压系统中增加压力平衡装置16实现多个液压缸推移同步。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种旋转式多方位移动悬臂梁，包括通过中部的悬臂梁移动装置(3)安装于下部钻井平台船体(4)上的上部悬臂梁(2)；其特征在于：

所述悬臂梁移动装置(3)包括下方的旋转移动部分(5)、上方的水平移动部分(6)，以及连接所述旋转移动部分(5)、水平移动部分(6)的连接结构(7)；

所述旋转移动部分(5)包括为所述连接结构(7)提供移动导向的圆形旋转轨道(8)，所述接结构(7)上设置了在所述圆形旋转轨道(8)上移动的驱动装置(9)；

所述水平移动部分(6)包括固定在所述悬臂梁(2)上的滑移轨道(10)以及关联所述连接结构(7)的驱动机构。

2.根据权利要求1所述旋转式多方位移动悬臂梁，其特征在于：所述驱动装置9为液压驱动或齿轮齿条驱动。

3.根据权利要求1所述旋转式多方位移动悬臂梁，其特征在于：所述滑移轨道(10)为固定于所述悬臂梁底部和侧壁的两条平行轨道。