自升式海上钻井平台液压升降系统解析

自升式海上钻井平台液压升降系统解析
摘要：本文对海洋平台液压升降系统以往的情况，对液压举升系统的结构，工作过程，液压控制系统进行分析。

关键词：液压升降系统；分析介绍
一.引言
自升式海上钻井平台液压升降系统，由一组独立的海上钻井平台提高液压驱动系统，确保桩腿可以克服泥砂带来阻力和自身重力，将桩腿插入或拔出海床和升降平台。

根据升降平台、操作、自储存、预压等的重量计算出压力条件下的重量和重力，确定正常的起重能力，预提升系统容量的提高起升速度。

液压升降系统的设计平台应满足以下功能：确保系统有足够的力量去克服阻力和平台的重力，将桩体腿插入或拔出；在桩腿的工作过程，转动应平稳，无卡阻现象；插桩或桩过程，液压能满足一定的节距的要求；系统设计自锁液压升降系统，在各种工作和非工作状态时，该系统可以实现自锁，由计算机或控制台命令完成升降工作。

二.国内外自升式海上钻井平台现状
随着陆地油气资源开采力度的日渐加大和油气储量的不断减少，占全球资源总量约34%的海洋石油资源已成为人们关注的焦点和新一轮油气勘探开发的热点。

海洋钻井平台作为海上油气勘探开发的重要装备之一，目前已在世界范围内受到了普遍关注。

受海洋作业恶劣环境的影响，海洋钻井平台技术发展在近十几年中发生了重大变化，人们已经不再满足于过去传统的平台装备技术和钻探方式，而是逐渐将目光从浅海移向深海、由浅油气层转向深油气层、由简单地质层转向复杂地质层等，从而使得海洋钻井平台装备也随之由过去比较单一的固定式、自升式等装备发展到技术先进、控制性好、钻探能力强、适应范围广的钻探船、半潜式平台等勘探开发装备上来，并已成为当前和今后一段时间内世界海洋油气勘探开发的必然趋势。

纵观世界海洋钻井平台的发展历史，自1887年世界上最早的海上石油勘探开发工作起源以来，直到50多年以后，也就是20世纪40年代末期，海上石油工程才开始有了新的起色并发生了较大变化。

当时世界范围内共有3个国家能够从事海上石油开发工作，所用的平台都是固定式平台，且结构和钻井方式均比较简单，平台适应水深的能力只有几十米。

但随着装备技术的不断进步及石油的战略意义和石油本身带给人们巨额利润的诱惑，致使海洋油气资源的勘探开发格局发生了巨大变化。

60年来，尤其近20年来，以美国、挪威等西方发达国家为代表的海洋勘探开发水平已上升到了一个很高的层次，无论从钻井平台本身而言，还是从钻井装备能力、控制技术及适应性而言，均为海洋油气勘探开发提供了良好的保障。

一方面钻井平台的数量剧增，品种多样；另一方面，适应水深和钻深的能力越来越强。

据统计，目前世界上仅移动式钻井平台数量已接近700台，最大适应水深能力已超过3 000 m，钻井深度已超过12 000 m。

不仅如此，世界范围内具备从事海洋勘探开发能力的国家和海洋油气开采量
也同样发生了巨大变化，目前全球范围内能够从事海洋勘探开发的国家和地区已达到100多个，所开发的油气产量已占全球总油气产量的35%左右，其发展速度非常迅猛。

相比较，我国受自身工业基础的限制，从事海洋油气勘探开发的时间相对较短。

我国海洋石油勘探工作起源于20世纪60年代，1966年建造了第1座固定式钻井平台，1972年制造了第1座自升式钻井平台“渤海一号”，1974年，第1条钻井船“勘探一号”在南黄海试验成功，1978年则建造了第1艘浅海坐底式钻井船“胜利一号”并在莱州湾投入使用，直到20世纪80年代中期，国内第1座半潜式钻井平台“勘探三号”正式建成以后，我国才开始在海洋平台的建造方面有了长足发展。

截至2005年，我国共有移动式钻采平台46座，海洋采油平台19座，中国海洋石油总公司拥有其中的大部分设备，中石油集团有1座自升式钻井平台（移动式）和1座导管架平台（固定式），只能在滩海和极浅水域作业；中石化则拥有8座钻井平台，其中3座坐底式，5座自升式。

但随着前几年石油价格的一路攀升及我国对海洋钻探工作力度的迅速加大，2006年以来，我国在海洋平台建造方面的发展速度有了惊人变化，短短几年内，国内建造的平台数量以自升式为主，并得到了快速增加，增加数量在30台左右，这为今后我国能够更好地从事海上作业打下了良好基础。

平台液压升降装置的液压动力及控制
一套平台升降系统共有几台液压泵，其中由主泵向主油缸供油，其它泵向电液比例换向阀和插销油缸供油，提供动力。

根据升降平台的不同、工况，当主油缸空载运动时，系统自动提高泵的流量，降低压力，从而提高系统的工作效率；当主油缸处于待载工作时，系统自动降低流量，提高压力，从而保障系统安全可靠地工作。

这样将大大降低系统的整体功率，节约能耗，提高工作效率。

利用PLC逻辑控制信号控制电液比例换向阀、电磁换向阀的不同通电状态可实现主油缸同步升降、与上插销油缸下插销油缸协调工作，再配以位移与压力检测系统的反馈，系统将稳定地升降钻井平台。

液压辅助设备的回油过滤器使液压系统的油液保持清洁，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。

控制系统对主油缸、上插销油缸和下插销油缸的速度和位置（信号检测与逻辑判断模块）相互协调工作，进行精确控制，检测精度可达到1mm。

同时，系统按照程序要求对液压站、各电磁换向阀进行逻辑控制，实时检测系统的压力、液位、油温及过滤器的状态并对系统的故障进行诊断、报警、处理。

每个主油缸由一个位移传感器检测油缸伸缩的位移。

位移检测信号通过控制电缆传输到控制器，进行比较分析判断，控制器发出控制信号对液压站和液压控制模块进行操作，从而实现桩腿平稳可靠地实现下桩、插桩、拔桩和起桩动作。

通过横向位置检测装置与纵向位置检测装置同主油缸上的位移传感器可以准确得知上下插销油缸的工作状态，防止出现插销插不进等意外情况发生造成严重后果。

四.结语
平台升降系统作为海上自升式平台的最关键部件，其性能的优劣直接影响平
台的安全运行。

该液压升降系统工作性能平稳，在工作及非工作各种状态下，具有多种安全保护措施，能够保证平台在升降操作及海上钻井作业的安全，该系统已在海洋石油多个钻井平台广泛应用。

参考文献
[1】李广武.浅海坐底式钻井平台抗滑桩液压升降系统分析
叨.液压与气动，2007，（9）.。