0 引言

近年来，世界范围内油气开发逐渐由陆地转向海洋，造价低、作业稳定性好、定位能力强的自升式钻井平台的应用越来越广泛，它也是目前我国海洋石油勘探中数量最多的钻井平台。随着国内海洋石油勘探技术的日益发展，我国早已具备开发建造90、107和122 m自升式钻井平台的能力，多种海洋平台钻采装置均已实现国产化^{[1, 2]}。

BOP移运系统是自升式平台的主要配套设备之一，BOP的储存、海上连接、维修、安装及测试工作等都要依赖于BOP移运系统。然而，国内关于自升式平台BOP移运系统的技术研发工作开展比较缓慢，相关文献也很少。为此，笔者在市场调研及船厂的实地考察之后，着重对比较常见的托盘式BOP移运系统进行介绍，并对该系统以后的发展提出建议，以期为该系统的国产化进程提供帮助。

90 m自升式平台由于受悬臂梁尺寸限制等原因，其BOP移运设备起吊能力小。BOP采用分体吊装，因而多配套由环链葫芦来起升的链条式BOP吊，移运方向受限，功能也比较单一。而托盘式BOP移运系统作为比较常见的BOP移运系统类型，通常配置在107 m及以上的自升式平台，可在悬臂梁内部完成对BOP的储存、调试、拆卸和移运等工作。一般由主吊(BOP crane)、滑橇(BOP skid)、辅助吊机(BOP service crane)和提环(BOP ring)等主要单元设备构成，结构如图 1所示。需整体配套完成作业，包含移运、提升、液压和控制等子系统，自动化程度较高^[3]。

图 1 托盘式BOP移运系统 Fig.1 Tray BOP lift 1-主吊;2-滑橇;3-辅助吊机。

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悬臂梁内部专门划分了BOP的储存区域，BOP组不工作时储存在滑橇上，作业时先由滑橇沿轨道将BOP运送至月池附近，然后由主吊将BOP吊运至井口处下放，与隔水导管上部接头连接，作业完成后拆卸BOP的作业流程反序进行；辅助吊机在对BOP组装和维护时可对它进行拆装；BOP与主吊的连接则要靠提环来完成^[4]。其中，托盘式BOP主吊是BOP移运系统中的核心设备，它的结构形式决定着BOP移运装置的类型。

系统中主吊及滑橇均由液压驱动，2套设备共用由系统配套的液压站提供动力源。目前，市场上常见的托盘式BOP移运系统最大工作能力为1 250 kN，这主要由平台所配套的BOP组重力来决定。而平台配套的BOP组的通径规格通常为346、476及540 mm。除此之外，该系统还可以完成对分流器的移运作业。

托盘式BOP主吊(见图 2)横跨于悬臂梁两侧上方，负责将BOP由滑橇运送至井口处并完成下放作业。主体呈桥式双梁箱形结构，通过由二级油缸组、伸缩臂及托盘组成的提升装置完成对BOP的提升/下放；通过由液压马达驱动的齿轮齿条副及导轮导轨可完成对BOP的横向及纵向移动，其中主吊整体沿悬臂梁两侧导轨完成在平台船艏/船艉方向移动，而主吊的移运小车沿主吊主梁上、下导轨可完成左舷/右舷方向的移动，横向和纵向移运行程相乘的矩形面积便为主吊的移运范围。在BOP组与滑橇或隔水导管连接时，需要进行BOP组连接法兰与被连接件螺栓孔对中作业，完成此动作需要通过控制托盘上方的推力油缸的伸缩，从而完成对BOP的旋转。

图 2 托盘式BOP主吊 Fig.2 Tray BOP lift 1-移运小车;2-主梁;3-伸缩臂;4-二级油缸组;5-托盘。

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(1)托盘式BOP主吊的移运范围完全取决于平台及悬臂梁的尺寸规格，由于主梁导轨布置在悬臂梁两侧，所以主梁的跨度与悬臂梁跨度一致；主吊的行程取决于悬臂梁内部的井口大小及BOP存储空间；托盘的提升和下放行程则与悬臂梁的高度密切有关。

(2)托盘(见图 3)作为连接BOP的机构，主体是由钢板组焊而成的箱形结构，整体呈“C”形，预留出足够的空间来容纳BOP组。托盘两侧上端设有弧形导轨、夹持BOP的机构——凹形滑块及推力油缸，在油缸的作用下凹形滑块沿弧形导轨移动，作用到BOP组上即呈现出转动。

图 3 托盘 Fig.3 Tray

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(3)二级油缸组仅承受BOP组的全部载荷，而由BOP重心偏离结构中心产生的弯矩则由伸缩臂来承受；二级油缸组带动伸缩臂进行伸缩动作，伸缩臂的行程要大于二级油缸组的伸缩行程。

(4)所有的行走机构均采用导轮导轨形式，因此在导轨两侧面需增设导向轮，以防偏斜行走导致脱轨。

相比于传统的钢丝绳式和链条式BOP吊，托盘式BOP吊有以下优点：

(1)可靠性好、易维护。采用油缸直接提升，省去了滑轮组的载荷传递，提升效率高；油缸不易磨损无需经常更换，整体性能安全可靠，维护方便。

(2)稳定性好、作业效率高。依靠托盘/提环完成与BOP组的刚性连接，可以约束BOP组3个移动自由度及2个旋转自由度，大大减小了在起升及移运过程中产生的动载荷和冲击力。在此基础上，可以在一定程度上提高起升及移运速度，工作效率更高。

(3)功能性更强。设有对BOP组的校正和对准功能，横向/纵向移运又扩大了移运范围，功能上更加具有实用性及多样性。

然而，结构分析及市场调研发现，托盘式BOP吊也存在以下缺点：

(1)结构设计不合理。由于BOP载荷重心相对BOP吊结构中心偏离，造成很大的附加弯矩，由此引起小车支反力完全偏向托盘一侧，如果在结构上只设计单侧托盘，则会使2列主梁受力不均衡，造成结构设计上的不合理。

(2)功能上存在局限性。由于托盘的特殊设计，必须有相对应的吊装工具与之配套使用，因而针对不同厂家不同型号的BOP组，必须设计特定的吊装工具。另外，“C”形托盘的容纳空间也会限制可起吊的BOP外形尺寸规格。

BOP提环(见图 4)主体为环形结构，它由2个半圆环拼接而成，作为吊装工具包围住BOP组环形防喷器，并可与主吊托盘连接。不同通径的BOP配套不同的BOP提环。

图 4 BOP提环 Fig.4 BOP lifting rings

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BOP滑橇(见图 5)主要由夹具油缸、推力油缸及结构主体等组成。通过对夹具油缸的夹紧/放松动作以及对推力油缸的伸/缩动作交替操作完成移运作业，运动形式属于步进式。通常单个平台的BOP储存和部署2个防喷器组，因此单套BOP移动系统标配2套BOP滑橇，工作能力通常与托盘式BOP吊相当。

图 5 BOP滑橇 Fig.5 BOP skid

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在2个滑橇存储区的正上方，横列着2套BOP辅助吊，用来进行对BOP组的拆装及提环的提升作业。这2套辅助吊为特制的电动机舱行车，工作能力相当，可单独作业也可以共同作业。由于它们的作用是完成BOP组的组装及拆卸作业，所以工作能力取决于环形防喷器及闸板防喷器单独的重力，常见的规格有2×150 kN和2×175 kN等，国内有很多厂家可生产这种机舱行车。

目前，世界上主要的自升式钻井平台设计公司有美国的LeTourneau、F&G、BMC公司，荷兰的Gusto MSC公司等。其中美国的LeTourneau公司是自升式钻井平台设计的先驱，其产品占世界市场份额的33%，美国F&G和荷兰MSC各占10%和9%。平台类型以MSC的CJ46、F&G的JU2000E及LeTourneau公司的SUPER116等为主流，这些船型设计成熟、市场占有率高，得到全球船东的认可^{[5, 6, 7, 8]}。

目前国内建造的107和122 m平台就以CJ46、JU2000E和SUPER116为主，“海洋石油941”和“海洋石油942”均属JU2000E船型。这些船型中以F&G设计的平台配套托盘式BOP移运系统最为广泛，比如Super M2、“海洋石油941”、“海洋石油942”及大连船厂建造的JU2000E-9、JU2000E-14等平台上均配套托盘式BOP移运系统。KFELS公司设计的A CLASS平台也配置了托盘式BOP移运系统^{[9, 10]}。

国外几家大公司如NOV、TSC、MH及TTS公司均可生产制造托盘式BOP移运系统，国内船厂的主要供货厂家是NOV和TSC 2家。NOV公司作为世界最大的钻井设备制造商，产品通常都会被优先选用，因为其设计先进、性能可靠。“海洋石油941”配套的托盘式BOP移运系统就来自NOV公司。而TSC公司供应的BOP移运系统则具有高性价比的特点，通常船厂出于节约成本的考虑往往会选用TSC公司的产品，大连船厂目前完工和在建的20 多座自升式平台后期主要使用TSC公司的BOP移运系统。此外，MH与TTS公司的产品在大连船厂、振华重工和烟台来福士都有应用，但是订单量并不大。

由于TSC公司在中国有多个制造厂和技术研发机构，本土化生产的天然优势使之牢牢占据着国内的BOP移运市场，它也是国内目前唯一的供应厂商。随着海洋石油装备技术的日益国产化发展，本土企业也将目光对准了该领域，目前国内已经有设计公司从事开发设计，但还没有成形产品。

(1)BOP移运系统将BOP组的移运、储存、检修和维护等工作集成于一体，操作简单便捷，可靠性高。

(2)托盘式BOP移运系统通过托盘来与BOP连接，通过油缸来完成对BOP的提升作业。连接刚性好，提升平稳，作业时产生的动载荷小、抗冲击性强，因而能够保证移运作业平稳，速度快，效率高。

(3)系统作业过程中存在单个设备的动作多样性及设备相互之间配合、制约等特点，这些因素对设备的液压控制、电控技术以及安全防护措施均提出了较高的要求，因而在各单元设备及设备的各个动作之间设计了互锁及保护机制，通过液压和电控系统的双重保护，大大减少了误操作的可能性，保证了控制系统的安全可靠性。

(4)平台空间尺寸和允许的可变载荷有限，为保证安全、高效作业，应尽可能地预留较大的操作空间及设备维护空间，因此，建议配套单元设备的结构设计要紧凑，质量轻，体积小，操作方便。

(5)为了扩展托盘式BOP主吊的使用工况及保证结构设计的合理性，建议在托盘的设计上考虑两侧对称设计。

(6)BOP移运系统是海洋浮式平台上必备的甲板装备，也是相对独立的甲板装备，船东一般不会指定供货厂家。因此，对于国内企业来说，这个领域的国产化发展相对容易取得突破。