钻井平台设备详解

《钻井平台设备详解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钻井平台设备详解（28页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、钻井设备-Swivel&Topdriver前面我们已经知道了，钢丝绳穿过定滑轮组和动滑轮组，动滑轮组因此可以上下自由的运动。但是问题出来了，上下垂直方面可以很方便的运动，但是我们钻井，还需要旋转的力，也就是钻杆是旋转的，我们的滑轮组不可能跟着一起转，否则之间的钢丝绳估计会绞得像麻花。这是 swivel 的其中的一个作用，同时我们也知道，钻井需要钻井液，试着想一想，钻杆在哪里高速的旋转着，我们如何把钻井液-泥浆送到钻杆的中空的空间去呢？这是 swivel 的另外一个重要作用-泥浆进入钻杆的最初的通道。如下图，泥浆经高压软管一鹅颈管 gooseneck 一进入 swivel。要起到以上两个作用，s

2、wivel 的结构就基本上知道一二了。如下面的彩图，在 swivel 的本体中，下部的杆 swivelstem 通过滑动轴承-锥形和本体形成相对运动，本体同时承受侧向力和向下的拉力。同时杆的顶部和本体上部形成密封空间，泥浆经鹅颈管进入此密封空间，在经空心的杆进入钻杆。空心杆下部为 API 螺纹接头，可以和钻杆拧接。好了，我们现在可以把 swivel 改造一下给它加上能够使 swivelstem 旋转的动力。如何改造，很简单，加电机和齿轮。怎么加？我们可以想象一下，既然要使 swivelstem 旋转，那么我们在swivelstem 上加一个大的齿轮，如同汽车的轮子一样，中间杆是 swivels

3、tem，轮子是齿轮。在齿轮的一侧再加一个由电机带动的齿轮，它们啮合在一起。这样一来，swivelstem 就可以在电机的带动下旋转起来。同样地，为了平横侧向力,以及增加旋转的扭矩，在齿轮的另一侧也加一个电机带着的齿轮。下图是齿轮箱：然后加上必要的润滑设施和结构部分，以及导向机构。它有了一个新的名字Topdriver，也叫 powerswivel。很显然，Topdriver 与 swivel 的区别,swivel是它的一部分。1.pipehander-用于处理钻杆。2.riserhander 用于处理隔水套管 riser3.Extractabledolly 用于 Top-driver 的导向，它

4、使得 topdriver 可以在 derrick 上的导轨上自由上下滑动。4.Torquewrench-可以提供 360 度的旋转力。钻井设备-TravelingBlockTravelingBlock 在前面已经提到，是动滑轮组。在钢丝绳的拉动下，它可以上上下下的 traveling，如下图中的红色部分FICKUFFWQHHUbMJNW9UF|实际的照片，看起来好大。来自 NOV；定滑轮组和动滑轮组之间的绕线非常重要，要综合一下几个方面：1.钻井绞车 drawworks 的绞盘上的钢丝绳与定滑轮组的偏角，以及定滑轮和动滑轮之间的偏角，以减小钢丝绳的磨损。2.定滑轮组和动滑轮组之间的平衡。3.方

5、便更换钢丝绳。4.Deadline 和 deadlineanchor 的位置。钻井设备-CrownblockCrownblock 的中文意思就是安装在钻井架 derrick 顶部的滑轮组。我们都知道，钻杆都是靠钢丝绳通过滑轮组，吊在钻井架里面的。很显然，一根钢丝绳的抗拉能力不足以吊起几千米长的钻杆。简单的方法就是利用滑轮组来减少单根钢丝绳的受力。力学原理参见初中物理课程。下图就是一个典型的 Crownblock，右边的滑轮组单独拿出来显示。根据钻井的深度，定滑轮组中有 6-8 个滑轮，如果是 8 个定滑轮，那么加上动滑轮组 travelingblock 中 8 个动滑轮。钢丝绳经过这么一绕，就

6、有相当于把力分配到了 16 根钢丝绳上，大大减少了单根所受到的力。但是，深海钻井架上的 crownblock 结构绝没有那么简单，它还包含了一套钻杆补偿装置，或者说 crownblock 是补偿装置的一部分。如下图所示，图片来自于 Aker 公司产品目录。这个补偿装置可以减少钻头上受力波动，因为浮式钻井平台的特点。它的结构由以下几个部分组成：定滑轮组 crownblock，两个摇臂 rockerarm,两个气缸cylinder,以及液压控制系统。Cylinder 的活塞杆与中间的定滑轮相连接，另一端固定在井架上。钢丝绳通过摇臂进入定滑轮组以及动滑轮组，绕线完毕后，经另外一个摇臂出来。顺便提一下

7、，钢丝绳由一个叫钻井绞车 drawworks 的设备拉着，这一侧的钢丝绳叫 fastline 另一端通过滑轮组绕线后，固定在一个叫 deadlineanchor,这一侧的钢丝绳叫 deadline。国内钻井有些翻译成“快绳和死绳”，似乎有点望文生义的感觉，怪怪的。这样一来，通过控制绞车的转动就可以控制travelingblock 的升降了，自己思考一下。控制系统包括液压单元 HPU,高压气瓶 APV，控制板 Controlpanel，蓄能器 Accumulators，隔离阀 isolationvalve，作用如同前面文章中提到的shutoffskid。再深入一点，值得一提的是，海底设备经常需要

8、钻杆，隔水套管来进行安装。为了确保施工的精度。试想一下，当我们把 BOP 或者采油树 X-Masstree 安装在几千米长的隔水套管或钻杆下面的，准备安装在井口的时候，如何保证 BOP或采油树不上上下下的起伏运动呢？钻井设备-Derrick从今天开始，我想从自己对钻井设备的认知，参考一些相关的书籍，介绍一下钻井设备。这部分内容对于绝大多数初学的朋友来讲，都是相对比较陌生的。就是我们常说的钻井包 Drillingpackage。国内新造的钻井平台中，我个人估计有 80%以上都是国外公司给的设计，这其中有我们熟悉的两大巨头 NOV 和AKER。钻井设备这一块，在整个海洋平台的费用上占几乎一半的价格

9、，利润非常可观。我想通过我的介绍，能给朋友们一点有益的启示。至于深入的研究，设计，我们国家还有一段的路要走，我希望自己的民族企业能够争一口气，我们会在这一领域越来越强。在这个专题的最后，我想再讲一下钻井设备如何布置，怎么才比较合理。钻井设备，它含括了井架、钻具、提升装置、旋转装置、钻杆&套管&隔水管操纵装置、泥浆处理装置、控制监测装置、油井测试装置、固井完井装置、井口装置、补偿装置、安全装置、等。我们可以一个一个地介绍，但是首先说明一点，这些认知均源于本人对设备的理解，不能保证全部正确。如果有不足的地方，希望能得到批评指正。首先，井架结构 Derrick，井架承担了钻井过程中所有钻杆的提升重量

10、，同时它又给钻井提升装置，Crownblock（天车），Travelingblock（游动滑车）；旋转装置 Topdriver，以及立管装置 standfingerboard，bellyboard，提供了安装位置。所以 derrick 的强度和疲劳计算非常重要，软件SACS 是个不错的工具，有兴趣的朋友不妨试试。Derrick，经 过 多 年 的 发 展，出 现 了 很 多 类 型。如 下 图 所 示 的dualramrig，来自于 MH，它有如下特点：重心和重量比较低，效率和安全程度相对高,也有传统的单井架，双井架结构双井架结构相对于单井架结构来讲，它具有两套配置，可以提高钻井的效率。井架的

11、尺寸，由于海洋和陆地的钻井情况不同，井架的尺寸也不一样。平台上的井架高度不会超过 200 英尺，多在 150 英尺左右，高度取决于 Travelingblock 和 hook 所占的安装位置以及一个 stand 所需要的高度。注：stand 又叫 thribble，就是三根相互连接的钻杆，大约长 90 尺。较大的 derrick 的基部尺寸大约在 50X40,取决于平台钻台设计尺寸。Helicopterrefuelingsystem 直升机加油系统我们都知道远离陆地的海上钻井平台身处茫茫大海中,它们不会像船舶一样可以经常靠泊港口,进行人员的轮岗调休。平台上面的工作人员都是要用直升机作为交通工具

12、。他们幸苦几个月,然后就可以休息几个月。我们现在讲的直升机加油系统就是给直升机补给燃油（航空煤油）的系统,这个系统可分为以下几个部分：1.燃油存储罐，Aviationfueloiltransportabletank，用于存储航煤。2.燃油输送泵,电动或气动泵。把油从罐子里面抽出来,排入配给单元。3.燃油配给单元，如同加油站里面的加油装置一样，含油计量，过滤，软管，加油枪等。通过加油枪加注到直升机油箱中。4.控制面板。控制，监测加油系统。如下图所示：顺便提一下，直升机加油单元属于危险区域，需要水喷淋保护。.切屑处理系统 cuttinghandlingsystem，也叫废物处理系统。之前提到的在钻

13、井过程中，由泥浆带上来的切屑回到了地表。经过了泥浆的处理系统，这部分cutting 被分离出来。那么这些 cuttings 该如何处理呢?这就是这个系统。一般地，有三种方式：1.直接排到海中，dumptoseadirectly2.回注到海底的岩土中，也是我们常说的 cuttingre-injection3.暂时存放起来，由服务船舶拖回到岸上处理。我们一个一个来说，首先，直接排海，海洋似乎真的就是一个大的垃圾场。我见过很多船舶直接把各种各样的垃圾，包括油桶，含油棉纱，油漆桶，生活废品在公海被统统掉了（中国的海洋环境保护刻不容缓）。这个方法最简单，最经济。如果说想要对海洋环境的进行最大限度的保护。

14、当水基泥浆作为钻井液的时候，我们可以采用这个方法，毕竟在深海环境中，成堆成堆的垃圾没有足够的地方放。但是不要以为水基泥浆作为钻井液钻出来的东西对海洋环境没有污染，很可能这些东西无法降解。如何排放，我们知道在泥浆处理区域，具体地来讲，shaker 的筛面排出区，有一个钢结构的槽，也叫 dumptrough，控制翻板来控制是否直接排海。如果是，通过大口径的通道 dumpline 落入海中。再次，cuttingre-injection,听起来是一个不错的方法，切屑从哪里来，再回哪里去。通过往切屑里面加入海水，形成 slurry，在经过泵打入海底。对于海洋钻井来说，这个方法实施起来要相对困难很多。首先

15、，必须要一根长长的管子能作为通道。第二，浆的浓度控制。第三，cutting 产生的速度，也就是相对应的回注速度控制，必要的话，需要一个缓冲舱。基于以上原因，事实上在新造的海洋钻井平台中，这个方法貌似不常见。最后，回岸处理。前面提到控制翻板开控制是否排海，如果否，翻板会使得 cutting 滚落到一个螺旋传输器 auger 上，cutting 会顺着 auger 到达处理甲板上的处理区域。一般地，会首先进入到干燥器里面，干燥后的 cutting 被另外的螺旋传输器送到 cutting 存储箱 s 中，s 表示多个。这样一部分含在cutting 中的 mud 在经过离心机通过转速差再次分离，最后回

16、到循环系统。记得之前有在其他文章中放一张图片。讲得很清楚。Verti-GwithAugerFeed上图 4 的真实图片。快关阀系统，顾名思义就是能够迅速把相关阀门关闭的系统。首先我们得确定哪些阀需要快关。规范规定所有燃油日用，沉淀，润滑油柜对设备进行供油的管路上必须要安装有快关阀。这样，在火灾发生的过程能够在舱室外迅速关闭油路。顺便提一下，在上述舱柜上承受静压的阀门，阀体需要有足够的韧性，并且是能够关死。这些快关阀本身带有压缩的弹簧，通过一个小鍥子卡在打开的位置上，一旦需要关闭阀，移开鍥子就可以了。现在我们控制的就是移开鍥子。通过压缩空气瓶，或者手拉钢丝绳可以实现这个目的。值得注意的是，应急系

17、统快关阀系统需要独立。气瓶的容量必须要能够使系统中所有的阀门同时关闭，记得好像是 3 次。高压冲洗系统和甲板泄水系统这两个系统挺简单的，所以放在一起大致讲一下：对于高压冲洗，就是对于通过高压泵组建立高压约 lOObarg,利用淡水对甲板进行冲洗，或者进行其他的用途。这个系统属于服务系统，和日用空气系统相似。不做过多描述。甲板泄水系统，这个甲板泄水系统和舱底水系统不同。虽然都是疏水，作用一样，但目的不同。1、舱底水系统是保证舱室干燥，没有积水，保持水密舱室的完整性。2、甲板泄水系统是保证露天甲板没有积水，保持甲板干燥。值得注意的是我们需要对不同区域不同对待，所谓的危险区域，和非危险区域。这个非常

18、重要。对于舱底水系统也必须考虑这个。所谓危险区域，表示这个区域有可燃气体说明这个区域存在油类。国际上对于海洋防污染是很严格的。所以对于危险区域的存在污染的泄水需要进行处理后才能排放到大海。泥浆混合系统，mudmixingsystem,和 additivesystem起不可分。在混合的过程中，加入添加剂。就混合和循环系统而言，船级社把这两个系统作为“重要系统”，而它们的应急系统被定义为“基本系统”。混合系统大致描述一下：1.正常混合：泥浆混合泵 mudmixingpump 从泥坑 Mudpit 里面抽出泥浆泵送至泥浆混合室（通常是是散装物料储存室，便于叉车操作）。在之前提到的 surgetank

19、 的下方，安装有一个类似喷射泵的混合装置 feeder 经过泵加压的流体通过混合装置，需要添加的粉状物质在局部真空的作用下被吸入，混合。然后返回 mudpit。在这个过程中，必要的添加剂被一个叫化学物质添加器的装置加入到管路中，和泥浆一起返回。在这个过程中，有一些设备他们分别是 BigBagUnit，SackCuttingUnit,SurgeTankFeeder（链接来自于 StepOffshore,著名泥浆处理系统供应商），详细资料可以进入他们的主页查询。2应急混合：在这种情况下，就是直接往 mudpit 里面注入泥浆粉。需要用到的设备就是一个叫 high-ratemixer 安装在 mud

20、pit 顶部的装置，动力源也是泥浆混合泵。不同的是，泥浆粉直接来自于 bulksystem。下面是它的外形图:系统作用，调节，混合所需要的泥浆，无论是油基还是水基。液压系统，hydraulicoilsystem。为什么需要这个系统？平台上有很多设备都是液压驱动的，液压驱动有它固有的优点，相比于电气或其他驱动，可靠性，功率密度，精度，可控性，载荷量，维护等都非常有优势。所以平台上，特别是钻井操作的工具，机械设备绝大多数都是液压驱动的。这个系统的很简单，（请注意：海洋工程设计的是整体的系统，而非某个具体的部件，这是要强调的。）核心就是 hydraulicpowerunit 简称 HPU图中是一个很

21、紧凑的 HPU,有 7 个马达，功率也是非常大的，适合在我们的平台上使用。学过机械设备的朋友都知道，液压系统分为所谓的开式和闭式，开式系统的液压油和大气相通，容易氧化，带有油箱，闭式系统，直接就是进油回油循环。以前学的东西，如有错误请指正。我们现在不关心这些，因为 HPU 不是我们设计的，直接买回来就可以用了。接下来的是我们的系统设计就需要检查设备的图纸，核算设备的capacity 是否足够，是否满足所有驱动设备的排量。通常地，液压系统有 3 种重要管线，pressure，return，drain，也就是动力油，回油，泄油。pressure 用来直接驱动设备，压力很高，达到 3000psi,也

22、就是 207bar。对管路以及附件都要能够承受这个压力，设计的时候请注意。return，从设备上回来的油，液压油不可能有去无回，（否则一是污染，二是银子），压力要低很多。可能只有 15bar 左右。drain，从设备泄油口出来的，比如压力过高从溢流阀出来的，压力只有6bar。也就是这 3 条总管，为了安全考虑，可以做成环线OHPU 就是给这 3 条环线供油，回油，泄油。其他的设备就像是树干上的树枝一样，连接在这 3 条环线上，取出自己所需要的液压油。这些设备，有很多，以后会在钻井平台设备专题中讲到。消防-几种固定式喷水灭火系统关于各种水喷淋，水雾灭火系统之前在我的文章中提到了各种水喷淋灭火系统

23、，很多朋友对这几个系统感到很困惑，现在对它们进行详细的解释。它们分别是：1.WaterSpraySystem(Delugesystem)2.WaterSprinklerSystems3.WaterMistSystems这几个系统有一个共性，它们都是固定灭火系统，都是采用喷水的方式进行灭火。但是它们依然有各自的特点。先介绍一下 waterspraysystem，它相对于其他两个系统来讲，最大的区别在于这个系统要由人工启动，开放式喷嘴(也就是说平时的时候喷嘴里面是没有水的)。主要用于露天危险区域保护。它通常也叫 delugesystem，deluge 的英文意思是洪水，浸没。从字面上的意思就是用大

24、量的水一直对失火区域进行喷淋，以冷却的方式灭火，这一来我们现在就很显然知道为什么它主要用于露天区域灭火。否则，舱室里面排水可能来不及。既然是大量的水，就需要源源不断的水源，这也就这个系统需要用海水作为灭火剂的原因。系统由海水供给泵，deluge 阀，管路，喷嘴，组成。在海洋平台设计中，海水供给泵直接就可以用海水消防泵，也就是说，delugesystem 实际上是作为消防系统的分支管路，与消防栓不同的是，这里是用的 deluge 阀和喷嘴。Deluge 系统的喷嘴，形成的水滴相对很大，下图就是典型的灭火效果。deluge 阀，事实上是一个减压阀，通过电磁阀控制 deluge 阀的开关，来控制是否

25、喷水。这个系统在钻井平台上主要用于一下几个区域的灭火，直升机加油站区域，测井区域，节流压井管汇区域，整个钻台区域。MODU，USCG，FSS，NFPA 这几个规范有对系统设计的要求，摘录几条重要的：1.Afixedwaterspraysystemistobeinstalledfortheprocessequipment.Theintentofthewaterspraysystemistokeeptheprocessequipmentcoolandreducetheriskofescalationofafire.Waterspraysystemsaretobecapableofbeingactu

26、atedbothautomaticallybyafiredetectionsystemandmanually.InstallationsaregenerallytobeinaccordancewithNFPAStandard15,orotherequivalentstandardsuchasAPIRP2030.Delugeisolationvalvesaretobelocatedinasafeareaandoutsidethefirezonetheyprotect.2.Processequipment,includinghydrocarbonvessels,heatexchangers,fir

27、edheatersandotherhydrocarbonhandlingsystems,aretobeprotectedwithawaterspraysystem.Thesystemistobedesignedtoprovideawaterdensityof10.2liters/min/m2(0.25gpm/ft2)ofexposedsurfaceareaforuninsulatedvessels,or6.1liters/min/m2(0.15gpm/ft2)ofexposedsurfaceareaforinsulatedvessels.Processequipmentsupportstruc

28、ture,includingsaddles,skirt,legs,butnotsecondarydeckstructuralmembers,istobeprotectedwithawaterspraysystemdesignedtoprovideawaterdensityof4.1liters/min/m2(0.10gpm/ft2).Alternatively,theuseofintumescentcoatingsmaybeacceptableinprotectingthesupportstructure,providedtheselectionofthefireratingofthecoat

29、ingisbasedontheresultsfromariskanalysisand/orfireloadcalculationwhichmustbereviewedandacceptedbyABS.Thecondition(intactness)ofthecoatingswillbethesubjectofsurveyorinspectionduringattendanceoftheunitfollowingnormalsurveyintervals.Forgashandlingequipment,suchasgascompressorskids,wherethehydrocarbonliq

30、uidinventoryiskeptminimal,awaterspraysystemisnotrequirediftheequipmentisprovidedwithanautomaticblowdownupontheprocessshutdown.3.Wellheadswithmaximumshut-intubingpressuresexceeding42kg/cm2(600psi)aretobeprotectedwithawaterspraysystem.Thewaterspraysystemistobedesignedtoprovideaminimumwaterdensityof20.

31、4liters/min/m2(0.50gpm/ft2)basedontheprotectionofwellheads,ESDvalves,andcriticalstructuralcomponentsincludingthefirewall.第二个，watersprinklersystem，其实全称应该叫做 accommodationsprinklersystem。看这个名称就知道的用途了，很显然用于钻井平台生活区灭火。如果细心的话，这个与普通写字楼里面的水雾灭火系统相似，抬头看看天花板，在天花板中间可以看到很多均匀分布的小喷嘴。喷嘴里面有玻璃的感应器，一旦破裂，水就自动喷射出来。显然，spr

32、inklersystem 的喷嘴是封闭式的，管路平时需要保持，承受一定的压力。这就需要整个系统有蓄能器之类的保压装置。由于用于生活区房间，楼梯间的灭火保护，我们需要的灭火介质是淡水，而海水仅仅只是作为备用的应急水源。系统由 sprinkler 控制站，管路，喷嘴，监测报警组成。这个系统比较简单，不做过多描述。一些要求：1.Forexistingfixedinstallationswherepassiveprotectionrequirementsarenotfullymet,theaccommodationspacesaretobeprotectedbyanautomaticwetpipesp

33、rinklersystemsuppliedfromthefirewatersystem.DesignofthesystemistobebasedonNFPAStandard13requirementsforlighthazardoccupancies,orotheracceptablestandardssuchasChapterII-2,Regulations12ofSOLAS1974andAmendments.Freshwaterisnormallytobeprovidedtofillthesprinklerpiping.However,thesystemmaybechargedwithse

34、awaterifprecautionsaretakentoeliminatesedimentandmarinegrowthinthesystem.2.SVR4-7-3/9.5requiressprinklerstobeplacedinanoverheadpositionandspacedinasuitablepatterntomaintainanaverageapplicationrateofnotlessthan5L/min/m2(0.12gpm/ft2)overthenominalarea(i.e.,gross,horizontalprojectionoftheareatobecovere

35、d)coveredbythesprinklers.However,theuseofsprinklersprovidinganalternativeamountofwatersuitablydistributedsoastobenotlesseffectivemaybeconsidered.最后一个是 watermistsystem，细水雾灭火系统，这样的翻译就可以看出来和前两个系统的差别，喷嘴里面出来的水滴很细小，同样地，这个系统也是用于室内灭火，淡水(海水应急)，自动喷水，可分为高压，中压，低压。高压系统的管网工作压力大于或等于 3.45MPa 的细水雾灭火系统中压一系统的管网工作压力大于

36、1.21MPa 且小于 3.45MPa 的细水雾灭火系统低压系统的管网工作压力小于或等于 1.21MPa的细水雾灭火系统高压和中压系统可用于配电间的灭火，由于水雾及其细小的缘故。灭火原理：冷却，水雾切断包覆隔绝空气。高压系统组成：高压泵组，水柜，控制阀，管路，喷头，高压氮气气瓶（备用），监测报警组成。也有直接用氮气气瓶作为动力源的 watermistsystem,这里不做介绍IMOMSC/Circ668,728，913，1165 对 watermistsystem 有详细的介绍和规定，我就不再赘述了。摘录几条：1Inaccordancewithparagraph18ofMSC/Circular

37、668,systemscapableofsupplyingwateratthefulldischargeratefor30minutesmaybegroupedintroseparatesectionswithinaprotectedspace.Howeverthesectioningofasystemwithsuchspacesmustbespecificallyapproved.Inaddition,paragraph19ofMSC/Circular668indicatesthatregardlessofthesectioningarrangements,thecapacityanddes

38、ignofasystemistobebaseduponthecompleteprotectionofthespacedemandingthegreatestvolumeofwater.Accordingly,evenifsectioningofthesystemwithinaparticularspaceispermitted,thesystemstillneedstobecapableofsupplyingallnozzleswithinthatspacearetherequiredpressure.2Asindicatedabove,paragraph19ofMSC/Circular668

39、requiresthatthecapacityanddesignofasystemistobebaseduponthecompleteprotectionofthespacedemandingthegreatestvolumeofwater.Accordingly,thecalculationsshouldevaluatethemosthydraulicallydemandingspace,aswellasthespacedemandingthegreatestvolumeofwater.隔水套管张紧系统看起来很复杂的东西，为什么要这个系统，我在之前就已经介绍过了，就是位移补偿。海上的工况很复

40、杂，大风大浪的，我们的浮式钻井平台就在海面上飘着。我们没有办法把它稳稳地固定在一个地点。既然不能绝对的固定，那么我们就考虑相对的固定。正式因为如此，我们的 N 级动态定位系统，我们的位移补偿装置就被利用到了平台上。动态定位系统的主要作用是使平台在水平面上保持相对固定，那么我们的张紧器系统的主要作用的保持垂直方向上的相对固定。可以想象一下，我们钓鱼时候的情形，水面上的浮子就好比平台 drillingunit，鱼线好比隔水套管riser，鱼钩好比井口基盘 baseplate，或者 BOP，LMRP 之类。如果浪很大的话，我们怎么保证鱼钩不随着浮子的波动而上下起伏。最简单的方法就是在鱼线上安装一个可

41、以伸缩的接头，而且还需要可以承受伸缩接头下部的鱼线重量的张力装置。这样看来，伸缩接头是很简单的，而这个张力装置就要复杂很多。这就是我们所说的隔水套管张紧系统。先看图吧，这是 aker 集团的 catalog 上的东西，可以到它的主页上去下载。DirectActingTensionerSystem;TypicalArrangement第一种是直接作用式，第二种是绳式的。原理差不多，我们就介绍第一种，它有更多的优点。从最上面的图上，我们从左到右，地面上横放着一堆白色的柱状物体，是我们的高压气瓶 APV(airpressurevessel)，在它旁边的灰色的是气动控制阀组risertensioner

42、aircontrolskid，它有一个学名叫张紧系统空气控制器。在往上一层，红色架子里面有浅灰色瓶子的装置，是蓄能器 accumulator。在它脚下旁边的红色的东西是一个叫做 shut-offvalveskid 的装置。然后是黑色的软管，中间红色部分是张紧器 tensioner。图里面还差一个东西，高压空气压缩机 hpaircompressor。原理：从空气动力源开始，高压空气压缩机，产生高达 300barg 的压力的气体，这些气体进入气动控制阀组减压到 207barg。气动控制器里面有 6 套(一般地，我们的张紧器系统只有 6 个张紧器。)先导气动阀组，它们能够控制从空气压缩机出来的高压气

43、体，APV 气体，accumulator 里面的气体的流向。一套里面有 5 个阀，它们分别控制1.压缩机给 APV 充气，增加里面的压力2.主阀，APV 给 accumulator 供工作气体,3.APV 气体放泄，减少里面的压力4.旁通主阀，5.Accumulator 气体放泄。减少里面的压力当然既然是气动控制阀，必须要有控制空气。207barg 的高压气体于是可以进入我们的蓄能器组 accumulatorskid，它们通常布置在 moonpool 的两侧，每侧各有一个，分别控制每侧的张紧器。每个accumulatorskid 分成 3 组，每组 2 个蓄能器，控制其中的一个张紧器。（图中截

44、取的是挪威 sevan 公司钻井平台的图片，红色部分就是蓄能器组，如属侵权作者保留该图片删除的权利）蓄能器就是装着一半液体，一半气体的瓶子。所以它的全称其实应该叫APV/Oilaccumulator。每个容积 1800L 左右，上面安装有安全阀，液位计，压差传感器之类的附件。很显然，液体在蓄能器的下部，高压气体在上部。由此蓄能器下部的管线是高压油管。我们在上图中，可以看到蓄能器的高压油管连接着一个设备，也是红色的部分这就是 shut-offvalveskid 同样地，和 APV/Oilaccumulator 一样，在 moonpool 的两侧各有一个，同样每个也分成 3 组，每组连接相对应的两

45、个 accumulators。Shut-offvalveskid 到底是个什么东西，它有什么作用？它是一个液控阀组，它的主阀是一个液压差动控制阀，主阀通过弹簧，活塞液缸控制阀芯移动而控制阀的开度。控制液缸上安装有线性可变差动传感器。其他的先导，换向，单向阀控制进入主阀的流体的流向，压力。每个 shut-offvalveskid 上面都有一个外部的动力单元作为进入液控阀的先导油这些先导油储存在一个预先充油的小蓄能器中，靠一个小气动泵维持压力，气动泵的起停取决于小蓄能器的压力波动，由 PLC 控制。所以 shut-offvalveskid 是控制进出张紧器液压油流量的控制设备，万一 riser 的

46、连接断掉的情况下，这个设备可以切断或者锁住进入张紧器的液压油，以减少 riser的反冲的影响。因此它也叫 riserantirecoilsystem。下面就简单了，就是钻井中央的张紧器了。张紧器，有缸体，活塞，下部的张紧环组成。当然它上面还会安装安全阀，位置测量系统。下图是它的外形：张紧器缸体多在 15 米左右，应为活塞的伸程取决于平台起伏的幅度。以 NOV 某个型号张紧器的缸径为 480，活塞杆直径为 190 的为例。和蓄能器一样，张紧器上部是气体，下部是液体。不同的是，上部的氮气的压力要小很多，只有 10barg,液体压力依然是 207barg。为什么？这样不是平衡状态了吗？我们差点忘记了

47、，张紧器的活塞杆还掉着长达 3000 多米的隔水套管。我们计算一下，每个张紧器的极限拉力是多少：静力平衡方程，取向上为正，忽略活塞的重量等次要因素。207bargX3.14X(480-190)A2/4mm2+F-10bargX3.14X480A2/4mm2=0把单位都转化为国际单位，计算得出：F=-1185718.95N,折合成吨大概是 120 吨，也就是说 6 根可以产生 720 吨的拉力。而每根 riser 虽然重达近 25 吨，但是由于它上面包覆着浮体材料，在水中的重量相对要轻很多，我们取 2 吨，这样一来，我们理论计算出来的张紧系统可以提拉的 riser 根数可以达到 720/2=36

48、0 根。每根 riser 长 75 尺，则换算成公制长度达8229.6 米。问题出来了，我们的 riser 也就 3000 米左右长，为什么你算出来的长度可以达到8000 多米？不要忘了，我们的 riser 中间还有泥浆，密度可达 2.5sg,还不算钻头切下来的东西。这样算来，我们的计算长度要少很多。有兴趣的话，可以自己计算一下张紧系统不仅仅提供平衡 riser 和泥浆重力的拉力，还需要有 20%-40%的储备，保持伸缩。看上图，下面红色的东西张紧环，卡住伸缩节的下部分。张紧环带有可以铰链，可以分开成，以方便操作。忘了提到张紧器上部的进气部分，进气部分需要通过一个叫 tripsaver 的设备

49、，依我看就是一个滑道，因为我们的张紧器不可能老是在钻井中央，比如放 BOP 下套管这些过程，我们都需要把张紧器停到 moonpool 的一端去。所以我们的氮气瓶的低压氮气通过 tripsaver，软管连接到张紧器上部。可能还有人有疑问，APV 好像分成好几种，下面是它们的作用，以示区别：WorkingAPV 作为空气弹簧的介质，进入蓄能器组StandbyAPV 备用，可快速进入 workingAPVLowpressurenitrogenvessel 确保张紧器活塞上部恒压为 10barg剩下的是电气控制系统，在这里不作阐述。Mudgasseparator 是一个设备的名字，简称MGS。它的外形

50、就是一个圆柱形的罐子,安装在钻台上的角落。那么它到底有什么用呢？从英文的意思就可以知道是“泥浆，气体分离装置”。为什么需要它？我们不是有Degasser除气器了吗，要它其不是多余？首先说明一点，这里的MGS和degasser使用工况是不一样的。MGS是用于含有大量可燃气体的泥浆的气液分离。Degasser是用于含有微量气体的泥浆的气液分离。什么情况下泥浆中会含有大量的可燃气体呢？当然在正常的钻井过程中只会有少量的气体混入钻井液，而我们在钻透了可燃气体层的会出现大量的气体进入泥浆，这时候很危险，这种现象叫KICK，如果不加以控制的话，就会发生井喷。知道了这些，我们就可以知道了，这个装置很显然是用

51、于处理节流压井过程中产生的大量含气泥浆，释放井内压力。现在说说系统原理，很简单，来自节流压井管汇腔的流体进入MGS，在设备里面，泥浆和油气自上而下地经过多层的向下倾斜的阻隔板baffleblade增大流体的表面积，使气体更容易的分离出来。分离出来的气体，从MGS的最高点，沿着管路，在钻塔的高处燃烧掉。而液体则在重力的作用下聚集在设备的底部。通过管路流向泥浆处理系统。现在一个问题出来了，像这种气液分离的装置，比如惰性气体发生器（用燃烧空气的方法制造惰性气体的装置）都会存在一个共性问题，那就是需要一个背压，否则的话气体很容易就从设备的下部出口跑出去了（本来是用于排放液体的）。所以在我们的液体（泥浆）排出管路需要有一个trap（通俗地讲叫“存水弯”），这个trap的高度需要进行计算，以保证trap里面的液柱高度产生的压力能够平衡设备正常工作的压力，一般多是在6到7米的样子。当然，为了防止虹吸siphon现象的产生，在trap的最高点需要进行真空破环。以上的介绍希望可以帮助更容易地理解原理图。当然，MGS上面的仪表装置，包括压力，温度。另外一些来自混合系统，triptank系统的高温的泥浆也可以通过MGS分离可然气体